파이썬 중급: 이터러블(Iterable)과 이터레이터(Iterator) 정리

Iterable & Iterator

개요

파이썬에서 리스트나 튜플을 'for' 루프에 넣으면 요소들이 하나씩 차례대로 출력된다. 이 당연해 보이는 동작 뒤에는 파이썬의 핵심 프로토콜인 이터러블(Iterable)과 이터레이터(Iterator)가 존재한다. 본 포스팅에서는 두 개념의 차이와 내부 작동 원리를 상세히 분석한다.

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1. 이터러블(Iterable)이란?

이터러블은 '반복 가능한 객체'를 말한다. 내부에 여러 개의 요소를 담고 있으며, 이를 하나씩 꺼낼 수 있는 구조를 갖춘 객체(리스트, 튜플, 문자열 등)이다.

iter 존재 여부 확인

객체가 이터러블인지 확인하려면 내장 함수인 dir()을 사용한다. 실제 리스트 객체를 대상으로 실행하면 다음과 같은 결과를 볼 수 있다.

nums = [1, 2, 3]
print(dir(nums)) 

dir 실행 결과

설명: dir() 함수는 객체가 가진 모든 메서드와 속성을 리스트 형태로 반환한다. 출력된 수많은 메서드 중 'iter'가 존재한다면, 해당 객체는 이터러블 상태임을 의미한다. 즉, iter() 함수를 통해 이터레이터를 생성할 준비가 된 객체라는 증거이다.

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2. 이터레이터(Iterator)란?

이터레이터는 이터러블 객체에서 실제 데이터를 하나씩 추출하는 '상태를 가진 일꾼'이다.

 

Iterable, Iterator

구체적인 도식 이해

만약 [10, 20, 30, 40]이라는 리스트가 있다면 이터레이터는 다음과 같이 동작한다.

이터레이터는 next()가 호출될 때마다 화살표를 다음 인덱스로 옮기며 해당 값을 반환한다. 화살표가 마지막 요소를 지나면 업무를 종료한다.

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3. 이터러블과 이터레이터의 관계 (생성 및 소비)

두 개념은 '공장(Iterable)'과 '배송 트럭(Iterator)'의 관계와 같다. 공장이 있다고 물건이 저절로 전달되지 않듯, 이터러블에서 이터레이터를 뽑아내야 실제 순회가 가능하다.

# 1. 이터러블(공장) 생성
my_list = [10, 20]

# 2. 이터레이터(배송 트럭) 생성
# iter() 함수가 이터러블의 __iter__를 호출하여 이터레이터를 반환한다.
my_iter = iter(my_list)

# 3. 이터레이터가 요소를 하나씩 전달 (소비)
print(next(my_iter))  # 10을 가져오고 화살표를 다음으로 이동
print(next(my_iter))  # 20을 가져오고 화살표를 다음으로 이동

관계 설명: 이터러블은 이터레이터를 생성하는 역할을 하고, 이터레이터는 데이터를 실제로 소비하는 역할을 수행하며 서로 연결된다.

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4. 'for' 루프의 실제 내부 코드

우리가 사용하는 for 루프는 사실 위에서 설명한 iter()와 next()를 자동화한 구문이다.

for 루프의 동작을 파이썬 코드로 구현하면:

my_list = [1, 2, 3]
it = iter(my_list)  # 1. 이터레이터 획득

while True:
    try:
        item = next(it)  # 2. 요소를 하나씩 꺼냄
        print(item)
    except StopIteration:  # 3. 더 이상 꺼낼 게 없으면 예외 발생
        break  # 4. 루프 종료

이처럼 for 루프는 내부적으로 예외 처리(StopIteration)까지 포함된 정교한 이터레이터 소비 과정이다.

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5. 커스텀 이터레이터 구현하기

클래스 내부에 매직 메서드를 구현하여 직접 이터레이터 프로토콜을 만들 수 있다.

class MyCounter:
    def __init__(self, low, high):
        self.current = low
        self.high = high

    def __iter__(self):
        # 이터레이터 프로토콜에 따라 자기 자신(self)을 반환한다.
        return self

    def __next__(self):
        # 현재 값이 최대값(high)보다 크면 반복을 중단한다.
        if self.current > self.high:
            raise StopIteration
        else:
            # 현재 값을 저장하고 포인터(current)를 1 증가시킨 뒤 반환한다.
            # 이 과정이 위 도식에서 화살표가 옆으로 이동하는 원리이다.
            self.current += 1
            return self.current - 1

# 실행 결과
for i in MyCounter(1, 3):
    print(i)  # 1, 2, 3이 차례대로 출력된다.

실행 화면

 

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Conclusion

결국 이터러블은 데이터를 담고 있는 주머니이고, 이터레이터는 그 주머니에서 데이터를 하나씩 꺼내주는 일꾼이다. 우리가 무심코 사용했던 'for' 루프는 사실 이 두 객체가 긴밀하게 협력하여 만들어낸 결과물이다.

매직 메서드 __iter__와 __next__의 관계를 이해했다면,
이제 파이썬의 반복 구조를 직접 설계하고 사용할 수 있게 될 것이다.