의자 바꾸기 문제

개발자들 사이의 농담이 하나 있다.

개발자 두 명이 있을 때 서로 의자를 바꾸기 위해서는 의자가 3개가 필요하다는 것이다.

이른바 변수의 값을 서로 바꾸는 swap 이라는 상황인데,

사람은 의자에서 일어나 규정되지 않은 공간 위에서 잠시 서있다가 다른 의자로 옮겨 갈 수 있지만

변수는 그게 안 된다. 변수 입장에서 규정되지 않은 공간이라는 건 존재하지 않으며

반드시 메모리 어디에 위치하고 있어야 하기 때문이다.

그래서 사람은 이게 되지만

의자1 = 'Louie'
의자2 = 'Tylo'

의자1 = 의자2 # 의자2에 있던 값, 즉 의자2에 있는 Tylo를 의자1에다 옮긴다.
의자2 = 의자1 # 의자1에 있던 값, 즉 의자1에 있는 Louie를 의자2에다 옮긴다.

변수는 이게 안 된다. 사실 너무 당연하거라서 내가 지금 이상한 예를 만들어 억지를 부리는 게 아닌가 싶을 정도다.

chair1 = 'Louie'
chair2 = 'Tylo'

chair1 = chair2
chair2 = chair1 

print(chair1)
print(chair2)

결과값:

Tylo
Tylo

chair2에 chair1의 값을 넣으려는 순간, 이미 chair1은 바로 윗줄에서 chair2의 값, 즉 ‘Tylo’가 되었기 때문에

chair2는 chair1이 가지고 있는 값인 ‘Tylo’의 값을 가지게 된다.

그래서 이 문제를 해결하려면 임시로 변수의 값을 보관하기 위한 변수가 필요하다.

보통 예제로 쓸 때 이 임시 변수의 이름을 temp 나 tmp 라고 많이 적는다.

chair1 = 'Louie'
chair2 = 'Tylo'
tmp = None

tmp = chair1
chair1 = chair2
chair2 = tmp

print(chair1)
print(chair2)

이러면 임시변수 tmp 가 chair1 의 값을 보관해준다.

그래서 chair2에는 tmp 가 가지고 있는 과거의 chair1 값을 전달하는 것이 가능해진다.

반복적인 의자 바꾸기의 슬픈 사례

어느 날 선생님께서 조용히 말씀하신다.

내일부터는 자리 배치를 서로 맘에 드는 사람끼리 앉도록 하거라 대신 둘 중에 어느 한쪽이라도 맘에 들지 않는다면 즉시 자리를 바꾸도록 한다

Louie 는 전부터 함께 앉고 싶었던 Ines 의 옆자리에 앉았다.

Ines 는 자리를 바꾸기를 희망했고 그래서 Kike 랑 Louie 가 자리를 바꾸게 되었다.

그래서 Kike 와 자리를 바꿨더니 옆자리에는 착한 Bea 가 있다. Bea 가 미안한 표정으로 이야기 한다.

예전부터 Roberta 랑 같이 앉기로 해서 이번에는 자리를 좀 양보해줬으면 좋겠다고.

그래서 Roberta 랑 자리를 바꾸니 옆에는 Borja 가 있다. Borja 가 입을 여는 순간에 Louie 는 직감한다.

또 자리를 바꾸겠구나! 이걸 코드로 나타내면 대체 몇줄이나 작성해야 하는 거야?!

일단은 해보자

tmp = None
chair1 = None
chair2 = 'Louie'
chair3 = 'Ines'
chair4 = 'Kike'
chair5 = 'Bea'
chair6 = 'Roberta'
chair7 = 'Borja'

# Ines 옆자리인 Chair1 에 'Louie'가 간다
chair1 = 'Louie'

# 곧 다시 Kike와 자리를 바꾼다
tmp = chair1
chair1 = chair4
chair4 = tmp

# 다시 또 Roberta 와 자리를 바꾼다
tmp = chair4
chair4 = chair6
chair4 = tmp

# 언제까지 이 자리 바꾸기를 반복하는 걸까? 

Louie 는 결심한다. 자리 바꾸기가 반복된다면 함수로 만들어서 쉽게 쉽게 자리를 바꾸자고.

