객체 지향 프로그래밍과 CLASS(feat. field와 static 그리고 singleton…)🙆‍♂️

김민제·2023년 10월 14일

Java

JAVA를 잡아라🙆‍♂️

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객체 지향 프로그래밍

객체

물리적으로 존재하거나 추상적으로 생각할 수 있는 것 중에서 자신의 속성을 가지고 있으며 식별 가능한 것을 말한다.
클래스가 설계도라면 이 클래스가 인스턴스가 되어 메모리에 올라갔을 때, 이것을 객체라고 한다.

추상화

중요한 것은 남기고, 불필요한 것들은 제거한다.

캡슐화(encapsulation)

관련된 것을 잘 모아서 갖게 하는것, 관련된 것을 잘 가지고 있을 수록 응집도가 높다고 한다.
ex. 앞서 본 Math라는 클래스는 수학과 관련된 기능들만 가지고 있다.
- Math 클래스에 주소 찾는 기능이 있으면 안될 것

객체 지향 프로그래밍

많은 객체들이 모여서 상호협력하며 데이터를 처리하는 방식의 프로그래밍 설계 방법을 일컫는다.
쉽게 말하자면 프로그램을 묶음 단위로 쪼개서 추후에 가져다 쓰기 편하게 만들어 놓은 프로그래밍 방식이라고 생각하면 된다.
자바는 객체 지향 언어이다.(클래스 지향 x)
반대 개념으로는 절차적 프로그래밍이 있다.
- 함수(function)를 이용하여 정리정돈하는 프로그래밍 기법이다.
객체 지향은 사용 기법이 아닌 설계 기법이다.

객체의 역할과 책임

좋은 객체란 역할과 책임에 충실하며 다른 객체와 잘 협력하여 동작하는 객체를 말한다.
- 좋은 객체는 응집도가 높고 결합도(Coupling)는 낮다.
  - 응집도가 높다 ⇒ 관련된 기능만 모아서 잘 가지고 있다.
    - 세탁기가 세탁을 잘해야지 세탁은 못하는데 부가적인 기능만 잘하면 안 될 것이다.
  - 결합도가 낮다. ⇒ 객체와 객체의 결합도가 낮아야 사용성이 편하다.
    - 컴퓨터가 있는데 부가적인 기능이 꼭 있어야만 사용이 가능하다면 사용성이 떨어질 것이다.
나쁜 객체란 여러가지 역할을 한 가지 객체에게 부여하거나 이름과는 맞지않는 속성과 기능을 가지도록 하거나 제대로 동작하지 않는 객체를 말한다. 또한 다른 객체와의 협력도 매끄럽지 않은 객체를 의미한다.

클래스

자동차를 만들기 위해서는 설계도를 보고 만들어야한다.
자바에서는 이 설계도가 클래스, 클래스로 만들어진 내용을 인스턴스(객체), 클래스로 인스턴스를 만드는 것을 인스턴스화라고 한다.
- 하나의 설계도로 무수히 많은 자동차를 만들 수 있는 것처럼 무수히 많은 인스턴스를 생성할 수 있다.

클래스 선언

클래스의 선언 규칙
- 하나 이상의 문자로 이루어져야 한다. → Car, SuperCar
- 첫글자에는 숫자가 올 수 없다. → 1Car, 2SuperCar (x)
- ‘$’, ‘_’외의 특수문자는 올 수 없다. → $Car, _Car (o) @Car, #Car (x)
- 자바의 키워드는 사용할 수 없다. →int, for (x)
- 단어의 첫 문자는 대문자로 정해야한다. →Car, SuperCar
  - UpperCamelCase

객체 생성

클래스를 만들었다면 설계도는 만들었다. 그러면 인스턴스는 어떻게 생성할까?
인스턴스는 new라는 키워드로 생성한다.
```
클래스 변수명 = new 클래스();
```
- 위와 같은 형식으로 인스턴스를 생성하면 힙영역에 클래스의 인스턴스가 생성되고 스택영역의 변수명에는 이 인스턴스의 주소 번지가 저장된다.
- 예제
```
public class Car{}
public class CarExam{
	public static void main(String[] args) {
        Car car = new Car();
  }
}
```

클래스의 용도는 두가지가 있다. 하나는 API용이고 다른 하나는 실행용이다. API는 다른 클래스에서 이용할 목적으로 설계되고 실행 클래스는 main메소드를 제공하는 역할을 한다. 위 예에서 Car는 API용이고 CarExam은 실행 클래스이다.

