[파이썬 기초] 클래스, 모듈, 예외처리

클래스 (Class)

클래스는 데이터(속성)와 기능(메서드)을 하나로 묶는 틀입니다.

관련 있는 데이터와 함수를 하나의 단위로 구조화할 때 사용합니다.

클래스 정의와 인스턴스 생성

class Sample:
    def __init__(self, sample_id, species, coverage):
        self.sample_id = sample_id    # 인스턴스 속성
        self.species = species
        self.coverage = coverage

    def describe(self):
        print(f"{self.sample_id} | {self.species} | {self.coverage}x")

    def is_high_coverage(self, threshold=30.0):
        return self.coverage >= threshold

# 인스턴스 생성
s1 = Sample("sample_01", "Homo sapiens", 30.5)
s2 = Sample("sample_02", "Mus musculus", 18.2)

s1.describe()                    # sample_01 | Homo sapiens | 30.5x
print(s1.is_high_coverage())     # True
print(s2.is_high_coverage())     # False
print(s1.sample_id)              # sample_01

 

__init__은 인스턴스가 생성될 때 자동으로 호출되는 초기화 메서드입니다. self는 인스턴스 자신을 가리키며, 메서드의 첫 번째 인자로 항상 포함됩니다.

클래스 변수와 인스턴스 변수

class Sample:
    species_db = []    # 클래스 변수: 모든 인스턴스가 공유

    def __init__(self, sample_id, species):
        self.sample_id = sample_id    # 인스턴스 변수: 각 인스턴스마다 독립
        self.species = species
        Sample.species_db.append(species)

s1 = Sample("sample_01", "Homo sapiens")
s2 = Sample("sample_02", "Mus musculus")
print(Sample.species_db)    # ['Homo sapiens', 'Mus musculus']

특수 메서드 (dunder method)

__로 시작하고 끝나는 메서드로, 파이썬 내장 동작을 정의합니다.

class Sample:
    def __init__(self, sample_id, coverage):
        self.sample_id = sample_id
        self.coverage = coverage

    def __repr__(self):
        return f"Sample(id={self.sample_id}, coverage={self.coverage})"

    def __str__(self):
        return f"{self.sample_id} ({self.coverage}x)"

    def __len__(self):
        return int(self.coverage)

    def __lt__(self, other):
        return self.coverage < other.coverage

s = Sample("sample_01", 30.5)
print(repr(s))    # Sample(id=sample_01, coverage=30.5)
print(str(s))     # sample_01 (30.5x)
print(len(s))     # 30

samples = [Sample("s1", 30.5), Sample("s2", 18.2), Sample("s3", 45.8)]
samples.sort()    # __lt__ 덕분에 coverage 기준으로 정렬 가능

__repr__은 객체의 공식 표현(디버깅용), __str__은 사람이 읽기 좋은 표현입니다. print()는 __str__을 사용하고, 없으면 __repr__을 사용합니다.

상속

기존 클래스의 속성과 메서드를 물려받아 새 클래스를 만듭니다.

class SequenceSample(Sample):
    def __init__(self, sample_id, species, coverage, seq_length):
        super().__init__(sample_id, species, coverage)    # 부모 클래스 초기화
        self.seq_length = seq_length

    def describe(self):
        super().describe()    # 부모 메서드 호출
        print(f"  Sequence length: {self.seq_length}bp")

    def get_gc_per_mb(self, gc_count):
        return gc_count / (self.seq_length / 1_000_000)

s = SequenceSample("sample_01", "Homo sapiens", 30.5, 3_000_000_000)
s.describe()
print(isinstance(s, Sample))           # True
print(isinstance(s, SequenceSample))   # True

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모듈 (Module)

모듈은 파이썬 코드를 담은 .py 파일입니다. 함수, 클래스, 변수를 다른 파일에서 재사용할 수 있도록 분리합니다.

모듈 임포트

# 모듈 전체 임포트
import math
print(math.sqrt(144))

# 특정 이름만 임포트
from math import sqrt, pi
print(sqrt(144))

# 별칭 사용
import numpy as np
import pandas as pd

from collections import defaultdict as dd

직접 만든 모듈 사용

utils.py 파일을 작성하고 다른 파일에서 임포트할 수 있습니다.

# utils.py
def calc_gc(seq):
    return (seq.count("G") + seq.count("C")) / len(seq)

def reverse_complement(seq):
    complement = {"A": "T", "T": "A", "G": "C", "C": "G"}
    return "".join(complement[b] for b in reversed(seq))

GC_THRESHOLD = 0.5

# main.py
import utils

seq = "ATCGATCGGGCC"
print(utils.calc_gc(seq))
print(utils.reverse_complement(seq))
print(utils.GC_THRESHOLD)

# 또는
from utils import calc_gc, reverse_complement
print(calc_gc(seq))

if __name__ == "__main__"

모듈을 직접 실행할 때와 임포트할 때의 동작을 구분합니다.

