제네릭: TypeVar와 Generic으로 타입을 재사용하기

지난 글에서 타입 힌트의 기본을 익혔다. 그런데 list에서 첫 원소를 꺼내는 함수에 타입을 달려고 하면 곤란해진다. 정수 리스트에는 정수를, 문자열 리스트에는 문자열을 반환해야 하는데, 단순히 -> object라고 쓰면 호출한 쪽에서 구체적인 타입을 잃어버린다. 제네릭(generics)은 바로 이 “타입을 그대로 흘려보내는” 문제를 우아하게 푸는 도구다.

문제: 타입을 잃어버리는 함수

먼저 제네릭이 없을 때 무슨 일이 벌어지는지 보자.

def first(items: list) -> object:
    return items[0]

n = first([1, 2, 3])
# 검사기 입장에서 n은 object — int인지 모른다
n.bit_length()  # 오류: object에는 그런 메서드가 없다

n이 실제로는 정수인데 검사기는 object로만 보기 때문에 정수 메서드를 쓸 수 없다고 경고한다. 입력 타입과 출력 타입의 연결 고리가 끊긴 것이다.

TypeVar: 타입을 담는 변수

이 연결 고리를 만드는 것이 TypeVar다. 타입 변수 T를 선언하고, 입력과 출력에 같은 T를 쓰면 “입력 리스트의 원소 타입이 곧 반환 타입”이라고 선언하는 셈이 된다.

from typing import TypeVar

T = TypeVar("T")

def first(items: list[T]) -> T:
    return items[0]

n = first([1, 2, 3])    # n: int 으로 추론
s = first(["a", "b"])   # s: str 으로 추론

T는 호출할 때마다 다른 타입으로 바인딩된다. 정수 리스트를 넘기면 T는 int가 되고, 반환 타입도 int로 추론된다. 함수 하나로 모든 타입을 안전하게 처리한다.

제네릭 클래스

클래스도 타입 파라미터를 받을 수 있다. Generic[T]를 상속하면 그 클래스는 제네릭이 된다. 컨테이너나 래퍼를 만들 때 특히 유용하다.

from typing import Generic, TypeVar

T = TypeVar("T")

class Box(Generic[T]):
    def __init__(self, value: T) -> None:
        self.value = value

    def get(self) -> T:
        return self.value

b: Box[str] = Box("hi")
x = b.get()   # x: str

Box[str]로 명시하면 b.value와 b.get()이 모두 str로 추론된다. Box[int]로 만들면 같은 클래스가 정수 상자로 동작한다.

제약과 바운드

TypeVar에는 두 가지 제한 방법이 있다. 특정 타입들로만 한정하는 제약(constraint) 과, 어떤 타입의 하위 타입으로 한정하는 바운드(bound) 다.

from typing import TypeVar

# 제약: int 또는 float 만 허용
Num = TypeVar("Num", int, float)

def double(x: Num) -> Num:
    return x * 2

# 바운드: Comparable의 하위 타입만 허용
from typing import Protocol
class Comparable(Protocol):
    def __lt__(self, other: object) -> bool: ...

C = TypeVar("C", bound=Comparable)

def smallest(items: list[C]) -> C:
    return min(items)

제약은 “이 중 하나”를, 바운드는 “이것의 자식”을 의미한다. smallest는 비교 가능한 어떤 타입이든 받되, 비교가 불가능한 타입은 거부한다.

PEP 695의 새 문법

파이썬 3.12부터는 TypeVar를 따로 선언하지 않고 대괄호로 타입 파라미터를 직접 적을 수 있다. 훨씬 간결하다.

def first[T](items: list[T]) -> T:
    return items[0]

class Box[T]:
    def __init__(self, value: T) -> None:
        self.value = value

n = first([1, 2, 3])        # n: int 으로 추론
b: Box[str] = Box("hi")     # b.value: str

def first[T]와 class Box[T] 문법은 import도 필요 없고 스코프도 명확하다. 3.12 이상을 쓴다면 이 방식을 권장한다. 다만 구버전 호환이 필요하면 TypeVar를 계속 쓰면 된다. 다음 글에서는 “여러 타입 중 하나”를 표현하는 Union을 살펴본다.

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지난 글: 타입 힌트 입문: 파이썬에 타입을 더하는 법

다음 글: Union과 Optional: 여러 타입을 허용하기

읽어주셔서 감사합니다. 😊