4. 실행 모델

4.1. 프로그램의 구조

파이썬 프로그램은 코드 블록으로 만들어집니다. 블록 (block) 은 한 단위로 실행되는 한 조각의 파이썬 프로그램 텍스트입니다. 다음과 같은 것들이 블록입니다: 모듈, 함수 바디, 클래스 정의. 대화형으로 입력되는 각 명령은 블록입니다. 스크립트 파일(표준 입력을 통해 인터프리터로 제공되는 파일이나 인터프리터에 명령행 인자로 지정된 파일)은 코드 블록입니다. 스크립트 명령(-c 옵션으로 인터프리터 명령행에 지정된 명령)은 코드 블록입니다. -m 인자를 사용하여 명령 줄에서 최상위 수준 스크립트로 (모듈 __main__으로) 실행되는 모듈도 코드 블록입니다. 내장함수 eval() 과 exec() 로 전달되는 문자열 인자도 코드 블록입니다.

코드 블록은 실행 프레임 (execution frame) 에서 실행됩니다. 프레임은 몇몇 관리를 위한 정보(디버깅에 사용됩니다)를 포함하고, 코드 블록의 실행이 끝난 후에 어디서 어떻게 실행을 계속할 것인지를 결정합니다.

4.2. 이름과 연결(binding)

4.2.1. 이름의 연결

이름 (Names) 은 객체를 가리킵니다. 이름은 이름 연결 연산 때문에 만들어집니다.

다음과 같은 것들이 이름을 연결합니다: 함수로 전달되는 형식 매개변수, import 문, 클래스와 함수 정의(이것들은 클래스나 함수 이름을 정의하고 있는 블록에 연결합니다), 그리고 다음과 같은 것들에 등장하는 식별자 대상들: 대입, for 루프 헤더, with 문이나 except 절의 as 뒤. from ... import * 형태의 import 문은 임포트되는 모듈에 정의된 모든 이름을 연결합니다, 밑줄로 시작하는 이름들은 예외입니다. 이 형태는 모듈 수준에서만 사용될 수 있습니다.

del 문에 나오는 대상 역시 이 목적에서 연결된 것으로 간주합니다(실제 의미가 이름을 연결 해제하는 것이기는 해도).

각 대입이나 임포트 문은 클래스나 함수 정의 때문에 정의되는 블록 내에 등장할 수 있고, 모듈 수준(최상위 코드 블록)에서 등장할 수도 있습니다.

만약 이름이 블록 내에서 연결되면, nonlocal 이나 global 로 선언되지 않는 이상, 그 블록의 지역 변수입니다. 만약 이름이 모듈 수준에서 연결되면, 전역 변수입니다. (모듈 코드 블록의 변수들 지역이면서 전역입니다.) 만약 변수가 코드 블록에서 사용되지만, 거기에서 정의되지 않았으면 자유 변수 (free variable) 입니다.

프로그램 텍스트에 등장하는 각각의 이름들은 다음에 나오는 이름 검색(name resolution) 규칙에 따라 확정되는 이름의 연결 (binding) 을 가리킵니다.

4.2.2. 이름의 검색(resolution)

스코프 (scope) 는 블록 내에서 이름의 가시성(visibility)을 정의합니다. 지역 변수가 블록에서 정의되면, 그것의 스코프는 그 블록을 포함합니다. 만약 정의가 함수 블록에서 이루어지면, 포함된 블록이 그 이름에 대해 다른 결합을 만들지 않는 이상, 스코프는 정의하고 있는 것 안에 포함된 모든 블록으로 확대됩니다.

이름이 코드 블록 내에서 사용될 때, 가장 가깝게 둘러싸고 있는 스코프에 있는 것으로 검색됩니다. 코드 블록이 볼 수 있는 모든 스코프의 집합을 블록의 환경 (environment) 이라고 부릅니다.

이름이 어디에서도 발견되지 않으면 NameError 예외가 발생합니다. 만약 현재 스코프가 함수 스코프이고, 그 이름이 사용되는 시점에 아직 연결되지 않은 지역 변수면 UnboundLocalError 예외가 발생합니다. UnboundLocalError 는 NameError 의 서브 클래스입니다.