# utils.py
def calc_gc(seq):
    return (seq.count("G") + seq.count("C")) / len(seq)

if __name__ == "__main__":
    # 이 블록은 utils.py를 직접 실행할 때만 동작
    # 다른 파일에서 import할 때는 실행되지 않음
    test_seq = "ATCGATCGGGCC"
    print(f"GC: {calc_gc(test_seq):.2%}")

패키지

여러 모듈을 디렉토리로 묶은 것을 패키지라고 합니다. 디렉토리 안에 __init__.py 파일이 있으면 패키지로 인식됩니다.

biotools/
    __init__.py
    sequence.py
    alignment.py
    utils.py

from biotools import sequence
from biotools.utils import calc_gc

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예외처리 (Exception Handling)

프로그램 실행 중 오류가 발생해도 종료되지 않고 적절히 처리할 수 있도록 하는 구조입니다.

try / except

try:
    result = 10 / 0
except ZeroDivisionError:
    print("0으로 나눌 수 없습니다.")

# 여러 예외 처리
try:
    with open("data.csv", "r") as f:
        content = f.read()
    value = int(content)
except FileNotFoundError:
    print("파일을 찾을 수 없습니다.")
except ValueError:
    print("정수로 변환할 수 없습니다.")

자주 발생하는 예외

예외	발생 상황
ValueError	올바르지 않은 값 (예: int("abc"))
TypeError	잘못된 타입 (예: "a" + 1)
KeyError	딕셔너리에 없는 키 접근
IndexError	리스트 범위를 벗어난 인덱스
FileNotFoundError	파일이 존재하지 않음
PermissionError	파일 접근 권한 없음
ZeroDivisionError	0으로 나누기
AttributeError	없는 속성 접근
ImportError	모듈 임포트 실패

except as

예외 객체를 변수로 받아 오류 내용을 확인합니다.

try:
    with open("data.csv", "r") as f:
        content = f.read()
except FileNotFoundError as e:
    print(f"오류 발생: {e}")
    # 오류 발생: [Errno 2] No such file or directory: 'data.csv'

else와 finally

try:
    value = int(input("숫자 입력: "))
except ValueError:
    print("숫자가 아닙니다.")
else:
    # 예외가 발생하지 않았을 때 실행
    print(f"입력값: {value}")
finally:
    # 예외 발생 여부에 관계없이 항상 실행
    print("처리 완료")

finally는 파일이나 네트워크 연결처럼 반드시 정리가 필요한 리소스를 처리할 때 유용합니다. 다만 파일의 경우 with 문을 사용하면 finally를 별도로 작성하지 않아도 됩니다.

예외 발생시키기: raise

의도적으로 예외를 발생시킵니다. 함수 입력값 검증 시 자주 사용합니다.

def calc_gc(seq):
    if not seq:
        raise ValueError("시퀀스가 비어있습니다.")
    if not all(b in "ATCG" for b in seq.upper()):
        raise ValueError(f"유효하지 않은 염기가 포함되어 있습니다: {seq}")
    return (seq.count("G") + seq.count("C")) / len(seq)

try:
    gc = calc_gc("ATCGXXXX")
except ValueError as e:
    print(f"입력 오류: {e}")

사용자 정의 예외

내장 예외를 상속해서 도메인에 맞는 예외를 만들 수 있습니다.

class SequenceError(Exception):
    pass

class InvalidBaseError(SequenceError):
    def __init__(self, base, position):
        self.base = base
        self.position = position
        super().__init__(f"위치 {position}에 유효하지 않은 염기: {base}")

def validate_sequence(seq):
    valid_bases = set("ATCG")
    for i, base in enumerate(seq.upper()):
        if base not in valid_bases:
            raise InvalidBaseError(base, i)

try:
    validate_sequence("ATCGXATCG")
except InvalidBaseError as e:
    print(e)    # 위치 4에 유효하지 않은 염기: X

예외처리 주의사항

너무 광범위한 예외를 잡으면 예상치 못한 오류를 숨길 수 있습니다.

# 좋지 않은 예: 모든 예외를 무시
try:
    process_data()
except Exception:
    pass

# 권장: 예상하는 예외만 처리
try:
    process_data()
except FileNotFoundError:
    print("입력 파일이 없습니다.")
except ValueError as e:
    print(f"데이터 형식 오류: {e}")

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정리표

항목	핵심 내용
__init__	인스턴스 초기화 메서드
self	인스턴스 자신을 가리키는 참조
super()	부모 클래스 메서드 호출
__repr__ / __str__	객체 문자열 표현 정의
import	모듈 전체 임포트
from ... import	특정 이름만 임포트
if __name__ == "__main__"	직접 실행 시에만 동작하는 블록
try / except	예외 처리
else	예외 없을 때 실행
finally	항상 실행
raise	예외 발생