| 우리는 무엇을 다룰 것인가? |
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어떠한 종류의 창조적인 활동에서도 우리는 세 가지의 기본적인 요소를 필요로 한다: 도구와, 재료 그리고 기술. 예를 들어 내가 그림을 그릴 때는 도구들은 붓, 연필 그리고 팔레트이다. 기술은 덧칠하고, 혼합하고, 흩뿌리고 등등 과 같은 것이다. 마지막으로 재료는 페인트, 종이 그리고 물이다. 비슷하게 내가 프로그래밍을 할 때는, 나의 도구는 프로그래밍 언어, 운영체제와 하드웨어이다. 기술은 이 전 섹션들에서 우리가 논의한 프로그래밍 구조들이다 그리고 재료는 내가 처리해야할 데이타이다. 이 장에서 우리는 프로그래밍의 재료들을 살펴볼 것이다.
이 장은 대단히 긴 섹션이며 그 본성상 여러분은 약간은 무미건조하게 느낄 것인데, 그래도 좋은 소식은 여러분이 한번이라도 그 모두를 읽을 필요는 없다는 것이다. 이 장은 먼저 사용가능한 가장 기본적인 데이타 형을 살펴보고 계속하여 어떻게 우리는 항목들의 모임을 다룰 것인지에 대하여 나아가고 마지막으로 약간 더 진보된 재료들을 살펴볼 것이다. 집합형 재료들을 다룬, 이 장을 생략할 수가 있다. 다음 몇 개의 장을 다루어 보고 그리고 나서 이 장으로 돌아 오라. 그 때 우리는 더욱 진보된 조각들을 사용하기 시작할 것이다.
데이타는 모든 사람들이 사용을 하지만 실제로 이해하는 사람은 드문 용어들 중의 하나이다.
내 사전은 그것을 다음과 같이 정의하고 있다:
"결과를 이끌어 낼수 있는 사실들 혹은 숫자들; 정보"
그것으로 큰 도움은 안되겠지만 적어도 출발점은 제공해 준다. 프로그래밍 용어로 데이타가 어떻게 사용되는 지를 살펴봄으로써 우리가 사실을 명쾌하게 정리할 수 있는지 살펴보자. 데이타는 가공되지 않은 정보이다, 그것을 여러분의 프로그램이 처리한다. 데이타가 없이는 프로그램은 어떠한 유용한 기능도 수행할 수 없다. 프로그램은 때로는 데이타의 형type에 따라서, 여러가지 방식으로 데이타를 처리한다. 각 데이타의 형은 또한 많은 수의 처리방법operations들을 가진다 - 그것으로 여러분 데이타에 처리를 한다. 예를 들어 우리는 숫자들을 더할 수 있다는 것을 보았다. 덧셈은 수치형의 데이타에 사용되는 처리방법이다. 데이타는 여러가지 형태가 있다. 우리는 가장 일반적인 형태들과 그 형태에 사용가능한 처리방법을 살펴볼 것이다:
데이타는 여러분의 컴퓨터메모리에 저장된다. 여러분은 이것을 편지를 분류하기 위하여 우편방에서 사용되는 상자들로 가득한 큰 벽이라고 비유할 수 있다. 여러분은 편지를 어떤 상자에서 넣을 수 있지만, 상자에 적당한 목적지 주소가 붙어있지 않다면 그것은 아무런 의미없는 일이다. 변수들은 여러분의 컴퓨터 메모리에 있는 상자들에 붙여진 라벨과 같은 것이다.
데이타의 모습이 어떠한지를 이해하는 것은 이해할 수록 좋은 것이지만 그것을 다루기 위해서는 거기에 접근할 필요가 있으며 그것이 바로 변수가 사용되는 이유이다. 프로그래밍 용어로 우리는 데이타 형의 실체instances를 만들수 있고 그것들을 변수에 할당할 수 있다. 변수는 컴퓨터 메모리의 어디엔가 있는 특정한 지역에 대한 참조reference이다. 이러한 지역은 데이타를 가지고 있다. 어떤 컴퓨터 언어에서는 변수는 자신이 지시하는 그 데이타의 형과 반드시 일치해야만 한다. 그러한 변수에 잘못된 형태의 데이타를 할당하려는 어떠한 시도도 에러를 야기할 것이다. 어떤 프로그래머들은 이러한 형태의 시스템을 선호한다, 이러한 시스템은 탐지하기 어려운 미묘한 버그들을 방지할 수 있기 때문에 정적형태static typing라고 알려져 있다.
