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3. 자바와 객체 지향

객체 지향은 인간 지향이다

• 1장에서 본 발전사를 보면 개발자(인간)을 배려하기 위한 과정임을 알 수 있다.
• 하지만 2장에서 본 절차적/구조적 프로그래밍은 인간이 기계를 이해하려는 노력에서 크게 벗어나지 못했다.
  • 특히 포인터는 기계 수준으로 눈높이를 낮추지 않으면 이해하기 힘들다.
• 기계 종속적인 개발에서 벗어나, 우리가 눈으로 보고 느끼고 생활하는 현실 세계처럼 프로그래밍을 하기 위해 탄생한 것이 객체지향이다.
  • 현실 세계를 반영한다는 증거가 객체다.

구조적 프로그래밍에서 가장 중요한것은 함수다.

• Devide and Conquer : 몇만 라인의 명령어를 논리적 단위(함수)로 나누어 블록화해서 작성하자는 것
• 함수의 목적 : 1. 중복제거, 2. 논리의 분할

그 뒤로 나온 파격적 제안이 바로 객체 지향이다.

• 눈으로 보여지는 것, 손으로 만져지는 것, 머리속으로 상상되는 모든 것은 사물(Object)이다.

• "우리가 주변에서 사물로 인지하는 방식대로 프로그래밍 할 수 있지 않겠는가?" ➡️ 객체 지향의 출발

• 0과 1로 대변되는 기계(컴퓨터)에 맞춰 사고하던 방식을 버리고 현실세계를 인지하는 방식으로 프로그램을 만들자는 것

• 사물이란?

  - 세상에 존재하는 모든 것은 사물, 즉 객체(Object)다
  - 각각의 사물은 고유하다.
  - 사물은 속성을 갖는다.
  - 사물은 행위한다.
  

• 사물을 분류(class)해서 이해하는 것 ➡️ 인간의 인지법

  - 직립보행을 하며 말을 하는 존재를 사람이라고 분류한다.
  - 강동원(object), 한효주(object), 김연아(object)는 모두 사람이라는 분류에 속한다.
  - 객체(object)들은 나이, 키 등의 속성(property)과 먹다, 자다 등의 행위(method)를 가지고있다.
  

  	사람(class명)	강동원(객체명)
  속성들	나이, 키	나이:=35, 키:=185
  행위들	먹다, 자다	먹다, 자다

직관적인 객체지향

• 객체지향 이전에는 속성과 메서드를 객체라는 단위로 묶지 않고 따로 분리된 형태로 프로그램을 작성했다.
• 객체지향에서는 우리가 사물을 인지 및 사고하는 방식대로 객체 단위의 프로그래밍이 가능하다.
• 완전한 인간 지향을 실천하고 있기 때문에 직관적이고 쉽다.

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객체 지향의 4대 특성 - 캡! 상추다

• 캡 - 캡슐화(Encapsulation) : 정보 은닉 (information hiding)
• 상 - 상속(Inheritance) : 재사용
• 추 - 추상화(Abstraction) : 모델링
• 다 - 다형성(Polymorphism) : 사용 편의

Inheritance라는 단어를 쓰지말자. 오해의 소지가 크다.

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클래스 vs 객체 = 붕어빵틀 vs 붕어빵 ???

클래스 객체명 = new 클래스();

붕어빵틀 붕어빵 = new 붕어빵틀(); // 붕어빵틀을 만들었는데 붕어빵이 되었다?

• 붕어빵틀은 붕어빵을 만드는 팩터리일 뿐, 클래스와 객체관계가 아니다.

클래스와 객체

• 클래스는 분류에 대한 개념이지 실체가 아니다.
• 객체는 실체이다.
• 붕어빵틀과 붕어빵이라는 메타포 대신 아래의 메타포를 사용하자.

클래스 : 객체 = 펭귄 : 뽀로로 = 사람 : 김연아 

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추상화: 모델링

• 추상 : [명사] [심리] 여러 가지 사물이나 개념에서 공통되는 특성이나 속성 따위를 추출하여 파악하는 작용
• 추상화 : [명사] 추상적인 것으로 됨. 또는 그렇게 만듦

추상화는 모델링이다

• 객체지향의 4대 특성은 클래스를 통해 구현된다. 또는 객체

  • 객체: 세상에 존재하는 유일무이한 사물
  • 클래스 : 분류, 집합, 같은 속성과 기능을 가진 객체를 총칭하는 개념
  • 즉, 객체를 특성(속성 + 기능)에 따라 분류해보니 객체를 통칭할 수 있는 집합적 개념, 즉 클래스(분류)가 나오게 된다.
  • 예시

    사람 홍길동 = new 사람();

    • 사람이라는 클래스(분류)를 이용해서 유일무이하고 새로운 하나의 사람(객체)를 만들어 홍길동(객체 참조 변수)라는 이름을 지어주었다.
  • 객체(object) = 클래스(class)의 인스턴스(instance)

• 개발자는 어플리케이션의 창조자가 되고, 객체지향 프로그래밍을 할 때 클래스를 먼저 설계하게 된다.

