[Rejected] PEP 410 - Use decimal.Decimal type for timestamps

원문 링크: PEP 410 - Use decimal.Decimal type for timestamps

상태: Rejected 유형: Standards Track 작성일: 01-Feb-2012

PEP 410 – 타임스탬프에 decimal.Decimal 타입 사용

  • 작성자: Victor Stinner
  • 상태: Rejected (거부됨)
  • 유형: Standards Track
  • 생성일: 2012년 2월 1일
  • Python 버전: 3.3
  • 해결: Python-Dev 메일링 리스트 메시지

거부 고지 (Rejection Notice)

이 PEP는 거부되었습니다. 자세한 내용은 Python-Dev 메일링 리스트 아카이브를 참조하십시오.

요약 (Abstract)

이 PEP는 나노초(nanosecond) 해상도를 사용하는 새로운 함수를 정밀도 손실 없이 지원하기 위해, 고해상도 타임스탬프의 공식 타입으로 Decimal을 사용하도록 제안했습니다.

배경 (Rationale)

Python 2.3에서는 서브-초(sub-second) 해상도를 지원하기 위해 float 타임스탬프를 도입했습니다. Python 2.5부터 os.stat()은 기본적으로 float 타임스탬프를 사용했습니다. Python 3.3에서는 나노초 해상도를 지원하는 다음 함수들이 도입되었습니다:

  • os 모듈: futimens(), utimensat()
  • time 모듈: clock_gettime(), clock_getres(), monotonic(), wallclock()

그러나 os.stat()은 나노초 타임스탬프를 읽지만, 여전히 결과를 float으로 반환합니다.

Python의 float 타입은 IEEE 754 표준의 binary64 형식을 사용합니다. 1나노초(10⁻⁹) 해상도에서는 float 타임스탬프가 2²⁴초(약 194일, 에포크 타임스탬프 기준 1970년 7월 14일)보다 큰 값에서 정밀도를 잃습니다.

나노초 해상도는 나노초 타임스탬프를 지원하는 파일 시스템(예: ext4, btrfs, NTFS 등)에서 정확한 수정 시간을 설정하는 데 필수적입니다. 또한 파일 수정 시간을 비교하여 한 파일이 다른 파일보다 최신인지 확인하는 데 도움이 됩니다. 활용 사례로는 shutil.copystat()을 사용하여 파일의 수정 시간을 복사하거나, tarfile 모듈로 TAR 아카이브를 생성하거나, mailbox 모듈로 메일함을 관리하는 등이 있습니다.

더 나은 해상도가 필요할 때마다 API를 변경할 필요가 없도록, 고정된 해상도(예: 나노초)보다는 임의의 해상도가 선호됩니다. 예를 들어, NTP 프로토콜은 2³²초의 분수(약 2.3 × 10⁻¹⁰초)를 사용하며, NTP 프로토콜 버전 4는 2⁶⁴초의 분수(5.4 × 10⁻²⁰초)를 사용합니다.

참고:

  • 1마이크로초(10⁻⁶) 해상도에서는 float 타임스탬프가 2³³초(약 272년, 에포크 타임스탬프 기준 2242년 3월 16일)보다 큰 값에서 정밀도를 잃습니다.
  • 100나노초(10⁻⁷, Windows에서 사용되는 해상도) 해상도에서는 float 타임스탬프가 2²⁹초(약 17년, 에포크 타임스탬프 기준 1987년 1월 5일)보다 큰 값에서 정밀도를 잃습니다.

제안 내용 (Specification)

타임스탬프의 새로운 타입으로 decimal.Decimal을 추가하는 것을 제안했습니다. Decimal은 모든 타임스탬프 해상도를 지원하고, 산술 연산이 가능하며, 비교할 수 있습니다. 정밀도 손실이 있을 수 있지만, Decimal을 float으로 변환하는 것도 가능합니다. 클럭 해상도 또한 Decimal 객체에 저장할 수 있습니다.

다음 함수들에 선택적 타임스탬프 인수를 추가하는 것을 제안했습니다:

  • os 모듈: fstat(), fstatat(), lstat(), stat() (stat 구조체의 st_atime, st_ctime, st_mtime 필드), sched_rr_get_interval(), times(), wait3(), wait4()
  • resource 모듈: getrusage()의 ru_utime, ru_stime 필드
  • signal 모듈: getitimer(), setitimer()
  • time 모듈: clock(), clock_gettime(), clock_getres(), monotonic(), time(), wallclock()

타임스탬프 인수의 값은 float 또는 Decimal이 될 수 있으며, 하위 호환성을 위해 float이 계속 기본값이 됩니다. 다음 함수들은 Decimal을 입력으로 지원합니다:

  • datetime 모듈: date.fromtimestamp(), datetime.fromtimestamp(), datetime.utcfromtimestamp()
  • os 모듈: futimes(), futimesat(), lutimes(), utime()
  • select 모듈: epoll.poll(), kqueue.control(), select()
  • signal 모듈: setitimer(), sigtimedwait()
  • time 모듈: ctime(), gmtime(), localtime(), sleep()

os.stat_float_times() 함수는 int()를 사용한 명시적 캐스팅으로 대체되도록 Deprecated (더 이상 사용되지 않음) 처리됩니다.