파이썬에서 변수는 자신에게 할당된 데이타의 형을 취한다. 파이썬은 그 형태를 유지할 것이고 여러분이 (문자열을 숫자등에 더하려고 하는 것과 같은) 괴이한 방식으로 데이타를 섞어 쓰려고 하면 여러분에게 경고를 할 것이다. (예제의 에러 메시지가 기억나는가? 그것은 단지 그런 종류의 예일뿐이다.) 우리는 한 변수가 지시하는 데이타의 형을 그 변수를 재할당함으로써 바꿀수 있다.
>>> q = 7 # q is now a number >>> print q 7 >>> q = "Seven" # reassign q to a string >>> print q Seven
'q'는 숫자 7을 지시하도록 처음에 설정되었음을 주목하라. 우리가 문자열 "seven"을 그곳에 할당할 때까지 'q'는 그 값을 유지한다. 그런식으로, 파이썬의 변수는 어떤값을 지시하든지 그 형을 유지하지만, 우리는 그 변수를 단순히 재할당함으로써 그것들이 지시하는 것을 변경할 수 있다. 그 순간에 원래의 데이타는 '사라지고' 파이썬은 (다른 변수가 또 그것을 지시하지 않는 한)그것을 메모리로부터 지울 것이다. 이것은 쓰레기 수집 garbage collection.이라고 알려져 있다.
쓰레기 수집은 가끔 잠시 한번 들려서 라벨없는 상자에 들어 있는 편지들을 없애는 편지방 직원에 비유될 수 있다. 그가 만약 소유자 혹은 주소를 그 편지에서 발견할 수 없다면 그는 그것들을 쓰레기통에 버린다. 데이타형의 몇 가지 예제들을 살펴보고 이러한 모든 것들이 어떻게 맞아 떨어지는지 알아보자
기본적인 데이타 형은 이른바 그들이 우리가 다룰 수 있는 가장 기본적인 데이타 형이기 때문에 그렇게 불려진다. 더욱 복잡한 데이타 형은 실제로는 기본적인 형의 결합이다. 이것들은, 빌딩 블록과 같아서 다른 모든 형들이 이 위에 세워지며, 컴퓨팅의 토대가 된다. 이것에는 문자, 숫자 그리고 불리언 형이라고 불리우는 것 등이 포함된다.
우리는 이미 이것들을 보았다. 그것들은 말 그대로 죽 늘어선 혹은 연속적인 문자들이어서 여러분의 스크린에 출력될 수 있다. (사실 거기에는 출력될 수 없는 제어 문자 control characters들도 역시 있을 수 있다.)
파이썬에서, 문자열은 여러가지 방식으로 표현될 수 있다:
단일 인용부호를 가지고:
'Here is a string'
이중 인용부호를 가지고:
"Here is a very similar string"
세개짜리 이중인용부호를 가지고:
""" Here is a very long string that can
if we wish span several lines and Python will
preserve the lines as we type them..."""
마지막의 특별한 사용법은 파이썬 우리가 스스로 만든 함수들을 문서화하는 것이다. - 이것은 나중에 다룰 것이다.
여러분은 문자열속에 있는 개별적인 문자들을 문자열의 배열로 취급함으로써 접근할 수 있다.(아래의 배열을 참조하라) 또한 그 프로그래밍언어가 보통 제공하는 약간의 처리방법들도 있어서 여러분이 문자열을 다룰수 있도록 도와 준다. - 하부 문자열 찾기, 두개의 문자열을 연결하기, 하나의 문자열을 다른 문자열에 복사하기 등등.
