Scope in python

요약

파이썬에서 스코프(scope)는 특정 변수를 정의하고 접근할 수 있는 프로그램의 영역이다. 프로그램 내 변수의 가시성(visibility) 또는 접근성을 결정한다.

 

파이썬에는 네 가지 유형의 스코프가 있다.

1. Local scope
   가장 내부의 scope로, 함수가 호출될 때마다 만들어진다. 함수 내에서 정의된 변수는 해당 함수 내에서만 사용할 수 있다.
2. Enclosing scope (nonlocal scope)
   함수가 다른 함수 내에서 정의될 때 만들어지는 스코프이다. enclosing 함수에서 정의된 변수는 내부 함수에서도 접근할 수 있다.
3. Global scope
   코드 전체에 해당하는 스코프이다. 코드의 최상위 수준에서 정의된 변수는 전역 scope에 있다. 이러한 변수는 프로그램 내의 모든 함수나 클래스에서 접근할 수 있다.
4. Built-in scope
   Python에서 기본적으로 사용 가능한 내장 함수와 모듈의 스코프이다. print(), len(), math.sqrt() 등이 여기에 해당된다. 이러한 변수는 프로그램의 모든 모듈이나 함수에서 접근할 수 있다.

변수가 프로그램에서 참조될 때, 인터프리터는 변수를 local scope, enclosing scope, global scope, built-in scope 순서로 확인한다. 변수가 이러한 scope들에서 찾을 수 없으면 NameError가 발생한다.

---

scope의 구분

a = 1

def outer(c):
    b = 2

    def inner():
        c = 3
        return b * c

    return inner()

print(outer(10))

위와 같은 코드가 있다고 하자. 실행을 시켜보면 9가 출력 된다. 위의 함수는 c 값에 대한 코드가 두 번 제시된다. 먼저 마지막 줄에서 outer(10)을 통해 한 번, inner() 내부에서 초기화 하는 역할로 한 번. 이 코드의 결과가 결국 9라는 것은 마지막 줄에서 호출 시 전달된 10이 우선순위에서 밀렸다는 뜻이 된다. 이 사태를 scope를 통해 확인해 보자.

 

inner()를 기준으로 먼저 살펴보면, inner() 내부는 local scope이다. 따라서 c는 local scope에 있다. 외부에서 전달된 10은 local scope의 변수가 우선순위가 높아 초기화가 되어 3으로 결정 된다. b는 enclosing scope로 inner()에서 사용할 수 있다. 따라서 return inner()의 값이 9가 된다.

 

outer()를 기준으로 본다면 b와 c 모두 local scope라고 할 수 있다.

 

a는 outer() 밖에 있으므로 global scope에 있는 변수이다. 당연히 outer()와 inner()에서 사용할 수 있다.

---

nonlocal scope

nonlocal scope와 enclosing scope는 비슷한 개념이지만 약간 다르다. enclosing scope는 현재의 범위 밖에 있는 모든 범위를 포괄하는 더 넓은 개념인 반면, nonlocal scope는 구체적으로 중첩된 함수의 바로 밖에 있는 범위를 가리킨다.

 

다음 코드를 살펴보자.

def outer():

    def inner():
        print(c)    # 에러 발생
        c = 2
        return

    c = 1
    inner()
    print(c)
    return

outer()

위 코드를 실행하면 다음과 같은 에러가 나온다.
UnboundLocalError: local variable 'c' referenced before assignment

 

에러의 원인은 inner()에서 c가 선언되지 않았는데 print(c)로 호출해서 그렇다. 대충 보면 inner()가 호출되기 전에 outer()에서 c = 1로 c를 선언해 준 것 같지만 사정이 조금 복잡하다.

 

inner()는 print(c)를 통해 c를 출력하고자 하는데 인터프리터는 c를 일단 inner()의 local 변수라고 생각한다. 그런데 현재 c는 1인데 inner()의 c가 outer()의 c를 새로 쓴다(write)고 판단해 에러 메시지를 띄운다. local 영역에서 밖의 영역에 대한 값을 참조, 또는 읽는 것은 상관이 없는데, 값을 수정하거나 새로 할당하는 것 즉, 쓰는 것은 안 된다.

 

이는 예상치 못한 버그를 방지하기 위함이다. 변수가 지금보다 많고 다른 기능도 있다면 외부의 변수를 함부로 건드릴 때 어떻게 변할지 예상이 힘든 상황이 펼쳐질 수도 있기 때문이다.

 

그렇다면 어떻게 문제를 해결해야 하는가? nonlocal statement를 사용하면 된다.

def outer():

    def inner():
        nonlocal c    # c는 이제 local이 아닌 nonlocal 변수가 된다
        print(c)
        c = 2
        return

    c = 1
    inner()
    print(c)
    return

outer()

이제 c는 outer() scope의 변수가 되어 outer()내부에서는 어디서나 읽고 쓸 수 있게 되었다.

 

코드를 실행 해 보면 처음에 c = 1이어서 inner()에 의해 1이 출력 되고, 그 후 마지막 print(c)는 inner()에서 c가 2가 되었기 때문에 2를 출력한다.

---

def outer():

    def inner():
        print(c)
        return

    c = 1
    inner()
    print(c)
    return

outer()

위와 같이 inner()의 c = 2를 제거하면 1이 출력 된다. 이제는 c가 enclosing 변수이기 때문이다.