2.06. 내용정리: 6일차

함수 (Function)

• 함수는 수학에서의 함수(일차함수를 예시로 들자면 f(x) = ax + b )와 비슷한 의미를 가지고 있다.
• 즉, 어떤 입력값(input) 을 가지고 주어진 일을 수행한 다음에 그 결과물(output) 을 내어놓는 것이 함수이다.
• 프로그램 코드 작성 시 함수를 사용하는 경우, 함수를 호출 한다고 표현한다.

함수를 사용하는 이유

• 프로그래밍을 하다 보면 똑같은 내용을 반복해서 작성하고 있는 자신을 발견할 때가 종종 있다.
• 반복되는 부분이 있을 경우 "반복적으로 사용되는 가치 있는 부분"을 한 뭉치로 묶어서 "어떤 입력값을 주었을 때 어떤 결과값을 돌려준다"라는 식의 함수로 작성하기 위해 사용한다.
• 자신이 만든 프로그램을 함수화하면 프로그램 흐름을 일목요연하게 볼 수 있기 때문이다.
• 마치 공장에서 원재료가 여러 공정을 거쳐 하나의 상품이 되는 것처럼 프로그램에서도 입력한 값이 여러 함수를 거치면서 원하는 결과값을 내는 것을 볼 수 있다.
• 이렇게 되면 프로그램 흐름도 잘 파악할 수 있고 오류가 어디에서 나는지도 바로 알아차릴 수 있다.

즉, 위의 내용을 정리하자면 다음과 같다.

• 프로그래밍을 보다 유동성있고 유연하게 하기 위해서
• 중복되는 코드를 한번에 일반화시켜 사용하기 위해서
• 코드를 보다 깔끔하게 작성하기 위해서
• 에러나 버그를 미연에 방지하거나 쉽게 찾기 위해서

파이썬 함수의 구조

파이썬 함수의 구조는 다음과 같다.

def 함수명(매개변수):
    <수행할 문장1>
    <수행할 문장2>
    ...
    return <결과값>

• def 는 함수를 만들 때 사용하는 키워드이며, 함수 이름은 함수를 만드는 사람이 임의로 만들 수 있다.
• 함수 이름 뒤 괄호 안의 매개변수는 이 함수에 입력으로 전달되는 값을 받는 변수이다.
• 이렇게 함수를 정의한 다음 if , while , for 문 등과 마찬가지로 함수에서 수행할 문장을 입력한다.

def f(x):
    return x + 1

# 함수도 타입이다. (아래의 결과는 'function'이 출력된다.)
print(type(f))

• 독스트링(Docstring)을 기입하여 함수에 대한 설명문을 기재할 수 있다.
• 독스트링은 함수명.__doc__ 을 통해 확인할 수 있다.

def f(x, y):
    '''
    입력값 x와 y를 더해주는 함수.
    x: 숫자
    y: 숫자
    '''
    return x + y

print(f.__doc__)

• 혹은 다음과 같이 파이썬 내장 함수인 help 함수를 사용해서 확인할 수 있다.

print(help(f))

return

• return 키워드는 함수의 결과값(output)을 돌려주는 키워드이다.
• return 키워드를 사용하지 않을 경우, 함수의 결과값은 None 이 된다.

def f(x):
    y = x + 1

def f2(x):
    y = x + 1
    return y

x = 2
y = f(x)
y2 = f2(x)

# 함수 f에서 return을 사용하지 않았으므로, 결과는 None이다.
# 따라서 y의 값은 None이 된다.
print(y)
# 함수 f2에서 return 키워드를 통해 결과값이 존재하므로 결과는 3이 된다.
print(y2)

return의 또 다른 쓰임새

특별한 상황일 때 함수를 빠져나가고 싶다면 return 키워드를 단독으로 써서 함수를 즉시 빠져나갈 수 있다.

def call_nickname(nickname): 
    if nickname == '인싸':
        return 
    print(f'나의 별명은 {nickname} 입니다.')


# 아래의 함수를 실행하면 아무런 내용도 출력하지 않는다.
call_nickname('인싸')
# 아래의 함수를 실행하면 '나의 별명은 찐따 입니다.'가 출력된다.
call_nickname('찐따')

위의 함수 call_nickname 은 매개변수 nickname 을 입력으로 전달받아 출력하는 함수이다. 이 함수 역시 반환값(결과값)은 없다.