문자열에 수행가능한 수 많은 처리방식들이 있다. 이러한 것들 중 약간은 파이썬에 내장되었으나 다른 많은 것들은 모듈로 제공되어 여러분은 반드시 (간단한 연속열 섹션에서 sys모듈을 다룬 것과 같이)그 모둘을 수입할 필요가 있다.
| 연산자 | 설 명 |
|---|---|
| S1 + S2 | S1과 S2를 연결하기 |
| S1 * N | S1을 N번 반복하기 |
우리는 이것들이 다음 예제에서와 같이 작동하는 것을 볼수 있다:
>>> print 'Again and ' + 'again' # string concatenation Again and again >>> print 'Repeat ' * 3 # string repetition Repeat Repeat Repeat >>> print 'Again ' + ('and again ' * 3) # combine '+' and '*' Again and again and again and again
우리는 또한 문자열을 변수에 할당할 수도 있다:
>>> s1 = 'Again ' >>> s2 = 'and again ' >>> print s1 + (s2 * 3) Again and again and again and again
가장 마지막의 두 개의 예제는 똑 같은 출력을 산출하고 있음을 주목하라.
DIM MyString$ MyString$ = "Hello there!" PRINT MyString$
Tcl은 내부적으로 모든 것에 문자열을 사용한다. 사용자의 관점에서 본다면 그렇지만 이것은 보통은 확실하게 보이지 않는다. 명시적으로 문자열을 다룰 때는 여러분은 그것을 이중인용부호로 둘러싸야 한다. Tcl에서 하나의 값을 변수에 할당하기 위해서는 set명령어를 사용하라 그리고 문자열 변수를 읽기 위해서는 (혹은 실제로 Tcl에서는 어떤 변수도 마찬가지이다.) '$'기호를 그 이름앞에 놓아라, 다음과 같이:
% set Mystring "Hello world" % put $Mystring
주의: Tcl 과 BASIC에서는 오로지 이중인용부호만이 문자열에 사용될 수 있다.
정수는 대단히 큰 음의 값으로부터 대단히 큰 양의 값까지 소수점을 포함하지 않은 수이다. 그것은 꼭 기억해야할 중요한 점이다. 보통 우리는 숫자들이 크기에 있어 제한 되지 않는다고 생각하지만 컴퓨터에서는 상한과 하한이 존재한다. 상한값의 크기는 MAXINT라고 알려져 있으며, 숫자를 표현하기 위하여 여러분의 컴퓨터가 사용하는 비트의 숫자에 의하여 결정된다. 오늘날의 대부분의 컴퓨터에서는 32비트가 기본이며 그래서 MAXINT값은 약 20억 정도가 된다.
양과 음의 값을 가지는 숫자는 부호있는 정수signed integers라고 알려져 있다. 여러분은 물론 0 을 포함하여, 양의 숫자로만 제한된 부호없는 정수unsigned integers를 가질 수도 있다. 이것은 더 큰 최대값을 MAXINT의 두배 혹은 40억 가량으로 사용가능하다는 것을 의미하는데 우리가 음의 수를 나타내기 위하여 그 전에 사용했던 공간들을 사용하여 양의 숫자들을 더욱 많이 나타낼 수 있기 때문이다.
정수는 크기가 MAXINT값으로 제한 되어 있으므로 두 개의 정수를 더하여 함계가 MAXINT값보다 크게 된다면 합계는 에러를 발생시킨다. 어떤 시스템/언어에서는 잘못된 값은 단순히 그대로 반환될 뿐이다( 보통 어떤 비밀스런 표식이 제기되면 여러분이 생각하기에 그것이 올바르게 설정 되었는지를 여러분은 점검할수 있다.) 보통 에러 조건이 야기되면 여러분의 프로그램은 그 에러를 처리할 수 있거나 아니면 프로그램은 종표한다. 파이썬은 후자의 접근방식을 취하고 있고 반면에 Tcl은 전자를 채택하고 있다. 베이직도 에러를 야기하지만 에러를 잡을 수 있는 방법은 제공하지 않는다.( 적어도 난 어떻게 하는지 모른다!)