만약 이름 연결 연산이 코드 블록 내의 어디에서 건 일어난다면, 그 블록 내에서 그 이름의 모든 사용은 현재 블록을 가리키는 것으로 취급됩니다. 이것은 연결되기 전에 블록에서 사용될 때 에러로 이어질 수 있습니다. 이 규칙은 미묘합니다. 파이썬에는 선언(declaration)이 없고, 이름 연결 연산이 코드 블록 내의 어디에서나 일어날 수 있도록 허락합니다. 코드 블록의 지역 변수는 블록의 텍스트 전체에서 이름 연결 연산을 찾아야 결정될 수 있습니다.

만약 global 문이 블록 내에서 나오면, 문장에서 지정한 이름의 모든 사용은 최상위 이름 공간(top-level namespace)에 연결된 것을 가리키게 됩니다. 최상위 이름 공간에서 이름을 검색한다는 것은, 전역 이름 공간, 즉 코드 블록을 포함하는 모듈의 이름 공간, 과 내장 이름 공간, 모듈 builtins 의 이름 공간, 을 검색한다는 뜻입니다. 전역 이름 공간이 먼저 검색됩니다. 거기에서 이름이 발견되지 않으면, 내장 이름 공간을 검색합니다. global 문은 그 이름을 사용하기 전에 나와야 합니다.

global 문은 같은 블록의 이름 연결 연산과 같은 스코프를 갖습니다. 자유 변수의 경우 가장 가까이서 둘러싸는 스코프가 global 문을 포함한다면, 그 자유 변수는 전역으로 취급됩니다.

nonlocal 문은 대응하는 이름이 가장 가까이서 둘러싸는 함수 스코프에서 이미 연결된 이름을 가리키도록 만듭니다. 만약 주어진 이름이 둘러싸는 함수 스코프 어디에도 없다면 컴파일 시점에 SyntaxError 를 일으킵니다.

모듈의 이름 공간은 모듈이 처음 임포트될 때 자동으로 만들어집니다. 스크립트의 메인 모듈은 항상 __main__ 이라고 불립니다.

클래스 정의 블록과 exec() 와 eval() 로 전달되는 인자는 특별한 이름 검색 문맥을 갖습니다. 클래스 정의는 이름을 사용하고 정의할 수 있는 실행 가능한 문장입니다. 이 참조들은 연결되지 않은 지역 변수를 전역 이름 공간에서 찾는다는 점을 제외하고는 이름 검색의 일반적인 규칙을 따릅니다. 클래스 정의의 이름 공간은 클래스의 어트리뷰트 딕셔너리가 됩니다. 클래스 블록에서 정의된 이름들의 스코프는 클래스 블록으로 제한됩니다; 메서드들의 코드 블록으로 확대되지 않습니다 -- 이것은 컴프리헨션과 제너레이터 표현을 포함하는데 이것들이 함수 스코프를 사용해서 구현되기 때문입니다. 이것은 다음과 같은 것이 실패한다는 뜻입니다:

class A:
    a = 42
    b = list(a + i for i in range(10))

flowdas

a + i 가 제너레이터 표현식을 위한 별도의 함수 스코프에서 평가되기 때문입니다. 그 곳에서는 A 의 클래스 스코프에 들어있는 a 가 보이지 않습니다. 하지만 다음과 같은 코드를 살펴봅시다:

>>> class A:
...   a = 42
...   b = list(i for i in range(a, a+10))
>>> A.b
[42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51]

이 코드는 실패하지 않습니다. for 의 오른쪽에 나오는 표현식들은 제너레이터 표현식을 위한 별도의 스코프에서 평가되지 않기 때문입니다. 컴프리헨션에서도 마찬가지 규칙이 적용됩니다.

이런 상황은 많은 사람들이 혼란스러워하는 파이썬 스코프 규칙의 어두운 면을 드러냅니다. 특히 클래스 스코프와 컴프리헨션 또는 제너레이터 표현식의 스코프에 적용되는 특수한 규칙들이 혼란을 일으킵니다. 이 규칙을 꼼꼼하게 따져보아야하는 어쩔 수 없는 상황이 있기는 하지만, 되도록 피하는 것이 상책입니다.

4.2.3. builtins 와 제한된 실행

CPython implementation detail: 사용자는 __builtins__ 를 건드리지 말아야 합니다; 이것은 구현 세부사항입니다. 내장 이름 공간의 값을 변경하고 싶은 사용자는 builtins 모듈을 import 하고 그것의 어트리뷰트를 적절하게 수정해야 합니다.