만약에 입력값으로 인싸 라는 값이 들어오면 문자열을 출력하지 않고 함수를 즉시 빠져나간다.

pass

• pass 키워드는 파이썬 코드가 실행될 때 아무런 실행을 하지 않는다.
• 문법적으로 코드가 필요하긴 하지만, 처리할 코드는 존재하지 않을 경우에 사용한다.
• 한가지 예시로 함수를 선언만 해놓고 구현은 하지 않을때 사용한다.

def f(x):
    pass

f(10)

• 위의 코드의 경우, 함수 f 는 정의되었지만, 함수 f 를 호출하면 함수 f 의 내부에는 별다른 코드가 구현이 되어있지 않으므로 아무것도 실행되지 않는다.
• pass 키워드는 위의 경우뿐만 아니라 문법적으로 아무런 영향을 주지 않으므로 어떠한 문장에 사용될 수 있다.
• 아래는 조건문에서 pass 키워드를 사용하는 간단한 예시이다.

for i in range(1, 10+1):
    # i가 짝수인 경우 아무런 일도 일어나지 않는다.
    if i % 2 == 0:
        pass
    # i가 짝수가 아닐 경우에만 출력한다.
    else:
        print(i)

pass 키워드와 주석(comment)의 차이점

pass 키워드와 주석은 실행 시 아무런 실행도 하지 않는다는 공통점이 있다.

둘의 차이점은 pass 키워드는 파이썬의 키워드로 명시되어 있으며, 파이썬 코드의 한 문장으로 인식한다. 반면에 주석은 파이썬의 키워드가 아니며, 파이썬 코드의 한 문장으로 인식하지 않는다.

매개변수와 인수

매개변수(parameter) 와 인수(arguments) 는 혼용해서 사용되는 헷갈리는 용어이므로 잘 기억해야 한다.

• 매개변수: 함수에 입력으로 전달된 값을 받는 변수를 의미 (함수에 입력받는 변수)
• 인수: 함수를 호출할 때 전달하는 입력값을 의미 (함수 호출을 통해 입력되는 변수)

예시

# a, b는 매개변수
def add(a, b):
    return a + b

# 3, 4는 인수
y = add(3, 4)
print(y)

함수의 여러 가지 형태

함수는 들어온 입력값을 받아 어떤 처리를 하여 적절한 결과값을 돌려준다.

입력값 ---> 함수 ---> 결과값

함수의 형태는 입력값(매개변수)과 결과값(return)의 존재 유무에 따라 4가지 유형으로 나뉜다.

일반적인 함수

입력값(매개변수)이 있고 결과값(return)이 있는 함수의 형태이다.

def f(x):
    return x + 1

입력값(매개변수)이 없는 함수

입력값은 존재하지 않지만, 결과값은 존재하는 함수의 형태이다.

def f():
    return 'Hello, Python!'

결과값(return)이 없는 함수

입력값은 존재하지만 결과값이 존재하지 않는 함수의 형태이다.

def f(x):
    y = x + 1
    print(x, '+ 1 =', y)

입력값(매개변수)도 결과값(return)도 없는 함수

입력값도, 결과값도 없는 함수 역시 존재한다.

def f():
    pass

def f2():
    print('Hello, Python!')

매개변수 기본값(default parameter) 지정

매개변수의 기본값을 지정할 수 있다.

# 인자값을 지정하지 않으면 매개변수의 기본값인 1이 된다.
def f(x=1):
    y = x + 1
    return y

# 함수 f 호출 시 인가밧을 지정하지 않았으므로, x의 기본값은 1이기 때문에 y의 값은 2가 된다.
y = f()
print(y)

단, 마구잡이로 기본값을 지정할 수는 없고 기본값이 없는 매개변수 -> 기본값이 있는 매개변수 의 순서대로 매개변수를 지정해야만 한다.

# 아래처럼 사용하면 에러가 발생한다.
def f(x1=1, x2):
    return x1 + x2

# 아래처럼 순서대로 지정하여 사용해야 한다.
def f(x1, x2=1):
    return x1 + x2

패킹(Packing)과 언패킹(Unpacking)

• 패킹은 말그대로 묶는다는 의미이다.
• 언패킹은 묶여있는 것을 풀어낸다는 의미이다.
• 튜플 타입으로 값을 묶는 것을 튜플 패킹이라고 한다.
• 튜플 타입으로 묶여있는 값을 풀어내는 것을 튜플 언패킹이라한다.

