파이썬 3.10의 새 '패턴 매칭'이 할 수 있는 일

파이썬(Python)은 강력하고 인기가 높지만, 다른 언어에는 있는 플로우 제어(flow control)가 결여되어 있었다. 이는 하나의 값을 가져와, 여러 가능한 조건 중 하나에 대해 명쾌하게 매칭 할 수 있는 방법이다. C와 C++는 switch/case 구성이, 러스트(Rust)에서는 ‘패턴 매칭’이 여기에 해당한다.

파이썬에서 이를 처리하는 전통적인 방법은 그리 명확하지 않다. 첫 번째는 if/elif/else 연쇄 표현식을 쓰는 방법이다. 또 다른 방법은 매칭할 값을 사전에 키로 저장하고, 이 값들을 사용하는 것이다. 예를 들어, 함수를 값으로 저장하고, 키나 다른 변수를 입력으로 사용한다. 잘 작동하는 경우가 많지만, 구성과 유지관리가 번거로울 수 있다.

파이썬에 switch/case 같은 구문을 추가하려는 많은 계획들이 실패한 후, 파이썬 언어를 만든 ‘구이도 반 로섬’과 여러 사람들이 제안한 파이썬 ‘3.10: 구조적 패턴 매칭(Structural Pattern Matching)’에 대한 제안이 최근 수락됐다. 구조적 패턴 매칭은 단순한 switch/case 형태의 매칭은 물론 더 광범위한 유지 케이스를 지원한다.
 

파이썬 구조적 패턴 매칭
구조적 패턴 매칭은 파이썬에 match/case 명령문과 패턴 구문을 도입한다. match/case 명령문에는 switch/case와 동일한 원칙이 적용된다. 객체를 가져와, 이 객체를 하나 이상의 매칭 패턴에 대해 테스트하고, 매칭되면 조치를 취한다.



각 case 명령문 다음에는 매칭할 패턴이 위치한다. 위 예제는 간단한 문자열을 매칭 대상으로 사용하고 있지만, 더 복잡한 매칭도 가능하다.

파이썬은 맨위부터 맨아래까지 case 목록을 조사해 매칭을 수행한다. 첫 번째 매칭에서 파이썬은 해당되는 case 블록의 명령물을 실행한 다음 match 블록의 끝으로 건너뛴다. 그리고 프로그램 나머지 부분을 계속 수행한다. case 사이에 ‘fall-through’가 없지만, 하나의 case 블록에서 여러 가능한 case를 처리하는 자신만의 논리를 만들 수 있다(이후 더 자세히 설명).

또 매칭의 일부나 전부를 캡처해 다시 사용할 수 있다. 위 예제에서 case unknown_command의 경우, 다시 사용할 수 있도록 unknown_command 변수에서 값을 ‘캡처’한다.

파이썬 구조적 패턴 매칭으로 변수에 대해 매칭
중요한 부분이다. case 명령문에 변수 이름을 나열한다고 해서, 명명한 변수 내용에 대해 매칭이 되는 것은 아니다. case의 변수들은 매칭할 값을 캡처하는 데 사용된다.

변수의 내용에 대해 매칭하기 원한다면, 변수를 이넘(Enum, 열거형) 같이 점이 있는 이름으로 표시해야 한다. 다음을 예로 들 수 있다.



반드시 이넘을 사용하지 않아도 된다. 점이라는 속성을 가진 이름이면 된다. 그렇지만 이넘이 파이썬에서 가장 친숙한 방식으로 사용되는 경우가 많다.

파이썬 구조적 패턴 매칭으로 여러 요소에 대해 매칭
패턴 매칭을 효과적으로 사용하기 위해서는 사전 조회의 대체재로만 사용하지 않는 것이 아주 중요하다. 매칭하고자 하는 부분의 구조를 설명해야 한다. 이 경우, 매칭하려는 요소의 수나 조합을 토대로 매칭을 수행할 수 있다.

더 복잡한 예제이다. 여기에서 사용자는 명령을 입력하면서, 그 다음에 선택적으로 파일 이름을 입력한다.



이런 case를 순서대로 살펴보자.