코드 블록의 실행과 연관된 내장 이름 공간은, 사실 전역 이름 공간의 이름 __builtins__ 를 조회함으로써 발견됩니다. 이것은 딕셔너리나 모듈이어야 합니다(후자의 경우 모듈의 딕셔너리가 사용됩니다). 기본적으로, __main__ 모듈에 있을 때는 __builtins__ 가 내장 모듈 builtins 이고, 다른 모듈에 있을 때는 __builtins__ 는 builtins 모듈의 딕셔너리에 대한 별칭입니다.

flowdas

이 섹션의 제목에 붙은 "제한된 실행"은 무슨 뜻일까?

제한된 실행은, 주로 보안상의 이유로 코드가 어떤 일들을 할 수 없도록 제한하는 것을 뜻합니다. 가령 디스크의 파일을 읽거나 만들 수 없도록 하고 싶을 수 있습니다. 이럴 때 내장 함수들을 제약하는 경우가 많습니다. 이 내장 함수들이 제공되는 메커니즘을 설명하고 있고, 결과적으로 제한된 실행 환경을 제공하기 위해 조작해야 할 곳을 알려주고 있습니다.

4.2.4. 동적 기능과의 상호작용

자유 변수에 대해 이름 검색은 컴파일 시점이 아니라 실행 시점에 이루어집니다. 이것은 다음과 같은 코드가 42를 출력한다는 것을 뜻합니다:

i = 10
def f():
    print(i)
i = 42
f()

eval() 과 exec() 함수는 이름 검색을 위한 완전한 환경에 대한 접근권이 없습니다. 이름은 호출자의 지역과 전역 이름 공간에서 검색될 수 있습니다. 자유 변수는 가장 가까이 둘러싼 이름 공간이 아니라 전역 이름 공간에서 검색됩니다. 1 exec() 과 eval() 함수에는 전역과 지역 이름 공간을 재정의할 수 있는 생략 가능한 인자가 있습니다. 만약 단지 한 이름 공간만 주어지면, 그것이 두 가지 모두로 사용됩니다.

4.3. 예외

예외는 에러나 예외적인 조건을 처리하기 위해 코드 블록의 일반적인 제어 흐름을 깨는 수단입니다. 에러가 감지된 지점에서 예외를 일으킵니다(raised); 둘러싼 코드 블록이나 직접적 혹은 간접적으로 에러가 발생한 코드 블록을 호출한 어떤 코드 블록에서건 예외는 처리될 수 있습니다.

파이썬 인터프리터는 실행 시간 에러(0으로 나누는 것 같은)를 감지할 때 예외를 일으킵니다. 파이썬 프로그램은 raise 문을 사용해서 명시적으로 예외를 일으킬 수 있습니다. 예외 처리기는 try ... except 문으로 지정됩니다. 그런 문장에서 finally 구는 정리(cleanup) 코드를 지정하는 데 사용되는데, 예외를 처리하는 것이 아니라 앞선 코드에서 예외가 발생하건 그렇지 않건 실행됩니다.

파이썬은 에러 처리에 "종결 (termination)" 모델을 사용합니다; 예외 처리기가 뭐가 발생했는지 발견할 수 있고, 바깥 단계에서 실행을 계속할 수는 있지만, 에러의 원인을 제거한 후에 실패한 연산을 재시도할 수는 없습니다(문제의 코드 조각을 처음부터 다시 시작시키는 것은 예외입니다).

예외가 어디서도 처리되지 않을 때, 인터프리터는 프로그램의 실행을 종료하거나, 대화형 메인 루프로 돌아갑니다. 두 경우 모두, 예외가 SystemExit 인 경우를 제외하고, 스택 트레이스백을 인쇄합니다.

예외는 클래스 인스턴스로 구분됩니다. except 절은 인스턴스의 클래스에 따라 선택됩니다: 인스턴스의 클래스나 그것의 베이스 클래스를 가리켜야 합니다. 인스턴스는 핸들러가 수신할 수 있고 예외적인 조건에 대한 추가적인 정보를 포함할 수 있습니다.

참고

예외 메시지는 파이썬 API 일부가 아닙니다. 그 내용은 파이썬의 버전이 바뀔 때 경고 없이 변경될 수 있고, 코드는 여러 버전의 인터프리터에서 실행될 수 있는 코드는 이것에 의존하지 말아야 합니다.

섹션 try 문 에서 try 문, raise 문 에서 raise 문에 대한 설명이 제공됩니다.

각주

1

이 한계는 이 연산들 때문에 실행되는 코드가 모듈이 컴파일되는 시점에는 존재하지 않았기 때문입니다.