예시

아래는 튜플 패킹의 예시이다.

# 아래처럼 튜플 타입으로 데이터를 묶는 것을 튜플 패킹이라고 한다.
a = (1, 2, 3)
print(a)

# 튜플 패킹은 소괄호가 없어도 된다.
b = 1, 2, 3
print(b)

아래는 튜플 언패킹의 예시이다.

a = (1, 2)

# 튜플 언패킹
n1, n2 = a
print(n1, n2)

• 언패킹의 과정에서 둘 이상의 값을 리스트로 묶는 것도 가능하다.
• 중요한 점은, 튜플이 아닌 리스트로 묶인다는 사실이다.

num = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
n1, n2, *others = num

print(n1)
print(n2)
print(others)

• 맨 뒤쪽에 있는 값들만 리스트로 묶을 수 있는 것이 아니라, 중간 값이나 앞에 위치한 값들도 묶을 수 있다.
• 단, 일부를 리스트로 묶을 때는, * 기호를 사용한다.
• 참고로, 리스트 역시 언패킹이 가능하다.

num = [1, 2, 3]
n1, n2, n3 = num
print(n1)

함수에서의 패킹과 언패킹

• 함수의 호출, 반환에서도 튜플 패킹과 언패킹을 할 수 있다.

def f():
    return 1, 2, 3

y = f()
print(y)

# 반환되는 튜플을 언패킹하여 대입할 수도 있다.
n1, *others = f()
print(n1)
print(others)

• 위의 예시에서는 * 기호를 사용하여 남은 값들을 리스트로 패킹하는 형태로만 사용했다.
• 하지만 * 기호는 사용 위치에 따라 튜플 패킹이나 언패킹으로 쓰일 수 있다.

# 이와 같은 방식을 '가변인자'라고 한다.
# 아래의 '가변인자' 항목 참고
def f(*args):
    # (1, 2, 3, 4, 5) -> 튜플 패킹
    print(args)

def f2(x, y):
    print(x)
    print(y)


f(1, 2, 3, 4, 5)

a = 180, 75
# 튜플 'a'에 담긴 값을 언패킹하여 각각 매개변수에 전달한다.
f2(*human)

중첩 튜플의 패킹과 언패킹

튜플안에 튜플이 존재하는 중첩 튜플에서 패킹과 언패킹은 아래의 예시처럼 튜플의 형태를 그대로 따르면 된다.

t = ((1, 2), 3, (4, 5))
(t1, t2), t3, (t4, t5) = t

# 1 2 3 4 5
print(t1, t2, t3, t4, t5)

언패킹의 관례

언패킹 과정에서 모든 값이 필요하지 않고 필요한 정보만 사용하고 싶을 때는 관례적으로 사용하지 않는 값들에 대해서 변수 _ 에 담는다.

a = ('Hello', 1, 2, 3)

# 맨 마지막 값만 사용하고자 할 때에는 아래와 같이 표현한다.
_, _, _, n = a
print(n)

for 문에서의 언패킹

for 루프에서도 역시 언패킹을 할 수 있다.

data = [('a', 1), ('b', 2),('c', 3)]

for s, n in data:
    print(s, n)

정리

• 패킹: 여러 개의 값을 하나의 컬렉션(collection)으로 묶어 변수에 대입하는 것을 의미한다.
  • ex. collection = 1, 2, 3
• 언패킹: 컬렉션 속의 요소들을 여러 개의 변수에 나누어 대입하는 것을 의미한다.
  • ex. a, b, c = collection )
• 언패킹을 할 때, 대입문 좌변의 변수 하나에 별 기호( * )를 붙여 다른 변수에 대입하고 남은 나머지 요소를 대입할 수 있다.

입력값이 몇 개가 될지 모를 경우

입력값이 함수를 호출할 때마다 다를 경우도 존재한다.

한가지 예시로, 입력받은 값들을 모두 더해주는 함수를 만들고자 하는 경우에는 어떻게 해야할까?

당장 내가 떠올린 방식으로는 아래의 예시처럼 리스트 타입과 같은 컨테이너 타입을 인자값으로 받은 뒤에 반복문을 통해서 더해주는 방식이 있다.

def f(x):
    y = 0
    for i in x:
        y = y + i
    else:
        return y


x = [1, 2, 3]
y = f(x)
print(y)

하지만 아래의 예시처럼 인자값을 한번에 여러 개를 받는 방식을 사용하는 방법이 존재하진 않을까?

def f(x1, x2, x3, ...):
    return x1 + x2 + x3 + ...