  • 사람이라는 클래스를 만들기 위해 주변에 보이는 실체들, 즉 사람 객체를 관찰해서 공통된 특성을 찾는다.
    • 키, 나이, 혈액형 등(속성) + 먹다, 자다, 일하다 등(메서드)
  • 모든 특성을 나열할 필요는 없다. 왜? 애플리케이션의 경계에 있는 특성만 있으면 된다.

• 애플리케이션의 경계(Context) : 내가 만들고자 하는 애플리케이션은 어디에 사용될 것인가?

  애플리케이션 경계	병원 애플리케이션	은행 애플리케이션
  사람이란	사람은 환자다.	사람은 고객이다.
  클래스 모델링	속성 : 시력, 몸무게, 혈액형, 키 메서드 : 먹다, 자다, 운전하다, 운동하다	속성 : 나이, 직업, 연봉 메서드 : 일하다, 입금하다, 출금하다, 이체하다

  • 추상화란 구체적인 것을 분해해서 관찰자가 관심있는 특성만 가지고 재조합하는 것
    • IT용어를 이용해 바꾸어본다면
  • 추상화란 구체적인 것을 분해해서 관심 영역(애플리케이션 경계, Application Boundary)에 있는 특성만 가지고 재조합 하는것 = 모델링

• 모델 : 실제 사물을 정확히 복제하는 것이 아닌, 목적에 맞게 관심 있는 특성만 추출해서 표현하는 것.

  • 모델은 추상화를 통해 실제 사물을 단순하게 묘사하는 것.
  • 모델링(추상화)는 객체 지향에서 클래스를 설계할 때, 테이블을 설계할 때 필요한 기법이다.

• 정리

  • OOP의 추상화는 모델링이다.
  • 클래스 : 객체 = 펭귄 : 뽀로로
  • 클래스 설계에서 추상화가 사용된다.
  • 클래스 설계를 위해서는 애플리케이션 경계부터 정해야 한다.
  • 객체 지향에서 추상화의 결과는 클래스다.

• 추상화를 넓게 본다면?

  • 상속을 통한 추상화, 구체화
  • 인터페이스를 통한 추상화
  • 다형성을 통한 추상화

• 추상화 = 모델링 = 자바의 class 키워드

  클래스 객체_참조_변수 = new 클래스(); // 새로운 객체를 하나 생성해 그 객체의 주소값(포인터)을 객체 참조 변수에 할당

추상화와 T메모리

• 쥐 클래스를 설계해보자.

  • 클래스 설계(모델링)에서 중요한 것은 추상화다.

  • 추상화를 통해 애플리케이션 경계 내에서 관심 있는 특성들만 뽑아오자.

  • 추상화의 결과물 = 모델 = Java의 클래스

    쥐
    성명 나이 꼬리수
    울다()

• UML 클래스 표기법에 따른 클래스

  package section3.ex3_1;
  
  public class Mouse {
  
    public String name;
    public int age;
    public int countOfTail;
  
    public void sing() {
    }
  }

• 순수 타이핑으로 로직을 구현한 클래스

  package section3.ex3_2;
  
  public class Mouse {
  
    public String name;
    public int age;
    public int countOfTail;
  
    public void sing() {
      System.out.println(name + " 찍찍!!!");
    }
  }

• 테스트용 클래스

  package section3.ex3_3;
  
  import section3.ex3_2.Mouse;
  
  public class MouseDrive {
  
    public static void main(String[] args) {
      Mouse mickey = new Mouse();
      mickey.name = "미키";
      mickey.age = 85;
      mickey.countOfTail = 1;
      mickey.sing();
  
      mickey = null;
  
      Mouse jeerry = new Mouse();
      jeerry.name = "제리";
      jeerry.age = 73;
      jeerry.countOfTail = 1;
      jeerry.sing();
    }
  }

• 힙 역영 : 객체가 생성되면, 속성의 값을 저장하기 위한 메모리 공간이 힙영역에 할당된다.