그래서 다음과 같은 함수를 만들었다.

def swap_chair(one_chair, another_chair):
   temporary_chair = one_chair
   one_chair = another_chair
   aonther_chair = temporary_chair 

이제 의자 바꿀 일이 생기면 이 함수를 사용해서 쉽게 쉽게 자리를 바꿀 수 있다!

# 의자 변수 목록 생략

chair1 = chair2
swap_chair(chair1, chair4)
swap_chair(chair4, chair6)

와 정말 간결하다!

하지만 실제로 이 함수를 이용하고 나면

Ines 가 옆자리에서 어리둥절한 얼굴로 보고 있을 거다.

자리 바꾸기가 전혀 이루어지지 않았기 때문이다.

왜 자리 바꾸기 함수를 호출했는데도 자리가 그대로 남아있게 된걸까?

인자로 immutable 한 변수 보내기와 mutable 한 변수 보내기

변수 중에는 immutable 한 것이 있고 mutable 한 것이 있다고 했다.

immutable 한 변수는 상태를 바꾸는 것 뿐만 아니라 값을 전달할 때도 값 자체 를 전달한다.

그래서 함수의 매개변수가 받는 immutable 한 인자는 함수 내부에서는 사실 별개의 변수라고 보면 된다.

결국 함수 내부에서 인자와 같은 값을 가졌을 뿐인 별개의 변수들끼리 자리를 바꿔봤자 함수 외부에는 영향을 미치지 않는다.

그럼 mutable 한 변수는 어떨까? 과거에는 mutable 한 변수로 list 를 이용했는데 이번에는 dictionary 를 이용해보자.

def swap_dict_chair(dict, chair1, chair2):
    tmp = dict[chair1]
    dict[chair1] = dict[chair2]
    dict[chair2] = tmp 

chair_dict = {
    'chair1' : None,
    'chair2' : 'Louie',
    'chair3' : 'Ines',
    'chair4' : 'Kike',
    'chair5' : 'Bea',
    'chair6' : 'Roberta',
    'chair7' : 'Borja'
}

print(chair_dict)

swap_dict_chair(chair_dict, 'chair2', 'chair4')

print(chair_dict)
    
swap_dict_chair(chair_dict, 'chair4', 'chair6')

print(chair_dict)

그럼 결과가 다음과 같이 나온다

{'chair1': None, 'chair2': 'Louie', 'chair3': 'Ines', 'chair4': 'Kike', 'chair5': 'Bea', 'chair6': 'Roberta', 'chair7': 'Borja'}
{'chair1': None, 'chair2': 'Kike', 'chair3': 'Ines', 'chair4': 'Louie', 'chair5': 'Bea', 'chair6': 'Roberta', 'chair7': 'Borja'}
{'chair1': None, 'chair2': 'Kike', 'chair3': 'Ines', 'chair4': 'Roberta', 'chair5': 'Bea', 'chair6': 'Louie', 'chair7': 'Borja'}

mutable 한 성격을 가지고 있는 dictionary 타입의 chair_dict 의 값이 변한 것을 알 수 있다.

참조(reference)

이처럼 mutable 한 속성을 가진 타입의 변수를 함수의 인자로 전달하는 경우,

함수 내부에서는 인자의 값을 복사하지 않는다.

대신 mutable 한 인자를 받는 경우 함수는 인자가 가리키는 주소를 알게 되는데,

보통 개발 용어로 이걸 참조(reference) 라고 한다.

약간 이상한 예를 들자면,

immutable 한 값을 인자로 받는 함수는 다른 공간에다가 학생들을 복제하여 복제한 학생들로 자리를 바꾸는 거고

mutable 한 값을 인자로 받는 함수는 학생들이 있는 반으로 찾아가서 기존에 바꾸려고 의도했던 반에 있는 학생들로 자리를 바꾸는 것이다.

그래서 함수가 값에 의해 호출(call by value) 하는지, 참조에 의해 호출(call by reference) 하는지 확실히 알고 있지 않으면 함수를 의도대로 제어할 수 없으며

파이썬의 경우 인자가 immutable 이냐 mutable 이냐에 따라서 호출 방식을 결정하는 call by assignment 라고 한다.

마치며

위의 의자 바꾸기 코드들 중 몇 개에는 버그까지는 아니지만

상식적인 상황이라고 가정하면 이상한 결과를 만들어내는 것이 있다.

그것이 무엇일까? 힌트는 영화 매트릭스이다.