가변인자 args

• 입력받은 값들이 몇 개가 될지 모르는 경우, 이때 쓰이는 방식이 바로 가변인자이다.
• 가변인자의 명칭을 관례적으로 args 라고 명명하여 사용한다.

여러 개의 입력값을 받는 가변인자를 활용하여 함수 만들기

위의 예시로 들었던 입력받은 값들을 모두 더해주는 함수를 만들때, 가변인자를 활용하여 다음과 같이 만들 수 있다.

# 매개변수 앞에 * 기호를 붙여주면 가변인자가 된다.
def f(*x):
    y = 0
    for i in x:
        y = y + x
    else:
        return y


# 가변인자를 사용하면 인자값을 프로그래머가 원하는 만큼 입력하여 호출할 수 있다.
x = f(1, 2, 3)
y = f(x, 4, 5, 6)
z = f(y, 7, 8, 9, 10)

print('x:', x)
print('y:', y)
print('z:', z)

공부하다가 궁금해서 한번 해봤는데, 가변인자의 타입은 튜플 타입 이다.

def f(*args):
    print('가변인자 args의 값:', args)
    print('가변인자 args의 타입:', type(args))

f(1, 2, 3)

키워드 파라미터 kwargs

• 키워드 파라미터는 자신이 직접 매개변수의 명칭을 지정하여 사용할 수 있도록 해준다.
• 키워드 파라미터를 사용할 때는 매개변수 앞에 별 기호 두 개( ** )를 붙인다.
• 키워드 파라미터의 명칭은 관례적으로 kwargs 라고 명명하여 사용한다.

def f(**kwargs):
    print(kwargs)

키워드 파라미터 사용하기

• 키워드 파라미터는 키워드와 값을 같이 입력하여 사용한다.
• 키워드 파라미터는 키(key)와 값(value)을 가지므로, 키워드 파라미터의 타입은 딕셔너리 타입이다.

def f(**kwargs):
    print('키워드 파라미터 kwargs의 값:' kwargs)
    print('키워드 파라미터 kwargs의 타입:', type(kwargs))


# 사용하는 방법은 다음과 같이 매개변수=값 형식으로 호출하여 사용한다.
f(a=1, b=2)

즉, 키워드 파라미터는 프로그래머가 직접 상황에 따라서 매개변수의 명칭과 값을 다르게 주고 싶을 경우에 사용한다.

가변인자와 키워드 파라미터 둘 다 사용하기

• 가변인자와 키워드 파라미터를 동시에 사용할 수도 있다.
• 함수 작성 시 순서는 매개변수 -> 기본값 -> 가변인자 -> 키워드 파라미터 순으로 작성한다.

def f(a, b=1, *args, **kwargs):
    # 키워드 파라미터의 키(key)값이 어떤 키가 될지 모르니 get 함수를 사용하는 것이 좋다.
    x = kwargs.get('x', 0)
    y = kwargs.get('y', 0)

    for i in args:
        x = x + i
    else:
        result = y + (x * a) + b
        return result


# a의 값은 1
# b의 값은 2
# args의 값은 (3, 4)
# kwargs의 값은 {'x': 10, 'y': 20}
y = f(1, 2, 3, 4, x=10, y=20)
print(y)

매개 변수 강제하기

매개 변수에 * 기호를 하나만 붙여서 사용하면 그 뒤에 있는 매개 변수들은 이름을 지정해서 사용해야만 한다.

def f(x, y, *, z):
   print(x, y, z)

# 문제없이 작동한다.
f(x=10, y=20, z=30)

# 문제없이 작동한다.
f(10, y=20, z=30)

# 문제없이 작동한다.
f(10, 20, z=30)

# 아래의 코드를 실행하면 다음과 같은 에러가 발생한다.
# TypeError: f() takes exactly 1 positional argument (2 given)
# 즉, '*' 기호 뒤에 있는 매개 변수 'z'는 반드시 키워드 인자를 입력해서 사용해야만 한다.
f(10, 20, 30)

키워드 인자와 매개 변수 강제를 동시에 사용하는 것도 가능하다.

def f(x, *, y, z=10, **kwargs):
    print(x, y, z, kwargs)

# 출력하면 '10 20 10 {'d': 10}'이 출력된다.
f(10, y=20, d=10)

함수 안에서 선언한 변수의 효력 범위

함수 안에서 사용할 변수의 이름을 함수 밖에서도 동일하게 사용한다면 어떻게 될까?