우리는 이미 대부분의 수학적 연산자를 보았다. 여러분은 '단순한 연속열'의 장에서 그것들이 필요했었다. 그렇지만 요약하자면:
| 연산자 예 | 해 설 |
|---|---|
| M + N | M 과 N 의 덧셈 |
| M - N | M 에서 N 빼기 |
| M * N | M 과 N 의 곱셈 |
| M / N | 나누기, M과 N의 형에 따라서 정수 혹은 부동소수점을 결과로 가진다. 만약 M 또는 N 이 실수라면(아래를 보라) 그 결과는 실수가 될 것이다. |
| M % N | 나머지: M을 N으로 나눈 나머지를 찾는다. |
| M**N | 지수화: M 을 N제곱 |
우리는 가장 마지막 예제를 전에 본적이 있다. 그래서 어떤 정수형 변수를 만들고 지수 연산자를 사용하는 예제를 하나 살펴보자:
>>> i1 = 2 # create an integer and assign it to i1 >>> i2 = 4 >>> i3 = 2**4 # assign the result of 2 to the power 4 to i3 >>> print i3 16
BASIC 은 정수에 관해 또 다른 규칙들을 가지고 있다. 정수형 변수를 선언하기 위하여 베이직에서 여러분은 아무것도 붙이지 않은 이름 그대로를 사용하던가 우리가 원하는 것이 정수라는 신호를 베이직에게 줄 수가 있다 (이것이 좀더 효율적일 것이다.) 우리는 이름을 '%'로 끝냄으로서 이것을 할 수 있다:
FOO = 8 REM FOO can hold any kind of number BAR% = 9 REM BAR can only hold integers
BASIC에서 정수형 변수에 관하여 마지막 주의사항:
i% = 7 PRINT 2 * i% i% = 4.5 PRINT 2 * i%
4.5가 i%에 할당된 것이 작동하는 것같이 보이지만 단지 정수부분만이 실제로 할당되었다는 것을 주목하라. 이것을 보면 파이썬이 정수나눗셈을 다루던 방식이 생각난다. 모든 프로그래밍 언어는 자신만의 이러한 개성을 가진다!
지난번에 언급한 것같이 Tcl은 모든 것을 내부적으로 문자열로 저장한다, 그렇지만 사용자는 이것 때문에 다른 특별한 차이를 느끼지는 않는데 왜냐하면 Tcl이 덮개 아래에서 그 값을 숫자로 바꾸어주고 또 다시, 원래의 값으로 환원시켜주기 때문이다. 그렇게 모든 숫자의 크기에 대한 모든 제한 사항들은 여전히 적용된다.
Tcl에서 숫자를 사용하는 것은 대부분의 언어보다는 약간은 더 복잡한데 왜냐하면 어떤 계산을 하고자 한다면 여러분은 그 인터프리터에게 계산이 필요하다는 신호를 주어야만 하기 때문이다. 여러분은 그것을 expr명령어를 사용하여 계산을 한다:
% put [expr 6 + 5] 11
Tcl은 각괄호를 보고서 마치 명령어 라인에서 타이프 된 것 같이, 그 부분을 먼저 평가한다. 평가중에 expr 명령어를 보게 되면 계산을 수행한다. 결과는 put 명령어로 스크린에 출력된다. 만약 여러분이 직접적으로 그 합계를 출력하려고 한다면 Tcl은 단지 "6 + 5"만을 출력할 것이다:
% put 6 + 5 6 + 5
이것은 분수이다. 그것은 대단히 큰 수를 나타낼 수 있어서, MAXINT보다 훨씬 더 크지만, 정밀도는 떨어진다. 다시 말하면 정확히 동일해야만 하는 두 개의 실수가 컴퓨터에 의하여 비교될 때는 그렇지 않다는 것이다. 이것은 컴퓨터가 근사치로 어림셈을 하기 때문이다. 그런식으로 4.0은 컴퓨터에 의해서는 3.9999999.... 또는 4.000000....01 로 나타내어질 수 있다. 이러한 어림셈은 대부분의 목적에는 충분하지만 때로는 이것은 대단히 중요한 문제이다! 만약 여러분이 실수를 사용했을때 우스운 결과를 얻었다면, 이것을 명심하라.
부동소수점 수는 수치를 정수값으로 잘라내는 능력과 함께 정수와 똑 같은 처리방식을 가진다.
