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.

The following constructs bind names:

  • formal parameters to functions,

  • class definitions,

  • function definitions,

  • assignment expressions,

  • targets that are identifiers if occurring in an assignment:

    • for loop header,

    • after as in a with statement, except clause, except* clause, or in the as-pattern in structural pattern matching,

    • in a capture pattern in structural pattern matching

  • import statements.

  • type statements.

  • type parameter lists.

The import statement of the form from ... import * binds all names defined in the imported module, except those beginning with an underscore. This form may only be used at the module level.

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 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. 예제는 UnboundLocalError 에 관한 FAQ 항목을 참조하세요.

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 다음에 검색합니다. 내장 이름 공간에서도 이름이 발견되지 않으면, 전역 이름 공간에 새 변수가 만들어집니다. global 문은 나열된 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. 형 매개 변수는 nonlocal 문으로 재연결할 수 없습니다.

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 포함하지만, 둘러싸는 클래스 스코프에 액세스하는 어노테이션 스코프는 포함하지 않습니다. 이것은 다음과 같은 것이 실패한다는 뜻입니다:

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

However, the following will succeed:

class A:
    type Alias = Nested
    class Nested: pass

print(A.Alias.__value__)  # <type 'A.Nested'>

4.2.3. Annotation scopes

Type parameter lists and type statements introduce annotation scopes, which behave mostly like function scopes, but with some exceptions discussed below. Annotations currently do not use annotation scopes, but they are expected to use annotation scopes in Python 3.13 when PEP 649 is implemented.

Annotation scopes are used in the following contexts:

  • Type parameter lists for generic type aliases.

  • Type parameter lists for generic functions. A generic function’s annotations are executed within the annotation scope, but its defaults and decorators are not.

  • Type parameter lists for generic classes. A generic class’s base classes and keyword arguments are executed within the annotation scope, but its decorators are not.

  • The bounds, constraints, and default values for type parameters (lazily evaluated).

  • The value of type aliases (lazily evaluated).

Annotation scopes differ from function scopes in the following ways:

  • Annotation scopes have access to their enclosing class namespace. If an annotation scope is immediately within a class scope, or within another annotation scope that is immediately within a class scope, the code in the annotation scope can use names defined in the class scope as if it were executed directly within the class body. This contrasts with regular functions defined within classes, which cannot access names defined in the class scope.

  • Expressions in annotation scopes cannot contain yield, yield from, await, or := expressions. (These expressions are allowed in other scopes contained within the annotation scope.)

  • Names defined in annotation scopes cannot be rebound with nonlocal statements in inner scopes. This includes only type parameters, as no other syntactic elements that can appear within annotation scopes can introduce new names.

  • While annotation scopes have an internal name, that name is not reflected in the qualified name of objects defined within the scope. Instead, the __qualname__ of such objects is as if the object were defined in the enclosing scope.

Added in version 3.12: Annotation scopes were introduced in Python 3.12 as part of PEP 695.

버전 3.13에서 변경: Annotation scopes are also used for type parameter defaults, as introduced by PEP 696.

4.2.4. Lazy evaluation

The values of type aliases created through the type statement are lazily evaluated. The same applies to the bounds, constraints, and default values of type variables created through the type parameter syntax. This means that they are not evaluated when the type alias or type variable is created. Instead, they are only evaluated when doing so is necessary to resolve an attribute access.

Example:

>>> type Alias = 1/0
>>> Alias.__value__
Traceback (most recent call last):
  ...
ZeroDivisionError: division by zero
>>> def func[T: 1/0](): pass
>>> T = func.__type_params__[0]
>>> T.__bound__
Traceback (most recent call last):
  ...
ZeroDivisionError: division by zero

Here the exception is raised only when the __value__ attribute of the type alias or the __bound__ attribute of the type variable is accessed.

This behavior is primarily useful for references to types that have not yet been defined when the type alias or type variable is created. For example, lazy evaluation enables creation of mutually recursive type aliases:

from typing import Literal

type SimpleExpr = int | Parenthesized
type Parenthesized = tuple[Literal["("], Expr, Literal[")"]]
type Expr = SimpleExpr | tuple[SimpleExpr, Literal["+", "-"], Expr]

Lazily evaluated values are evaluated in annotation scope, which means that names that appear inside the lazily evaluated value are looked up as if they were used in the immediately enclosing scope.

Added in version 3.12.

4.2.5. builtins 와 제한된 실행

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.

4.2.6. 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 비가상(non-virtual) 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