  
  • main()은 클래스 멤버의 메서드이고, sing()은 객체의 멤버 메서드이다.
    • 클래스 멤버는 밑줄 그어짐 ➡️ UML 표기법
  • Mouse mickey : 객체 참조 변수가 main()메서드 스택 프레임 안에 생성된다.
  • new Mouse() : 객체 생성자를 호출하여 힙 형역에 객체를 배치된다.
  • = : 객체의 주소(포인터)를 객체 참조 변수에 할당한다.
  • mickey.name="미키 : 객체 참조 변수와 참조 연산자(.)를 이용해 속성에 값을 할당한다.

  sing()메서드는 메모리상 변화가 없다. 코드 실행 영역에 실행되어 "미키 찍찍"을 출력할 것.

• 가비지 컬렉터(Garbage Collector) : 아무도 참조하지 않는 객체를 쓰레기로 인지하고 수거해 간다.

  
  • mickey = null : mickey는 더 이상 힙영역의 Mouse객체를 참조하지 않는다. GC가 다녀가면 메모리공간에서 Mouse객체는 사라진다.

클래스 멤버 vs 객체 멤버 = static 멤버 vs 인스턴스 멤버

• 클래스 멤버 = static 멤버 = 정적 멤버
  • 클래스 멤버들은 static키워드와 함께 사용되고 T메모리의 static 영역에 상주하게 되므로 static(정적)멤버라고 한다.
• 객체 멤버 = 인스턴스 멤버
  • 객체 멤버들 객체가 클래스의 인스턴스이므로 인스턴스 멤버라고도한다.

클래스 설계
클레스 멤버(정적 멤버)	클래스 멤버 속성(정적 속성) 클래스 멤버 메서드(정적 메서드)
객체 멤버	객체 멤버 속성 객체 멤버 메서드

• 정적 속성 : 해당 클래스의 모든 객체가 같은 값을 가질 때 사용하는 것.

  • 이 외의 경우엔 정당한 논리를 가지고 써야한다.

• 정적 메서드 : 객체들의 존재여부에 관계없이 쓸 수 있는 메서드

  • 객체가 아닌 클래스에 속해있으며, JVM 구동 시 스태틱 영역에 바로 배치된다.
  • ex) main(), 정적 변수 접근자 메서드(getter), 정적 변수 설정자 메서드(setter)

  실무에서는 유틸리티성 메서드를 주로 정적 메서드로 구성한다.

• 세가지 변수 유형

  • 지역 변수(local 변수)
    • 개발자가 별도로 초기화하지 않으면 쓰레기 값을 갖는다.
    • 한 지역에서만 쓰는 변수이다.
    • 사는 곳 : 스택 프레임 영역
  • 멤버 변수(instance 변수)
    • 별도의 초기화를 해주지 않아도 자동으로 초기화를 해준다.
    • 객체 안에서 다수의 객체 메서드가 공유하는 공유 변수이다.
    • 사는 곳 : 힙 영역
  • 클래스 변수(static 변수)
    • 별도의 초기화를 해주지 않아도 자동으로 초기화를 해준다.
    • 전역 변수로서 프로그램 어디서든 접근 가능한 공유 변수이다.
    • 사는 곳 : 스태틱 영역
  • 공유 변수는 별도의 초기화가 필요없이 기본값으로 초기화된다.
    • 객체 멤버는 생성자, 정적 멤버는 정적 실행 영역을 통해 초기화하는 경우가 있다.
      • 하지만 누가 초기화해야한다고 규정할 수 없다.
    • 지역 변수는 한 지역에서만 사용되고 소멸되는 변수이기에 그 지역에서 초기화하는 것이 논리적으로 맞다.

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상속 : 재사용 + 확장

• 상속 : 객체지향에서 상속은 상위 클래스의 특성을 하위 클래스에서 상속(특성 상속)을 하고 거기에 필요한 특성을 추가, 즉 확장해서 사용할 수 있다는 의미.

  • 부모 클래스 - 자식 클래스 보다 상위 클래스 - 하위 클래스 또는 슈퍼 클래스 - 서브클래스 로 표현하자.
  • 상위 클래스 쪽으로 갈수록 추상화, 일반화 됐다고 말하며, 하위 클래스 쪽으로 갈수록 구체화, 특수화 됐다고 말한다.
  

객체지향의 상속은 조직도나 계층도가 아닌 분류도라는 사실을 기억해라.

포유류는 동물의 특성을 확장했다고 할 수 있고, 고래는 포유류의 특성을 확장했다고 할 수 있다.

