파이썬에서 추상 클래스(Abstract Class) 사용하기

Python

Author

gabriel yang

Published

October 3, 2024

추상 클래스(Abstract Class)는 객체 지향 프로그래밍(OOP)의 중요한 개념으로, 상속을 통해 자식 클래스가 특정 메서드를 반드시 구현하도록 강제하는 역할을 합니다. 추상 클래스는 단독으로 인스턴스를 생성할 수 없으며, 자식 클래스에서 그 구조를 확장하고 구현하는 데 사용됩니다. 파이썬에서는 abc 모듈을 통해 추상 클래스를 쉽게 정의하고 활용할 수 있습니다.

1. 추상 클래스의 개념

추상 클래스는 하나 이상의 추상 메서드를 포함하는 클래스입니다. 추상 메서드는 구현되지 않은 메서드로, 이 메서드를 상속받은 자식 클래스에서 구체적인 동작을 정의해야 합니다. 추상 클래스를 정의함으로써, 상속받은 클래스들이 반드시 특정한 메서드를 구현하게 강제할 수 있습니다.

추상 클래스의 목적

구조화된 설계: 개발자는 추상 클래스를 통해 자식 클래스들이 반드시 구현해야 할 메서드를 명시하여 일정한 구조와 규칙을 강제할 수 있습니다.
코드 재사용성: 자식 클래스에서 공통적인 기능은 부모 클래스에 정의하고, 개별적인 구현은 자식 클래스에서 구현하도록 함으로써 코드의 재사용성과 유지보수성을 높입니다.

2. 추상 클래스 사용의 이유

추상 클래스를 사용하는 주요 이유는 아래와 같습니다:

메서드 구현 강제: 추상 클래스를 상속받은 모든 클래스는 추상 메서드를 반드시 구현해야 합니다. 이를 통해 일정한 인터페이스를 유지할 수 있습니다.
공통 기능의 상속: 추상 클래스는 일반 메서드도 가질 수 있기 때문에, 자식 클래스가 상속을 통해 이러한 공통 기능을 공유할 수 있습니다.
유연한 설계: 추상 클래스는 기본적인 설계 구조를 제공하면서도 구체적인 구현은 자식 클래스에서 자유롭게 정의할 수 있도록 유연성을 제공합니다.

3. 추상 클래스 구현 방법

파이썬에서 추상 클래스를 사용하려면 abc 모듈에서 ABC 클래스를 상속받고, 추상 메서드에는 @abstractmethod 데코레이터를 사용해야 합니다.

추상 클래스 정의 예제

from abc import ABC, abstractmethod

# 추상 클래스 정의
class Animal(ABC):
    @abstractmethod
    def sound(self):
        pass

    def walk(self):
        print("Walking...")

# 추상 클래스를 상속받은 자식 클래스
class Dog(Animal):
    def sound(self):
        return "Woof!"

class Cat(Animal):
    def sound(self):
        return "Meow!"

# 객체 생성 및 메서드 호출
dog = Dog()
cat = Cat()

print(dog.sound())  # 출력: Woof!
print(cat.sound())  # 출력: Meow!

dog.walk()  # 출력: Walking...

Woof!
Meow!
Walking...

코드 설명

Animal 클래스는 추상 클래스로 정의되었으며, sound 메서드는 추상 메서드입니다. 이 메서드는 구체적인 구현 없이 pass로 처리되었습니다.
Dog와 Cat 클래스는 Animal 클래스를 상속받아 sound 메서드를 구체적으로 구현하였습니다. sound 메서드를 구현하지 않으면, 자식 클래스는 추상 클래스의 요구사항을 충족하지 못해 오류가 발생합니다.
walk 메서드는 추상 클래스에서 정의된 일반 메서드로, 모든 자식 클래스에서 공통적으로 사용할 수 있습니다.

객체 생성 시 주의점

# 추상 클래스는 인스턴스를 생성할 수 없음
animal = Animal()

 # TypeError: Can't instantiate abstract class Animal with abstract methods sound

추상 클래스는 그 자체로 인스턴스를 생성할 수 없으며, 자식 클래스에서만 인스턴스를 생성할 수 있습니다. 이를 통해 추상 클래스는 단순히 설계용도로만 사용된다는 것을 알 수 있습니다.

4. 추상 클래스와 인터페이스의 차이점

파이썬에서는 추상 클래스가 인터페이스와 유사한 역할을 하지만, 두 개념은 약간의 차이가 있습니다.

추상 클래스는 공통된 메서드나 속성을 미리 구현해 둘 수 있습니다. 즉, 자식 클래스는 이 구현된 메서드를 그대로 상속받아 사용할 수 있습니다.
인터페이스는 보통 메서드 시그니처만 정의하며, 모든 메서드는 자식 클래스에서 구현해야 합니다. 파이썬에서는 순수 인터페이스라는 개념이 따로 없지만, 추상 클래스에서 모든 메서드를 추상 메서드로 정의하면 인터페이스처럼 동작할 수 있습니다.

인터페이스처럼 동작하는 추상 클래스

from abc import ABC, abstractmethod

class Shape(ABC):
    @abstractmethod
    def area(self):
        pass

    @abstractmethod
    def perimeter(self):
        pass

class Rectangle(Shape):
    def __init__(self, width, height):
        self.width = width
        self.height = height

    def area(self):
        return self.width * self.height

    def perimeter(self):
        return 2 * (self.width + self.height)

# Rectangle 클래스 인스턴스 생성
rect = Rectangle(5, 10)
print(f"Area: {rect.area()}")        # 출력: Area: 50
print(f"Perimeter: {rect.perimeter()}")  # 출력: Perimeter: 30

Area: 50
Perimeter: 30

이 예시에서 Shape는 인터페이스처럼 동작하는 추상 클래스입니다. Rectangle 클래스는 Shape의 area와 perimeter 메서드를 구현해야만 사용할 수 있습니다. 이를 통해, 다양한 도형 클래스들이 동일한 인터페이스를 따르도록 강제할 수 있습니다.

5. 추상 클래스 사용의 실전 예시

추상 클래스는 특히 대규모 프로젝트에서 일관성을 유지하면서도 확장성을 높이는 데 매우 유용합니다. 예를 들어, 다양한 형태의 결제 수단을 제공하는 애플리케이션에서 추상 클래스를 사용하여 기본적인 결제 구조를 강제할 수 있습니다.

from abc import ABC, abstractmethod

class PaymentProcessor(ABC):
    @abstractmethod
    def process_payment(self, amount):
        pass

class CreditCardProcessor(PaymentProcessor):
    def process_payment(self, amount):
        print(f"Processing credit card payment of {amount}.")

class PayPalProcessor(PaymentProcessor):
    def process_payment(self, amount):
        print(f"Processing PayPal payment of {amount}.")

# 인스턴스 생성
credit_card = CreditCardProcessor()
paypal = PayPalProcessor()

credit_card.process_payment(100)  # 출력: Processing credit card payment of 100.
paypal.process_payment(50)        # 출력: Processing PayPal payment of 50.

Processing credit card payment of 100.
Processing PayPal payment of 50.

이 예시에서는 PaymentProcessor라는 추상 클래스가 정의되어 있으며, 모든 결제 방식은 process_payment 메서드를 구현해야 합니다. 이를 통해 개발자는 다양한 결제 방식을 지원하면서도 일관된 인터페이스를 제공할 수 있습니다.

결론

파이썬에서 추상 클래스는 상속을 통한 구조적 설계와 강제성을 부여하는 유용한 도구입니다. 추상 클래스를 사용하면 자식 클래스들이 반드시 구현해야 할 메서드를 명시적으로 정의할 수 있으며, 이를 통해 코드의 일관성과 재사용성을 높일 수 있습니다. 추상 클래스는 단독으로 사용되지 않고 자식 클래스에 의해 구체화되기 때문에, 설계의 유연성과 강제성을 균형 있게 유지할 수 있습니다.

추상 클래스는 특히 대규모 시스템에서 중요한 역할을 하며, 개발자에게는 더 구조적인 코드를 작성하는 데 큰 도움을 줍니다.