• case [“quit”]: 매칭하려는 대상이 입력을 분할하여 파생된 “quit” 항목만 있는 목록인지 테스트한다.
• case [“load”, filename]: 첫 번째 분할 요소가 문자열 “load” 인지, 다음 두 번째 문자열이 있는지 테스트한다. 이 경우, 두 번째 문자열을 변수 filename에 저장해 추가 작업에 사용한다. case [“save”, filename]:의 경우도 마찬가지이다.
• Case_:는 와일드카드 매치. 현재까지 다른 매칭이 이뤄지지 않은 경우 매칭된다. 밑줄 변수인 _는 어느 것에도 구속되지 않는다. 이름인 _는 case가 와일드카드인 match 명령에 대한 신호로 사용된다. case 블록의 본문에서 변수 command를 참조하는 이유가 여기에 있다. 캡처 된 것이 없기 때문이다.

파이썬 구조적 패턴 매칭의 패턴
패턴은 단순한 값이거나, 더 복잡한 매칭 로직을 포함하고 있을 수 있다. 다음을 예로 들 수 있다.

• case “a”: 단일 값 “a”에 대해 매칭한다.
• case [“a”, “b”]: 집합 [“a”, “b”]에 대해 매칭한다.
• case [“a”, value1]: 2개 값을 가진 집합에 대해 매칭을 하고, 2번째 값을 캡처 변수인 value1에 위치시킨다.
• case [“a”, *values]: 1개 이상의 값을 가진 집합에 대해 매칭한다. 다른 값들은 values에 저장한다. 집합 당 별표 표시된 항목을 하나만 포함할 수 있다(파이썬 함수에서 별표 인수를 사용할 수 있기 때문임).
• case (“a”|“b”|“c”): or 연산자(|)를 사용, 하나의 case 블록에서 여러 케이스를 처리할 수 있다. 여기서, 우리는 “a”, “b”, 또는 “c”에 대해 매칭한다.
• case (“a”|“b”|“c”) as letter: 매칭한 항목을 변수 letter에 넣는 것을 제외하고는 위와 동일하다.
• case [“a”, value] if <expression>: expression이 ‘참’인 경우에만 캡처를 매칭한다. 표현식에 캡처 변수를 사용할 수 있다. 예를 들어 if value in valid_values를 사용한다면, case는 캡처한 값 value가 집합인 valid_values에 실제 위치한 경우에만 유효하다.
• case [“z”,_]: “z” 로 시작하는 모든 항목의 집합이 매칭한다.

파이썬 구조적 패턴 매칭으로 객체에 대해 매칭
파이썬 구조적 패턴 매칭 시스템에서 가장 발전된 기능은 특정 속성을 가진 객체 대해 매칭을 하는 기능이다. 특정 애플리케이션에서 .jpg 파일로 변환하고 함수에서 반환하려는 media_object라는 객체를 작업하고 있다고 가정해본다.



위에서 우리는 (특정 속성이 있는 경우를 포함) 특정 종류의 객체를 찾는다. 처음에는 type 속성이 “jpg”로 설정된 Image 객체에 대해 매칭을 한다. 두 번째에는 type이 “png”인지 “gif”인지 매칭을 한다. 세 번째에는 속성에 관계없이 모든 type의 Video를 매칭한다. 마지막은 모든 것이 실패했을 때 모든 것을 캡처하는 것이다.

객체 매칭으로 캡처를 수행할 수도 있다.



파이썬 구조적 패턴 매칭을 효과적으로 이용
파이썬 구조적 패턴 매칭의 핵심은 매칭을 하려는 구조적 case를 포괄하는 매칭을 작성하는 것이다. 상수에 대한 간단한 테스트는 괜찮지만, 이것만이 전부라면 간단한 사전 조회가 더 나은 선택지가 될 수 있다. 구조적 패턴 매칭의 진짜 가치는 특정한 하나의 객체나 몇몇 객체가 아닌 객체의 패턴에 대해 매칭을 할 수 있다는 것이다.

매칭의 순서도 중요하다. 가장 먼저 테스트하는 매칭이 전체 매칭의 효율성과 정확성에 영향을 미친다. 긴 if/elif/else 체인을 만든 사람들 가운데 대부분은 이를 알 것이다. 그러나 패턴 매칭의 경우, 복잡성이 초래될 수 있기 때문에 순서를 신중히 고민해야 한다. 가장 구체적인 매칭을 가장 먼저 처리한다. 그리고 가장 일반적인 매칭은 마지막에 처리한다.

마지막으로 간단한 if/elif/else 체인이나 사전 조회로 해결할 수 있는 문제가 있다면, 이 두 가지를 이용하는 것이 좋다. 패턴 매칭은 강력하지만 보편적이지는 않다. 문제에 적합할 때 사용하는 것이 좋다.
 
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