• 하위 클래스는 상위 클래스다.
  • 이는 상속 관계에서 반드시 만족해야하는 문장이다.
  • 딸은 아버지다?? (괴이하다.)

    아버지 영희아빠 = new 딸();

  • 펭귄은 동물이다. (자연스럽다.)

    동물 뽀로로 = new 펭귄();

  • 이는 객체 지향 설계 5원칙 중 LSP(리스코프치환원칙)을 나타내는 말이다.
• 자바에는 inheritance(상속) 대신 extends(확장) 이 존재한다.

상속의 강력함

package section3.ex3_6;

public class 동물 {
    String myClass;

    동물(){
        myClass = "동물";
    }

    void showMe(){
        System.out.println(myClass);
    }
}

package section3.inheritance01;

public class 포유류 extends 동물 {
    포유류(){
        myClass = "포유류";
    }
}

package section3.inheritance01;

public class Driver {

  public static void main(String[] args) {
    동물 amimal = new 동물();
    포유류 mammalia = new 포유류();
    조류 bird = new 조류();
    고래 whale = new 고래();
    박쥐 bat = new 박쥐();

    amimal.showMe();
    mammalia.showMe();
    bird.showMe();
    whale.showMe();
    bat.showMe();
  }
}

• 상위클래스에서만 showMe()를 구현했지만 하위 클래스 객체에서도 사용할 수 있다.
• 상속한다는 것은 상위 클래스의 특성을 상속한다는 의미이다.
  • 부모-자식 관계가 아니다.
• 절차적/구조적 프로그래밍의 입장에서 하위 클래스가showMe()를 구현하지 않고 재사용을 할 수 있다는 것은 감동임.

package section3.inheritance01;

public class Driver02 {

  public static void main(String[] args) {
    동물 animal = new 동물();
    동물 mammalia = new 포유류();
    동물 bird = new 조류();
    동물 whale = new 고래();
    동물 bat = new 박쥐();

    animal.showMe();
    mammalia.showMe();
    bird.showMe();
    whale.showMe();
    bat.showMe();
  }
}

• 하위클래스는 상위클래스다. 즉 하위분류는 상위분류다.
  • 포유류 한마리는 동물이다.
• 이처럼 객체 지향은 현실 세계를, 인간의 논리를 그대로 코드로 옮길 수 있는 힘이 있다.

toString()
클래스 상속 구조에서 최상위 클래스는 Object다. 그래서 모든 클래스는 toString()메서드를 사용할 수 있다.

상속은 is a 관계를 만족해야 한다?

• is a는 객체와 클래스의 관계로 오해의 소지가 많다.
  • 객체 is a 클래스 ➡️ 김연아 is a 사람
• is a를 더 명확하게 표현하면 ? a kind of 가된다.
• 하위 클래스 is a kind of 상위 클래스 ➡️ 펭귄 is a kind of 조류

꼭 기억해야할 세문장

• 객체 지향의 상속은 상위 클래스의 특성을 재사용하는 것이다.
• 객체 지향의 상속은 상위 클래스의 특성을 확장하는 것이다.
• 객체 지향의 상속은 is a kind of관계를 만족해야한다.

다중 상속과 자바

• 왜 자바는 다중 상속을 지원하지 않는가?
• 다중 상속의 다이아몬드 문제가 존재하기 때문이다.
  • 인어가 사람과 물고기를 상속한다고 가정해보자.
  • 사람도 수영할 수 있 물고기도 수영할 수 있다.
  • 그렇다면 인어는 사람처럼 수영해야할까 물고기 처럼 수영해야할까?
• 대신 인터페이스를 도입해 다중 상속의 득은 취하고 실은 과감히 버렸다.

상속과 인터페이스

• 상속 : 하위클래스 is a kind of 상위클래스
  • 해석 : 하위클래스는 상위클래스의 한 분류다.
  • 예제 : 고래는 동물의 한 분류이다.
• 인터페이스 : 구현 클래스 is able to 인터페이스
  • 해석 : 구현 클래스는 인터페이스 할 수 있다.
  • 예제 : 고래는 헤엄칠 수 있다.
• 상위 클래스는 물려줄 특성이 풍성할 수록 좋다.
  • 이유 : LSP(리스코프 치환 원칙)
• 인터페이스는 구현을 강제할 메서드가 적을 수록 좋다.
  • 이유 : ISP(인터페이스 분할 원칙)

상속과 T메모리

package section3.inheritance03;

public class Driver {

  public static void main(String[] args) {
    Penguin pororo = new Penguin();
    pororo.name = "뽀로로";
    pororo.habitat = "남극";

    pororo.showName();
    pororo.showHabitat();

    Animal pingu = new Penguin();
    pingu.name = "핑구";
    //pingu.habitat = "EBS";

    pingu.showName();
    //pingu.showHabitat();
  }
}

• pingu 객체 참조 변수가 가리키고 있는 것은 Animal 인스턴스이다.
  • pingu는 자신이 펭귄이라는 사실을 모르고있다. 동물이라는 것만 인식한다.
  • 따라서 펭귄의 habitat과 showHabitat()을 사용할 수 없다.