참고: decimal 모듈은 Python으로 구현되어 float보다 느리지만, CPython에 포함될 준비가 거의 완료된 새로운 C 구현이 있습니다.

하위 호환성 (Backwards Compatibility)

기본 타임스탬프 타입(float)은 변경되지 않으므로, 하위 호환성이나 성능에 영향을 미치지 않습니다. 새로운 타임스탬프 타입인 decimal.Decimal은 명시적으로 요청될 때만 반환됩니다.

반대 의견: 클럭 정확도 (Objection: clocks accuracy)

컴퓨터 클럭과 운영 체제는 부정확하며 실제로 나노초 정확도를 제공하지 못합니다. 나노초는 몇 개의 CPU 명령을 실행하는 데 걸리는 시간입니다. 실시간 운영 체제에서도 나노초 단위의 정확한 측정은 상위 애플리케이션에 의해 처리되기 시작할 때 이미 구식이 될 수 있습니다. CPU의 단일 캐시 미스만으로도 정밀도는 무의미해질 것입니다.

참고: Linux는 실제로 나노초 정밀도로 시간을 측정할 수 있지만, 클럭을 UTC에 나노초 정확도로 동기화할 수는 없습니다.

대안: 타임스탬프 타입 (Alternatives: Timestamp types)

임의 또는 나노초 해상도의 타임스탬프를 지원하기 위해 다음과 같은 타입들이 고려되었습니다:

  • decimal.Decimal
  • 나노초 단위의 정수
  • 128비트 float
  • datetime.datetime
  • datetime.timedelta
  • 정수 튜플
  • timespec 구조체

기준:

  • 타임스탬프에 대한 산술 연산이 가능해야 합니다.
  • 타임스탬프는 비교할 수 있어야 합니다.
  • 임의의 해상도, 또는 최소한 정밀도 손실 없는 1나노초 해상도를 가져야 합니다.
  • 하위 호환성을 위해 새로운 타임스탬프를 float으로 강제 변환할 수 있어야 합니다.

현재 모든 C 함수를 지원하기에는 1나노초 해상도로 충분합니다. 운영 체제가 사용하는 최고의 해상도는 1나노초입니다. 실제로 대부분의 클럭 정확도는 나노초보다는 마이크로초에 가깝습니다. 따라서 1나노초의 고정 해상도를 사용하는 것이 합리적으로 보입니다.

나노초 단위의 정수 (int)

나노초 해상도는 모든 현재 C 함수에 충분하므로, 타임스탬프를 float이 아닌 단순히 나노초 단위의 정수로 표현할 수 있습니다.

그러나 나노초 단위의 정수 형식은 객체 타입만으로는 나노초와 초 단위를 구분할 수 없으므로, 이 형식을 위한 새로운 특수 함수를 추가해야 한다는 이유로 거부되었습니다.

128비트 float

새로운 IEEE 754-2008 쿼드-정밀도 바이너리 float 타입을 추가하는 방안입니다. 이 128비트 float은 GCC (4.3), Clang, ICC 컴파일러에서 지원됩니다.

그러나 Python은 이식성이 중요하므로 일부 플랫폼에서만 사용할 수 있는 타입에 의존할 수 없습니다. 예를 들어, Visual C++ 2008은 128비트 float을 지원하지 않으며, 이는 공식 Windows 실행 파일을 빌드하는 데 사용됩니다. 또한 GCC는 128비트 float에 MPFR 라이브러리를 사용하는데, 이 라이브러리는 GNU LGPL 라이선스로 배포되어 Python 라이선스와 호환되지 않는 라이선스 문제입니다.

참고: Intel CPU의 x87 부동 소수점 장치는 80비트 float을 지원하지만, 이제 x86_64에서 선호되는 SSE 명령어 세트에서는 지원되지 않습니다. 다른 CPU 벤더는 80비트 float을 지원하지 않습니다.

datetime.datetime

datetime.datetime 타입은 타임스탬프를 포함하고 있다는 것이 명확하므로 자연스러운 선택입니다. 이는 절대 타임스탬프이며 잘 정의되어 있습니다. 년, 월, 일, 시, 분, 초에 직접 접근할 수 있으며, 타임스탬프를 문자열로 포맷하는 등의 시간 관련 메서드를 제공합니다.

