왜 Python은 len 함수를 사용할까요

Python은 기본적으로 .length나 .lenght() 같은 Method(Class내의 정의되어 있는 Function)을 기본적으로 제공하지 않습니다. 대신 len()이라는 Built-in-Function을 지원합니다. 사실 파이썬은 귀도가 말했지만 객체 지향 언어이면서 함수가 First Class가 가능하도록 지원하기 떄문에 다른 형태로도 사용할 수 있습니다. 하지만 귀도는 파이썬은 객체 지향 언어라고 명확하게 밝혔습니다. 그런 관점에서 볼 때 len() 함수는 객체 지향 언어의 인터페이스 통일성에 있어서 과연 적합한지는 여러 이야기가 있을 수 있습니다. 그래서 len()의 정의를 찾아가면서 이 부분을 탐구해 보려고 합니다.

Built-in Functions

Python의 기본 Library 정의는 https://github.com/python/cpython/tree/master/Lib 에 보면 쉽게 찾을 수 있습니다. 하지만 len()은 https://github.com/python/cpython/blob/master/Python/bltinmodule.c 이곳에 builtin_{functionname} 형태로 정의 되어 있습니다. 일단 코드 내용을 한번 살펴봅시다.

        
            static PyObject *
            builtin_len(PyObject *module, PyObject *obj)
            /*[clinic end generated code: output=fa7a270d314dfb6c input=bc55598da9e9c9b5]*/
            {
                Py_ssize_t res;
            
                res = PyObject_Size(obj);
                if (res < 0) {
                    assert(PyErr_Occurred());
                    return NULL;
                }
                return PyLong_FromSsize_t(res);
            }
        
    

다른 Library와 다르게 C코드로 정의되어 있습니다. 코드를 살펴보면 길이를 찾는 핵심 코드는 PyObject_Size라는 함수일텐데요 이 함수를 찾아보겠습니다.

        
            Py_ssize_t
            PyObject_Size(PyObject *o)
            {
                PySequenceMethods *m;
            
                if (o == NULL) {
                    null_error();
                    return -1;
                }
            
                m = o->ob_type->tp_as_sequence;
                if (m && m->sq_length) {
                    Py_ssize_t len = m->sq_length(o);
                    assert(len >= 0 || PyErr_Occurred());
                    return len;
                }
            
                return PyMapping_Size(o);
            }
        
    

sq_length 함수를 통해서 len을 결정하는 것을 알 수 있습니다. 사실 tp_as_sequence가 정의되지 않거나 sq_length의 값이 없거나(sq_length는 PyMappingMethods구조체의 함수 포인터 값입니다) 그려면 mp_length로 찾을 수도 있겠죠. Object의 Type에 따라 적합한 함수로 sq_length 함수의 값을 넣지만 대부분 Py_SIZE라는 함수를 통해서 len 값을 찾습니다.

        
                        
            typedef struct _object {
                _PyObject_HEAD_EXTRA
                Py_ssize_t ob_refcnt;
                struct _typeobject *ob_type;
            } PyObject;

            typedef struct {
                PyObject ob_base;
                Py_ssize_t ob_size; /* Number of items in variable part */
            } PyVarObject;

            #define Py_REFCNT(ob)           (((PyObject*)(ob))->ob_refcnt)
            #define Py_TYPE(ob)             (((PyObject*)(ob))->ob_type)
            #define Py_SIZE(ob)             (((PyVarObject*)(ob))->ob_size)
        
    

Py_SIZE의 정체를 알아냈습니다. PyVarObject의 ob_size의 값을 반환하는 C로 define 선언되어 있는 매크로 함수 이네요. 찾아본 정보에 따르면 Python의 모든 객체 유형은 PyObject의 확장입니다. PyVarObject는 그 중에서도 ob_size field를 사용할 수 있는 PyObject의 확장입니다. 그래서 PyObject는 Py_PERCENT, Py_Type 그리고 Py_SIZE라는 매크로 함수를 사용할 수 있어야 해요.

따라서 len 함수를 사용하면 PyVarObject에 저장되어 있는 ob_size라는 구조체의 변수를 참조해서 바로 값을 가져 옵니다. 이러면 값을 저장할때는 몰라도 매번 길이를 계산할 필요 없이 상수 시간 안에 값을 가져올 수 있을 것입니다. 이런 방식으로 구현이 되어 있기 떄문에 다른 함수들에 비해 정말 빠른 시간으로 수행이 되겠네요. 사실 파이썬은 이런 식으로 Java 등의 다른 객체 지향 언어와 달리 성능을 좀 더 끌어낼 수 있는 방법에 대해 고민을 많이 한 흔적이 보입니다. 이것이 일관성을 조금 해치는 작업이 될 수 있더라도요.

제가 Python을 사용해서 무언가를 작업할 떄 항상 느끼는 고민은, 과연 속도 면에서 프로그램 작성자의 기대를 만족시켜 줄 수 있는지 여부입니다. 파이썬의 생산성을 너무 좋습니다. 하지만 성능은 그렇지 않죠. Numpy등을 보면 파이썬을 사용하더라도 성능에 대한 고민이 있다면 좋은 퍼포먼스를 보여줄 수 있다는 것을 증명합니다. 그래서 Python을 사용하는 사람은 항상 이러한 고민을 해야 할 것 같습니다. 이것이 일반 Python 사용자와 다른 차이점을 보여줄 수 있는 여러 가지 방법 중 하나가 되겠네요.