명시적 형변환, 암묵적 형변환 공부하기

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다형성 : 사용편의성

• 객체지향에서 다형성이라고 하면 오버라이딩(overriding)과 오버로딩(overloading)이라고 할 수 있다.
  • 오버라이딩 : 같은 메서드 이름, 같은 인자 목록으로 상위 클래스의 메서드를 재정의
  • 오버로딩 : 같은 메서드 이름, 다른 인자 목록으로 다수의 메서드를 중복 정의

package section3.polymorphism01;

import section3.inheritance03.Animal;

public class Penguin extends Animal {
  public String habitat;

  public void showHabitat(){
    System.out.printf("%s는 %s에 살아\n", name, habitat);
  }

  // 오버라이딩 - 재정의 : 상위클래스의 메서드와 같은 메서드 이름, 같은 인자 리스트
  @Override
  public void showName() {
    System.out.println("내 이름은 알아서 뭐하게요?");
  }
  
  // 오버로딩 - 중복정의 : 같은 메서드 이름, 다른 인자 리스트
  public void showName(String yourName){
    System.out.printf("%s 안녕, 나는 %s라고 해\n", yourName, name);
  }
}

Animal pingu = new Penguin();
pingu.showName();

• Animal 객체의 showName()은 Penguin객체의 showName()에 의해 가려져있다.
  • 따라서 Penguin객체의 showName()이 실행된다.
• 즉. 상위 클래스 타입의 객체 참조 변수를 사용하더라도 하위 클래스에서 오버라이딩(재정의)한 메서드가 호출된다는 사실을 기억해라.

결론

• 오버로딩은 함수명 하나를 가지고 인자목록만 달리하면 되므로 사용하기 편리하다.
  • 제네릭을 이용하면 하나의 함수만 구현해도 다수의 함수 구현 효과를 낼 수 있다.
• 오버라이딩의 경우 하위 클래스가 재정의한 메서드를 알아서 호출해줌으로 써 깔끔한 코드를 유지할 수 있다.

메서드 재정의, 오버로딩을 통한 메서드 중복 정의를 통해 다형성을 제공하고 이 다형성이 개발자가 프로그램을 작성할 때 사용편의성을 준다.

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캡슐화 : 정보은닉(information hiding)

• 캡슐화는 데이터와 관련된 기능을 묶는 것이다.
• 객체가 기능을 어떻게 구현했는지 외부에 감춘다.
  • 이를 통해 요구사항 변경 시 외부의 영향 없이 구조를 변경가능하게 해준다.
  • 즉, 기능을 사용하는 코드에게 연쇄적인 변경 전파를 최소화하게 된다.

출처 : 최범균의 객체지향 프로그래밍 입문

• 정보은닉(information hiding)이라고 하면 접근 제어자(private, default, protected, public)가 스쳐지나간다.

객체 멤버의 접근 제어자

• public : 모두가 접근 가능
• protected : 상속 / 같은 패키지 내의 클래스에서 접근 가능
• default : 같은 패키지 내의 클래스에서 접근가능
• private : 본인만 접근 가능
• 상속을 받지 않았다면 객체 멤버는 객체를 생성한 후 객체 참조 변수를 이용해 접근해야한다.
• 정적 멤버는 클래스명.정적멤버 형식으로 접근하는 것을 권장한다.

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참조 변수의 복사

• 기본 자료형 변수는 값을 값 자체로 판단한다.
• 참조 자료형 변수는 값을 주소, 즉 포인터로 판단한다.
• 기본 자료형 변수를 복사할 때, 참조 자료형 변수를 복사할 때 일어나는 일은 같다.
  • 즉, 가지고 있는 값을 그대로 복사해서 넘겨준다.

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정리 - 자바 키워드와 OOP 4대 특성

• class, extends, new, private, protected, public, static 등
• 기억해야할 것 : 캡! 상추다