주요 문제는 os.stat(), time.time(), time.clock_gettime(time.CLOCK_GETTIME)를 제외한 모든 시간 함수가 시작 시점이 지정되지 않고 시간대 정보가 없어 datetime.datetime으로 변환될 수 없다는 것입니다. 또한, datetime.datetime은 시간대 문제도 있습니다. 예를 들어, 시간대 정보가 없는(unaware) datetime 객체와 시간대 정보가 있는(aware) datetime 객체는 비교할 수 없습니다. 일광 절약 시간(DST)이 일반 시간으로 전환될 때 중복되는 시간에서 순서 문제도 발생합니다.

os.times() 또는 time.clock()과 같이 시작 시점이 지정되지 않은 함수에 사용할 수 없기 때문에 datetime.datetime은 거부되었습니다.

참고: datetime.datetime은 현재 마이크로초 해상도만 지원하지만, 나노초를 지원하도록 확장될 수 있습니다.

datetime.timedelta

datetime.timedelta는 상대 타임스탬프에 대한 자연스러운 선택입니다. 시작 시점을 알 때 datetime.datetime과 함께 사용하여 절대 타임스탬프를 얻을 수 있습니다.

그러나 datetime.timedelta는 float으로 강제 변환될 수 없고 고정된 해상도를 가지기 때문에 거부되었습니다. 하나의 새로운 표준 타임스탬프 타입으로 충분하며, Decimal이 datetime.timedelta보다 선호됩니다. datetime.timedelta를 float으로 변환하려면 datetime.timedelta.total_seconds() 메서드를 명시적으로 호출해야 합니다.

참고: datetime.timedelta는 현재 마이크로초 해상도만 지원하지만, 나노초를 지원하도록 확장될 수 있습니다.

정수 튜플 (Tuple of integers)

C 함수를 Python에 노출하기 위해, C 언어가 정수 필드를 가진 구조체(예: timeval, timespec 구조체)를 사용하므로 정수 튜플이 타임스탬프를 저장하는 자연스러운 선택입니다. 정수만 사용하면 정밀도 손실을 피할 수 있습니다(Python은 임의 길이의 정수를 지원합니다). 정수 튜플을 생성하고 파싱하는 것은 간단하고 빠릅니다.

그러나 정수 튜플은 산술 연산을 지원하지 않아 거부되었습니다.

timespec 구조체 (timespec structure)

timespec은 나노초 해상도로 타임스탬프를 저장하는 데 사용되는 C 구조체입니다. Python은 동일한 구조를 가진 타입((seconds, nanoseconds))을 사용할 수 있습니다. 편의상 timespec에 대한 산술 연산이 지원됩니다.

timespec 타입은 나노초 해상도만 지원하고 각 산술 연산을 구현해야 하는 반면, Decimal 타입은 이미 구현되어 있고 잘 테스트되었다는 이유로 거부되었습니다.

대안: API 디자인 (Alternatives: API design)

반환 타입을 지정하는 문자열 인자 추가 (Add a string argument to specify the return type)

타임스탬프를 반환하는 함수에 문자열 인자를 추가하는 방안입니다(예: time.time(format="datetime")). 문자열은 타입보다 확장성이 뛰어나며, 정수 튜플처럼 타입이 없는 형식도 요청할 수 있습니다.

그러나 이 API는 객체를 인스턴스화하기 위해 암시적으로 모듈을 임포트해야 했고(예: datetime.datetime을 생성하기 위해 datetime 임포트), 모듈 임포트는 예외를 발생시키거나 느릴 수 있으며, 이러한 동작은 예상치 못하고 놀랍다는 이유로 거부되었습니다.

타임스탬프 타입을 변경하는 전역 플래그 추가 (Add a global flag to change the timestamp type)

os.stat_float_times()와 유사하게 os.stat_decimal_times()와 같은 전역 플래그를 추가하여 타임스탬프 타입을 전역적으로 설정하는 방안입니다.

전역 플래그는 Decimal 대신 float을 기대하는 라이브러리 및 애플리케이션에 문제를 일으킬 수 있습니다. Decimal은 float과 완전히 호환되지 않습니다. 예를 들어, float + Decimal은 TypeError를 발생시킵니다. os.stat_float_times()의 경우는 int가 float으로 강제 변환될 수 있고 int + float이 float을 반환하므로 다릅니다.

타임스탬프를 생성하는 프로토콜 추가 (Add a protocol to create a timestamp)

타임스탬프가 생성되는 방식을 하드 코딩하는 대신, 분수에서 타임스탬프를 생성하는 새로운 프로토콜을 추가하는 방안입니다.