여러분이 과학적 혹은 수학적 배경을 가지고 있다면 여러분은 복소수에 대하여 궁금할 것이다. 그렇지 않다면 여러분은 복소수를 들어보지도 않았을 수 있다! 어찌되었든 어떤 프로그래밍 언어에서는, 파이썬을 포함하여, 복소수 형을 내부적으로 지원하며 반면에 다른 언어들은 복소수를 다룰 수 있는 함수의 라이브러리를 제공해준다. 그리고 여러분이 묻기 전에 (내가 먼저 말하면), 행렬 역시 똑 같은 것이 적용된다.
파이썬에서 복소수는 다음과 같이 표현된다:
(real+imaginaryj)
그런식으로 단순한 복소수의 덧셈은 다음과 같다:
>>> M = (2+4j) >>> N = (7+6j) >>> print M + N (9+10j)
모든 정수 연산은 또한 복소수에도 적용된다.
제목이 말해주는 바와 같이, 이러한 형태는 오직 2가지 값만을 가진다 - 참 true 이거나 혹은 거짓 false만을 가진다. 어떤 언어는 불리언 값을 직접 지원하고, 다른 언어에서는 어떤 수치 값 (보통은 0)은 거짓을 나타내고 다른 값들( 1혹은 -1)등은 참을 나타낸다는 관례를 사용한다.
불리언 값은 때로는 "진리 값"이라고 알려져 있는데 왜냐하면 무엇인가가 참인가 혹은 아닌가하는 것을 검증하는데 그들이 사용되어지기 때문이다. 예를 들어 여러분이 모든 파일을 한 디렉토리에 백업하는 프로그램을 작성한다면 여러분은 각 파일을 백업하고 운영체제에게 다음 파일의 이름을 요구할 수도 있다. 만약 저장해야할 더 이상의 파일이 없다면 운영체제는 빈 문자열을 반환할 것이다. 여러분은 그러면 그 이름이 빈 문자열인지를 점검해 볼수 있으며 그 결과를 불리언 값( 빈문자열이면 참)으로 저장할 수 있다. 여러분은 어떻게 우리가 그 결과를 사용하는지 이 강좌의 후반부에서 보게 될 것이다.
| 연산자 예제 | 설 명 | 결 과 |
|---|---|---|
| A and B | 그리고 | A,B 둘다 참이면 참, 그렇지 않으면 거짓. |
| A or B | 또는 | A,B 둘 중 하나만 참이면 참. A 와 B 모두 거짓이면 거짓. |
| A == B | 동등 | A 가 B 와 같으면 참. |
| A != B 또는 A <> B | 같지 않음 | A 가 B 와 같지 않으면 참. |
| not B | 부정 | B 차 참이 아니면 참 |
주 의: 가장 마지막의 예제는 한개의 값을 다루며, 다른 것들 모두는 두 개의 값을 비교한다.
컴퓨터 과학은 집합과 그 것의 다양한 행태들을 연구하는데에 몰두해 왔다. 때로는 집합은 그릇이라고도 불리운다. 이 섹션에서 우리는 먼저 파이썬에서 지원되는 집합형들을 살펴보고 여러분이 다른 언어에서 마주치게 될 다른 종류의 집합형에 대한 짧은 요약으로 결론을 내려한다.
리스트는 항목의 연속이다. 배열과 다른 점은 그것이 커질수 있다는 것이다 - 여러분이 또 다른 항목을 추가하기만 하면 된다. 그러나 일반적으로 지표화 되어 있지 않아서 여러분은 필요로 하는 항목을 그 리스트를 처음부터 마지막까지 방문해서 각각의 항목이 여러분이 원하던 항목인지 점검을 함으로써 찾아야만 한다. 파이썬이나 Tcl모두 리스트를 내장하고 있다. 베이직에서는 더 어려워서 우리는 리스트를 흉내내기 위해 약간 꼼수적인 프로그래밍을 해야만 한다. 그 대신에 베이직 프로그래머들은 보통 대단히 커다란 배열을 만들어 사용한다. 파이썬 또한 여러분이 리스트를 지표화 할 수 있도록 해준다. 우리가 앞으로 보게 되겠지만 이것은 대단히 유용한 언어 사양이다.
