[PYTHON] - self와 cls의 차이는? ( init vs new .. and call )

Python에서 햇갈리는 부분 중 하나가 어떨때는 클래스 내부 인자가 cls이고,
어떨때는 self로 사용이 된다는 점이다.

이 둘의 차이점은 무엇이고 왜 이렇게 표현을 하는 것일까?
오늘은 이에 대해서 알아보자.

우선 self, cls의 차이를 논하기 전에 __init__과 __new__의 차이를 알아야 한다.

__init__, __new__ 의 차이점

파이썬에서 클래스를 정의하면 항상 __init__을 정의하고 거기에 인자를 초기화한다.
그리고 이 상태로만 생성을 해두면 메모리 할당까지 자동으로 진행되기에 어떻게 메모리에 적재가 되는지에 대해서는 간과하게 된다.

결론부터 말하면 __init__은 이미 메모리 할당이 완료된 instance를 대상으로 멤버 변수들을 할당한다. 그래서 __init__에서는 메모리 할당과 관련된 부분은 일절없다고 봐야한다.

그렇다면 메모리 할당은 도대체 어디서 이뤄지는 것일까?

답은 바로 __new__에 있다. 인스턴스 생성시 파이썬에서는 __init__을 호출하기 전에 __new__를 항상 호출한다. 그리고 메모리 할당에 관한 동작은 모두 __new__에서 이뤄진다.

일반적으로 우리가 만드는 class는 mutable type이기 때문에 __new__를 재정의할 필요없이 파이썬에서 자동으로 생성되는 __new__를 사용하면 된다. 허나 str, int, Unicode, tuple과 같은 __immutable type__은 __new__에 대해서 재정의를 해야하니 참고하자.

이를 응용하여 아래 코드와 같이 Singleton class를 만드는 것이 가능하다.

class Singleton(object):
    def __new__(cls):
        if not hasattr(cls, 'instance'):
            cls.instance = super(Singleton, cls).__new__(cls)
        return cls.instance

s = Singleton()
s1 = Singleton()

assert id(s) == id(s1)

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그렇다면 cls와 self의 차이점은?

cls와 self의 차이점은 class 함수인지, instance 함수인지에 따라 나뉘게 된다.
cls의 경우에는 @class_method를 붙이거나, 혹은 __new__ 함수 등에서 정의가 가능하고
self는 일반적으로 함수를 했던것과 같이 정의를 하면된다.

__new__의 경우에는 @class_method를 붙이지 않고도 class 함수화 되어있는데, 이것은 compiler 내부에서 동작이 이뤄지는 듯 하다.

Whenever a class is instantiated new and init methods are called. new method will be called when an object is created and init method will be called to initialize the object. In the base class object, the new method is defined as a static method which requires to pass a parameter cls. cls represents the class that is needed to be instantiated, and the compiler automatically provides this parameter at the time of instantiation.

call method는 무엇일까?

__init__과 __new__와 같이 언급되는 __call__이라는 매직메소드도 존재한다.
이것은 객체가 생성된 이후 () operator가 호출될때 불러오는 함수이다.
아래 코드와 같이 () 호출시 __call__ 함수가 호출 됨을 할 수 있다.

class A(object):
    def __call__(self):
        print('__call__')
    def __init__(self):
        print('__init__')
    def __new__(cls):
        print('__new__')
        return super(A, cls).__new__(cls)
        
a = A()
>>__new__
>>__init__

a()
>>__call__

관련해서 정확한 사용처는 잘 모르겠으나 metaclass를 사용한 Singleton 함수를 정의할때 아래와 같이 사용된다.

아래 코드에서 MyInt.__call__이 호출될 수 있는 이유는 int가 결국 MyInt()를 통해 생성된 클래스(객체)이고, int(4,5)가 호출될때 () operator를 호출하였기에 위와 같이 동작이 가능한 경우다.

class MyInt(type):
    def __call__(cls, *args, **kwds):
        print('***** Here My int *****', args)
        print('Now do whatever you want with these objects...')
        return type.__call_(cls, *args, **kwds)

class int(metaclass=MyInt):
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y

i = int(4,5)
>> ***** Here My int ***** (4, 5)
>> Now do whatever you want with these objects...

이와 같은 metaclass의 특징을 이용하여 Singleton 패턴을 구현하는 것이 가능하다.

class MetaSingleton(type):
    _instnaces = {}
    def __call__(cls, *args, **kwargs):
        if cls not in cls._instances:
            cls._instances[cls] = super(MetaSingleton, cls).__call__(*args, **kwargs)
        return cls._instance[cls]

class Logger(metaclass=MetaSingleton):
    pass

logger1 = Logger()
logger2 = Logger()
print(logger1, logger2)

참조글

• geeksforgeeks - new in Python
• pythontutorial.net - Python_new
• «파이썬 디자인 패턴 2/e» - 체탄 기리다 지음, 이우현 옮김