예를 들어, time.time(timestamp=type)은 type.__fromfraction__(numerator, denominator) 클래스 메서드를 호출하여 지정된 타입의 타임스탬프 객체를 생성합니다. 타입이 프로토콜을 지원하지 않으면 type(numerator) / type(denominator)와 같은 폴백(fallback)이 사용됩니다.

요구 사항에 비해 과도하다는 이유로 프로토콜 제안은 거부되었지만, 설득력 있는 사용 사례가 발견되면 나중에 도입할 수 있도록 특정 구문(time.time(timestamp=type))은 허용되었습니다.

os.stat에 새 필드 추가 (Add new fields to os.stat)

나노초 해상도로 파일의 생성, 수정, 접근 시간을 얻기 위해 os.stat() 구조체에 세 개의 필드를 추가하는 방안입니다.

이 새로운 필드는 나노초 해상도의 타임스탬프(예: Decimal)이거나 각 타임스탬프의 나노초 부분(int)일 수 있습니다.

그러나 os.stat() 구조체에 새 필드를 추가하는 것은 다른 모듈(예: time 모듈)의 나노초 문제를 해결하지 못한다는 점 때문에 거부되었습니다.

불리언 인자 추가 (Add a boolean argument)

하나의 새로운 타입(Decimal)만 필요하므로, 간단한 불리언 플래그를 추가하는 방안입니다. 예: time.time(decimal=True) 또는 time.time(hires=True).

이러한 플래그는 숨겨진 임포트를 필요로 하는데, 이는 좋지 않은 관행으로 간주됩니다.

불리언 인자 API는 “파이썬적”이지 않다는 이유로 거부되었습니다. 불리언 매개변수(플래그)보다는 매개변수 값으로 반환 타입을 변경하는 것이 선호됩니다.

새 함수 추가 (Add new functions)

각 타입에 대해 새로운 함수를 추가하는 방안입니다. 예: time.clock_decimal(), time.time_decimal(), os.stat_decimal(), os.stat_timespec() 등.

타임스탬프를 생성하는 각 함수마다 새로운 함수를 추가하는 것은 많은 코드를 중복시키고 유지 관리가 어렵다는 이유로 거부되었습니다.

새 hires 모듈 추가 (Add a new hires module)

time 모듈과 동일한 API를 가지지만, decimal.Decimal과 같은 고해상도 타임스탬프를 반환하는 “hires”라는 새 모듈을 추가하는 방안입니다. 새 모듈을 추가하면 time이나 os와 같은 저수준 모듈을 decimal 모듈에 연결하는 것을 피할 수 있습니다.

이 아이디어는 time 모듈의 대부분 코드를 중복해야 하고 유지 관리가 어렵다는 점, 그리고 타임스탬프가 time 모듈 외의 다른 모듈(예: signal.sigtimedwait(), select.select(), resource.getrusage(), os.stat() 등)에서도 사용된다는 이유로 거부되었습니다. 각 모듈의 코드를 중복하는 것은 허용될 수 없습니다.

관련 이슈 및 토론:

  • Issue #7652: decimal의 C 버전을 py3k에 병합 (cdecimal)
  • Issue #11457: os.stat(): 나노초 해상도의 Decimal 객체로 타임스탬프를 얻기 위한 새 필드 추가
  • Issue #13882: PEP 410: 타임스탬프에 decimal.Decimal 타입 사용
  • [Python-Dev] decimal.Decimal 객체로 타임스탬프 저장

다른 언어의 고해상도 타임스탬프 지원:

  • Ruby (1.9.3): Time 클래스가 피코초(10⁻¹²)를 지원
  • .NET framework: DateTime 타입: 0001년 1월 1일 자정 12:00:00 이후 경과된 100나노초 간격의 수. DateTime.Ticks는 부호 있는 64비트 정수 사용.
  • Java (1.5): System.nanoTime(): 지정되지 않은 시작 시점을 가진 나노초 단위의 벽 시계(wallclock), 부호 있는 64비트 정수(long) 사용.
  • Perl: Time::Hiref 모듈: float을 사용하므로 Python의 float 타임스탬프와 동일하게 나노초 해상도에서 정밀도 손실 문제가 있음.

이 PEP는 decimal.Decimal을 사용하여 고정밀 타임스탬프를 도입하려는 시도였으나, 여러 대안과 반대 의견, 그리고 복잡성으로 인해 최종적으로 거부되었습니다.

⚠️ 알림: 이 문서는 AI를 활용하여 번역되었으며, 기술적 정확성을 보장하지 않습니다. 정확한 내용은 반드시 원문을 확인하시기 바랍니다.

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