파이썬은 집합형에 관하여 많은 처리방법들을 제공해준다. 거의 그들 모두 다 리스트에 적용되며 하부세트도 단지 문자들의 특별한 형태의 리스트일 뿐인 문자열을 포함하여, 다른 집합형에 적용된다. 파이썬에서 리스트를 생성하고 접근하기 위해서 우리는 각괄호를 사용한다. 여러분은 각괄호 한쌍을 아무것도 안에 넣지 않고 사용함으로써 빈 리스트를 만들 수 있으며, 또는 각괄호 안에 있는 값들을 컴마로 분리함으로써 내용있는 리스트를 만들 수도 있다:
>>> aList = [] >>> another = [1,2,3] >>> print another [1, 2, 3]
우리는 지표 숫자를 사용하여 개별적인 요소에 접근할 수 있다. 첫번째 요소의 위치는 0이고, 각괄호 안에다가 사용한다:
>>> print another[2] 3
우리는 또한 리스트의 요소들의 값을 비스한 방식으로 변경할 수 있다:
>>> another[2] = 7 >>> print another [1, 2, 7]
여러분은 음수를 지표숫자로 사용하여 리스트의 마지막으로 부터의 구성원에 접근할 수 있다. -1을 사용하여 가장 마지막 항목을 얻는것은 대단히 흔한 일이다:
>>> print another[-1] 7
우리는 또한 새로운 요소를 리스트에 끝에다가 append()연산자(메쏘드)를 사용하여 추가할 수 있다:
>>> aList.append(42) >>> print aList [42]
심지어는 리스트안에 또 다른 리스트를 가질 수도 있다, 그런식으로 우리가 두번째 리스트를 첫 번째 리스트에 추가하고자 한다면:
>>> aList.append(another) >>> print aList [42, [1, 2, 7]]
결과가 두개의 요소를 가진 리스트이지만 두 번째 요소는 (각괄호[ ]로 둘러싸여 보이는 것같이)그 자체로 리스트라는 것을 주목하라. 이것은 유용하다 왜냐하면 그것으로 우리는 리스트의 리스트를 사용하는 격자나 혹은 표를 구현할 수 있기 때문이다. 우리는 그러면 두개의 지표를 사용하여 요소 7 에 접근할 수 있다.:
>>> print aList[1][2] 7
첫번째 지표, 1은 두번째 요소를 추출하고 그 요소는 이번에는 리스트이다. 두번째 지표, 2는 하부리스트의 세번째의 요소를 추출한다.
요소를 추가하는 것의 반대는, 물론, 그것들을 제거하는 것이며 그러기 위해서 우리는 del명령어를 사용한다:
>>> del aList[1] >>> print aList [42]
만약 우리가 두 개의 리스트를 하나로 결합하기를 원한다면 우리는 문자열에서 보았던 똑 같은 '+' 연결 연산자를 사용할 수 있다:
>>> newList = aList + another >>> print newList [42, [1, 2, 7], 1, 2, 7]
같은 방식으로 우리는 반복연산자를 적용하여 리스트를 같은 값으로 채울 수 있다:
>>> zeroList = [0] * 5 >>> print zeroList [0, 0, 0, 0, 0]
마지막으로, 우리는 len() 내장함수를 사용하여 리스트의 길이를 결정할 수 있다:
>>> print len(aList) 2 >>> print len(zeroList) 5
Tcl 또한 리스트형을 내장하고 있으며 이러한 리스트를 다루는 다양한 명령어를 가지고 있다. 이러한 명령어들은 'l' 접두사에 의해 식별된다, 예를 들어 linsert,lappend, lindex,등등. 간단한 Tcl리스트를 생성하고 구성원에 접근하는예제는 다음과 같다:
% set L [list 1 2 3] % put [lindex $L 2] 3
모든 언어가 터플 구조를 제공하는 것은 아니지만 그것을 제공하는 언어에서 터플 구조는 대단히 유용하다. 터플은 실제로는 하나의 단위로 취급될 수 있는 값들의 임의적인 집합일 뿐이다. 여러면으로 터플은 리스트와 닮았다. 그러나 현격한 차이점은 터플은 교환불가능immutable이라는 것이다. 다시말하면 여러분이 터플을 변경할 수 없으며 한번 생성되고 나면 요소를 추가하거나 할수 없다는 뜻이다. 파이썬에서, 터플은 괄호로 간단하게 표시된다. 괄호안에는 컴마로 값들의 리스트를 분리하는 데, 다음과 같다: