[Python] 함수와 모듈

STEP 1. 함수 (Function)

 

1. 함수의 정의

함수란 특정 작업을 수행하는 코드 묶음을 하나의 이름으로 정의한 것이다.

함수를 사용하면 다음과 같은 장점이 있다.

• 코드의 중복을 줄일 수 있다

• 프로그램의 구조를 명확하게 만들 수 있다

• 유지보수와 재사용이 쉬워진다

 

파이썬에서 함수는 def 키워드를 사용하여 정의한다.

def 함수이름(매개변수1, 매개변수2, ...):
    # 함수가 수행할 문장들
    # ...
    return 반환값

함수는 입력을 받아 처리하고, 필요한 경우 결과를 반환한다.

 

1.1 매개변수(Parameter)와 인자(Argument)의 차이

함수 정의와 함수 호출을 구분해서 이해하는 것이 핵심이다.

 

매개변수(Parameter)

함수를 정의할 때 함수 내부로 전달받을 수 있는 변수를 의미한다.

• 함수를 정의할 때 사용하는 변수

• 함수 내부에서 입력값을 받아들이는 역할

• 아직 실제 값은 정해지지 않은 상태

즉, “이 함수는 이런 값을 받을 예정이다”라고 선언하는 변수이다.

 

인자 (Argument)

함수를 호출할 때 실제로 넘기는 값이다.

• 함수를 호출할 때 실제로 전달하는 값

• 매개변수에 대입되어 함수 내부로 전달된다

즉, “이 함수에 이 값을 넣겠다”라는 의미이다.

def add(a, b):  # a, b는 매개변수(parameter)
    return a + b

result = add(3, 5)  # 3과 5는 인자(argument)
print(result)  # 출력: 8

 

1.2 반환값 (Return Value)

함수는 return 키워드를 통해 작업 결과를 호출한 곳으로 돌려줄 수 있으며, 이를 반환값이라고 한다.

• return 키워드를 사용한다

• 반환값이 있으면 함수의 실행 결과로 사용 가능하다

• return이 실행되면 함수는 즉시 종료된다

 

반환값이 필요한 경우

함수의 실행 결과를 다른 변수에 저장하거나, 다음 계산에 사용해야 할 때는 반드시 반환값이 필요하다.

• 계산 결과를 재사용해야 할 때

• 함수의 결과를 조건문, 반복문, 다른 함수의 입력으로 사용해야 할 때

• 프로그램의 흐름을 값으로 제어해야 할 때

 

반환값이 필요하지 않은 경우

함수가 어떤 작업을 수행하는 것 자체가 목적일 때는 반환값이 없어도 된다.

• 화면에 출력만 하는 함수

• 로그를 남기거나 메시지를 보여주는 함수

• 파일 저장, 데이터 전송 등 부수 효과가 목적일 때

 

# 반환값이 없는 경우
def greet(name):
    print("Hello,", name)
    # return 문이 없으므로 None 반환

greet("Alice")  # "Hello, Alice"를 출력하고 반환값은 None


# 반환값이 하나인 경우
def square(x):
    return x * x

result = square(4)
print(result)  # 16


# 반환값이 여러개인 경우
def divide_and_remainder(a, b):
    quotient = a // b  # 몫
    remainder = a % b  # 나머지
    return quotient, remainder

q, r = divide_and_remainder(10, 3)
print("몫:", q)   # 몫: 3
print("나머지:", r) # 나머지: 1

반환값이 없는 함수는 암묵적으로 None을 반환한다.

 

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2. 다양한 매개변수 전달 방식

함수는 다양한 형태로 입력값을 받을 수 있다.

 

2.1 위치 인자 (Positional Arguments)

가장 기본적인 전달방식이다. 매개변수에 순서대로 값이 전달되기 때문에 순서가 중요하다.

def add(a, b):
    print(a + b)

add(3, 5)   # a=3, b=5
add(5, 3)   # a=5, b=3

 

2.2 기본값 매개변수 (Default Parameters)

매개변수에 기본값을 설정할 수 있다. 만약 인자를 전달하지 않으면 기본값이 사용된다

def greet(name, message="Hello"):
    print(message, name)

greet("Alice")        # "Hello Alice" - message에 기본값 사용
greet("Bob", "Hi")     # "Hi Bob"

 

2.3 키워드 인자 (Keyword Arguments)

함수 호출 시 매개변수 이름을 명시하여 인자를 전달할 수 있다.순서와 관계없이 전달 가능하다.

def introduce(name, age):
    print("이름:", name)
    print("나이:", age)

introduce(name="Charlie", age=25)
introduce(age=30, name="Diana")  # 순서를 바꿔도 명시적이라 오류 없음

 

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3. Docstring (문서 문자열)

 파이썬 함수에서 삼중 따옴표(""")로 작성하고, 함수 사용법과 의도를 기록할 수 있다

def add(a, b):
    """두 수를 더한 값을 반환하는 함수"""
    return a + b
    
help(add)

 

 

주석과의 차이점?

# 주석은 사람만 보는 메모고,
docstring은 “파이썬도 이해하는 공식 설명서”라 할수있다.

 

Docstring(문서 문자열)은 주석과 달리 파이썬 객체의 속성으로 저장되며 help()로 출력이 가능하다.

이는 협업 및 유지보수에서 매우 중요한 요소이다.

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4.지역 변수 vs 전역 변수

 

4.1변수의 스코프란? (먼저 짚고 넘어가기)

스코프란, 변수가 어디에서 만들어졌고, 어디까지 접근 가능한지의 범위를 의미한다.

파이썬에서는 변수는 선언된 위치에 따라서 지역변수, 전역 변수로 나눠진다.

 

4.2 지역 변수(Local Variable)

• 함수 안에서 선언된 변수

• 해당 함수 내부에서만 사용 가능

• 함수 실행이 메모리에서 제거됨

def my_func():
    x = 5  # 지역 변수
    print(x)

 

• 지역 변수는 함수가 호출될 때 생성된다.

• 함수가 종료되면 사라진다.

• 함수 밖에서는 접근할 수 없다.

즉, 지역 변수는 함수 내부의 임시 작업용 변수라고 이해하면 된다.

 

4.3 전역 변수(Global Variable)

• 함수 밖에서 선언된 변수

• 프로그램 전체에서 접근 가능

• 모든 함수에서 읽기 가능

x = 10  # 전역 변수

def my_func():
    print(x)

 

• 전역 변수는 프로그램 시작과 함께 생성

• 프로그램이 종료될 때까지 유지

• 여러 함수에서 공유 가능

전역 변수는 여러 함수가 공통으로 사용하는 값에 적합하다

 

4.4 지역 변수와 전역 변수의 이름이 같을 때

x = 10  # 전역 변수

def my_func():
    x = 5  # 지역 변수
    print("함수 내부:", x)

my_func()
print("함수 외부:", x)

결과 설명

• 함수 내부에서는 지역 변수 x가 우선 사용

• 함수 외부에서는 전역 변수 x가 그대로 유지

즉, 지역 변수가 전역 변수보다 우선순위가 높다

 

4.5 함수 안에서 전역 변수를 수정할 수 없는 이유

x = 10

def my_func():
    x = x + 1   # 에러 발생

파이썬은 함수 안에서 값을 할당하는 변수를 지역 변수라고 판단한다.

따라서 x = x+1에서 오른쪽의 x를 지역변수로 인식하나 아직 값이 없어 에러가 발생한다.

즉, 함수 안에서 대입이 발생하면 자동으로 지역 변수로 취급한다.

 

4.6 global 키워드

함수 안에서 전역 변수를 사용하겠다고 명시하는 선언이다.

x = 10

def my_func():
    global x
    x = x + 1

my_func()
print(x)

 

global x를 선언하면 함수 내부의 x는 지역 변수가 아닌 전역 변수가 된다.

따라서 함수 안에서 전역 변수의 값을 직접 수정 가능

 

⚠️ 주의사항 ⚠️

• 전역 변수는 프로그램 전체에 영향을 준다

• 값이 어디서 바뀌는지 추적하기 어려워진다

• 코드 유지보수와 디버깅이 어려워질 수 있다

따라서 함수는 값을 반환하고, 전역 변수는 가급적 읽기 전용으로 사용하는 것이 좋다.

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STEP 2. 모듈 (Module)

1. 모듈이란?

모듈(Module)이란 함수, 변수, 클래스 등을 하나의 파일(.py)에 모아 둔 코드 단위를 의미한다.
파이썬에서는 하나의 .py 파일이 곧 하나의 모듈이 된다.

모듈을 사용하는 목적은 다음과 같다.

• 코드의 재사용성 향상

• 기능별 코드 분리로 가독성 및 유지보수성 향상

• 협업 시 역할 분담 용이

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2. 모듈 호출 (import)

모듈을 사용하기 위해서는 import 키워드를 사용한다.

# main.py (모듈 사용 예시)
import mymodule

result = mymodule.add(3, 5)
print(result)           # 출력: 8

print(mymodule.PI)      # 출력: 3.14159

 

이 방식은 모듈 전체를 불러오는 방법이며, 이후에는 모듈이름.함수이름 형태로 접근한다.

위의 경우 mymodule 아래에 정의된 함수와 변수를 mymodule.함수명 혹은 mymodule.변수명 형태로 접근할 수 있다.

 

모듈을 불러온다는 것은 해당 파일에 정의된 이름들을 현재 코드에서 사용할 수 있게 만든다는 의미다.

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3. 특정 함수나 변수만 가져오는 방법

모듈 전체가 아닌 특정 함수나 변수만 가져오고 싶다면 from 구문을 사용할 수 있다

from mymodule import add, PI

print(add(10, 20))  # mymodule.add가 아닌 add로 바로 사용 가능
print(PI)

 

이 경우, 모듈 이름 없이 바로 sqrt()를 사용할 수 있다.

다만 어떤 모듈에서 가져온 함수인지 코드만 보고 알기 어려울 수 있으며 이름 충돌 가능성이 존재한다

따라서 규모가 커질수록 신중히 사용해야 한다.

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4. 모듈 이름에 별칭(Alias) 사용하기

모듈 이름이 길거나 더 짧은 이름으로 사용하고 싶다면 import 모듈명 as 별칭 문법을 사용한다.

또한, from mymodule import add as plus 와 같이 특정 함수에 별칭을 붙일 수도 있다.

import mymodule as mm
print(mm.add(2, 2))  # 별칭 mm로 접근


from mymodule import add as plus
print(plus(3, 4))

 

별칭은 기능에는 영향을 주지 않으며, 이름만 바꾸는 것이다.

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5. 파이썬 표준 라이브러리 (내장 모듈)

파이썬은 기본 설치만으로도 다양한 기능을 바로 사용할 수 있도록 표준 라이브러리를 제공한다.
이를 표준 라이브러리(내장 모듈) 라고 하며, 별도의 설치 없이 import만으로 사용 가능하다.

대표적인 예시는 다음과 같다.

• math : 수학 연산

• random : 난수 생성

• datetime : 날짜와 시간 처리

• os : 운영체제 관련 기능

• sys : 파이썬 실행 환경 제어

표준 라이브러리는 별도 설치 없이 바로 사용할 수 있다.

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6. 외부 모듈 (서드파티 라이브러리)

표준 라이브러리만으로 해결하기 어려운 전문적인 작업을 위해, 다른 개발자들이 만들어 배포한 모듈을 사용할 수 있다.
이를 외부 모듈(서드파티 라이브러리) 라고 한다.

일반적으로 pip를 사용해 설치한다.

 

예시로, pandas 라는 데이터 전처리 라이브러리를 설치하고 사용해보자

# 터미널(명령 프롬프트)에서 다음 명령어를 실행:
pip install pandas

# 파이썬 코드에서 사용
import pandas as pd

# 딕셔너리 형태로 데이터 생성
data = {
    "name": ["Alice", "Bob", "Charlie", "David", "Eva"],
    "age": [25, 32, 18, 47, 29],
    "city": ["Seoul", "Busan", "Incheon", "Daegu", "Seoul"],
    "score": [85, 92, 78, 64, 90]
}

# DataFrame 만들기
df = pd.DataFrame(data)

print(df)       # 페이지 소스 출력

 

 

구글 코랩 환경에서는 이미 많은 라이브러리가 설치되어 있어 바로 import가 가능한 경우도 많다.

외부 모듈은 다음과 같은 특징을 가진다.

• 특정 목적에 특화된 기능 제공

• 데이터 분석, 시각화, 머신러닝 등에서 필수적

• 프로젝트 환경에 따라 설치 여부가 달라질 수 있음

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7. 파이썬의 모듈 검색 경로

파이썬에서 import 문을 실행하면, 다음 순서로 모듈을 탐색한다.

1. 1. 현재 실행 중인 스크립트가 있는 디렉토리
   2. PYTHONPATH 환경 변수에 설정된 경로
   3. site-packages 디렉토리 (외부 라이브러리)
   4. 파이썬 표준 라이브러리 디렉토리

이 경로 목록은 sys.path를 통해 확인할 수 있다.

이 개념은 “왜 같은 이름의 모듈이 있는데 다른 것이 불러와지는가”를 이해하는 데 중요하다.

만약 해당 경로에 모듈이 없으면 ModuleNotFoundError가 발생한다.

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8. 모듈(Module)과 패키지(Package)

패키지는 여러 개의 모듈을 모아 둔 디렉토리(폴더) 이다.

• 프로젝트 규모가 커질수록 모듈 수가 증가

• 모듈을 폴더 구조로 정리해 계층적으로 관리하기 위해 사용

• 논리적으로 관련된 모듈들을 하나의 묶음으로 관리

즉, 패키지는 모듈의 상위 개념이다.

8.1. 패키지의 기본 구조

패키지는 다음과 같은 디렉토리 구조를 가진다.

mypackage/
    __init__.py
    mymodule.py
    utils.py

• mypackage : 패키지 이름

• __init__.py : 해당 디렉토리를 패키지로 인식하게 하는 파일

• mymodule.py, utils.py : 패키지 안에 포함된 모듈들

이 구조에서 mypackage는 하나의 패키지가 되며, 그 안의 모듈들은 패키지명.모듈명 형태로 접근한다.

import mypackage.mymodule
from mypackage import utils

패키지를 사용하면 규모가 커진 프로젝트를 논리적 단위로 더 체계적으로 관리할 수 있다.