아래의 코드를 실행해보았다.

a = 1
def f(a):
    a = a +1

f(a)
print(a)

절차

1. 먼저 a 라는 변수를 생성하고 1을 대입한다.
2. 다음 입력으로 들어온 값에 1을 더해 주고 결과값은 돌려주지 않는 함수 f 를 선언한다.
3. 그리고 함수 f 에 입력값으로 a를 주었다.
4. 마지막으로 a 의 값을 출력하는 print(a) 를 입력한다.

결과

• 당연히 함수 f 에서 매개변수 a 의 값에 1을 더했으니까 2가 출력될 것 같지만, 실행해 보면 결과는 1이 나온다.
• 그 이유는 함수 안에서 새로 만든 매개변수는 함수 안에서만 사용하는 함수만의 변수 이기 때문이다.
• 즉 def f(a) 에서 입력값을 전달받는 매개변수 a 는 함수 안에서만 사용하는 변수이지, 함수 밖의 변수 a 가 아니라는 뜻이다.
• 따라서 함수 f 는 다음처럼 변수 이름을 y 로 한 함수와 완전히 동일하다.

def f(y):
    y = y + 1

즉, 함수 안에서 사용하는 매개변수는 함수 밖의 변수 이름과는 전혀 상관이 없다는 뜻이다.

그렇다면 아래의 코드를 실행하면 어떻게 될까?

def f(a):
    a = a + 1

f(3)
print(a)

• f(3) 을 수행하면 함수 f 안에서 a 는 4가 되지만, 함수를 호출하고 난 뒤에 print(a) 문장은 오류가 발생하게 된다.
• 그 이유는 print(a) 에서 입력받아야 하는 변수 a 를 어디에서도 찾을 수가 없기 때문이다.
• 함수 안에서 선언한 매개변수는 함수 안에서만 사용될 뿐, 함수 밖에서는 사용되지 않는다.

함수 안에서 함수 밖의 변수를 변경하는 방법

위의 함수 f 를 사용해서 함수 밖의 변수 a 를 1만큼 증가시킬 수 있는 방법은 2가지가 있다.

1. return 키워드 사용하기

첫 번째 방법은 return 키워드를 사용하는 방법이다.

a = 1 
def f(a): 
    a = a +1 
    return a

a = f(a) 
print(a)

2. global 키워드 사용하기

두 번째 방법은 global 키워드를 사용하는 방법이다.

• global 키워드는 함수 밖의 변수를 함수 내에서도 사용할 수 있도록 해주는 키워드이다.
• 하지만 프로그래밍을 할 때 global 키워드는 사용하지 않는 것이 좋다고 한다.
• 왜냐하면 함수는 독립적으로 존재하는 것이 좋기 때문이다.
  • 즉, 함수는 순수 함수(Pure Function) 로 만드는 것이 좋다.
• 외부 변수에 종속적인 함수는 그다지 좋은 함수가 아니기 때문에 가급적 global 키워드를 사용하는 방법은 피하고 첫 번째 방법을 사용하기를 권장하고 있다.

a = 1
def f():
    global a 
    a = a + 1

f()
print(a)

lambda

• lambda 는 함수를 생성할 때 사용하는 키워드로, def 와 동일한 역할을 하며, 보통 함수를 한줄로 간결하게 만들 때 사용한다.
• 우리말로는 "람다"라고 읽고, def 키워드를 사용해야 할 정도로 복잡하지 않거나 def 키워드를 사용할 수 없는 곳에 주로 쓰인다.
• 사용법: lambda 매개변수1, 매개변수2, ... : 매개변수를 이용한 표현식

예시

f = lambda x1, x2: x1 + x2
y = f(3, 4)

# 타입은 lambda 타입이 나온다.
print(type(f))
print(y)

두 개의 인수를 받아 서로 더한 값을 돌려주는 lambda 함수를 만들었다. 위 예제는 def 를 사용한 다음 함수와 하는 일이 완전히 동일하다.

def f(x1, x2):
    return x1 + x2

y = f(3, 4)
print(y)

※ lambda 키워드로 만든 함수는 return 키워드가 없어도 결과값을 돌려준다.