클래스의 구성 멤버

필드

객체의 고유 데이터, 부품 객체, 상태 정보를 저장하는 곳이다.
생성자와 메소드 전체에서 사용되며 객체가 소멸되지 않는 한 객체와 함께 존재한다.
클래스 내부에서 선언 가능하고 외부에서 사용할 때는 객체를 생성하고 참조 변수를 통해 사용해야 한다.
클래스가 가지는 속성이자 다른 언어에서는 멤버 변수라고 하는 경우도 있다.
필드 선언 방법
- [접근 제한자][static] [final] 타입 필드명 [=초기값];
- 대괄호 안에 있는 내용은 생략 가능하다는 뜻
- 접근 제한자는 public, protected, private 아무것도 없는 경우는 (default)
- 필드명은 첫번째 문자가 소문자로 시작
- 타입은 기본형 타입(boolean, int, double… 등 값을 가질 수 있는 타입)과 참조 타입(class, 인터페이스, 배열) 등이 나올 수 있다.
- 초기값이 없는 경우
  - 참조형일 경우 ⇒null
  - boolean일 경우 ⇒ False
  - 나머지 기본형은 다 0으로 초기화

생성자

생성자는 new 연산자로 호출되는 특별한 중괄호 {} 블록이다.
객체 생성 시 초기화를 위해 사용하며 객체를 사용할 준비를 한다.
- 객체 초기화 : 필드를 초기화하거나 메소드를 호출하여 객체를 사용할 준비를 하는것
- 생성자를 실행하지 않고는 클래스로부터 객체를 만들 수 없다,
클래스 이름으로 되어있고 리턴 타입이 없다.
모든 클래스는 생성자가 반드시 존재하며 생성자를 하나 이상 가질 수 있다. 우리가 생성자 선언을 생략했다면 컴파일러는 바이트 코드에 자동으로 기본 생성자를 추가한다.
- 예제
```
public class Car{
	//public Car(){} -> 자동 추가, 기본 생성자
}
public class CarExam{
	public static void main(String[] args) {
        Car car = new Car();
  }
}
```
  - 위 코드에서도 생성자를 생성하지 않았지만 자동으로 Car()라는 기본 생성자가 추가되어 new 키워드 뒤에 생성자 메소드 Car()를 사용할 수 있다.
  - class가 public으로 선언되어있으면 생성자도 public으로 선언된다. class에 public이 사라지면 생성자에도 public이 붙지 않는다.

생성자 선언

기본 구조
```
클래스명(){};
```

예제

public Car(String name, int studentId, int birthData){...}

생성자 선언 후 매개변수로 필드 초기화

예제

public class Car {
    String name;
    int studentId;
    int birthData;
    public Car(String name, int studentId, int birthData){
        this.name = name;
        this.studentId = studentId;
        this.birthData = birthData;
    }
    public void print(){
        System.out.println("name = " + name);
        System.out.println("studentId = " + studentId);
        System.out.println("birthData = " + birthData);
    }
}

public class CarExam {
    public static void main(String[] args) {
        Car car = new Car("kimminje", 100, 1999);
        car.print();
    }
}
->name = kimminje
	studentId = 100
	birthData = 1999

위 코드에서 Car 클래스는 생성자를 통해 현재 객체의 필드에 받은 값을 넣어주고 print 메소드를 통해 출력해주는 클래스로 구성되었다.
this라는 키워드는 객체 자신의 참조라는 뜻이며 위처럼 ‘this.필드’로 사용하면 객체 자신의 필드를 뜻한다.

생성자 오버로딩

생성자는 여러가지 타입의 매개변수를 받아서 사용하기 위해 메소드 오버로딩 기능을 제공한다.
메소드 오버로딩은 아래 메소드 항목에서 더 공부한다.

예제

public class Car {
    String name;
    int studentId;
    int birthData;
    public Car(String name, int studentId){
        this.name = name;
        this.studentId = studentId;
    }
    public Car(String name, int studentId, int birthData){
        this.name = name;
        this.studentId = studentId;
        this.birthData = birthData;
    }
    public void print(){
        System.out.println("name = " + name);
        System.out.println("studentId = " + studentId);
        System.out.println("birthData = " + birthData);
    }
}

public class CarExam {
    public static void main(String[] args) {
        Car car1 = new Car ("minjekim",50);
        Car car2 = new Car("kimminje", 100, 1999);
        car1.print();
        car2.print();
    }
}

->name = minjekim
	studentId = 50
	birthData = 0
	name = kimminje
	studentId = 100
	birthData = 1999

위와 같이 동일한 메소드 명으로 매개변수를 다르게 해주고 사용하면 같은 생성자로 매개변수를 다르게 받아서 초기화할 수 있다.

메소드

객체의 동작에 해당하는 중괄호 {}블록이다.
메소드를 호출하면 중괄호 안에 있는 코드들이 실행된다.
메소드 선언
- 기본 구조
```
리턴타입 메소드명(){};
```
  - 리턴 타입은 이 메소드가 반환해주는 값의 타입을 말한다. 리턴 값이 있는 경우는 타입을 명시해줘야하고 리턴 타입이 없는 경우에는 void를 사용한다.
- 메소드명 규칙
  - 하나 이상의 문자로 이루어져야 한다. → car, superCar
  - 첫글자에는 숫자가 올 수 없다. → 1Car, 2SuperCar (x)
  - ‘$’, ‘_’외의 특수문자는 올 수 없다. → $Car, _Car (o) @Car, #Car (x)
  - 여러 단어가 있는 경우 첫 단어빼고 뒤이어 오는 단어의 첫 글자는 대문자로 작성한다. → superCar

매개변수의 개수를 모를 경우 꿀팁

매개변수의 개수를 모를 경우 매개변수를 배열 타입으로 받으면 된다.

public class MethodExam {
    static int sum(int[] value){
        int sum = 0;
        for (int i = 0; i<value.length; i++){
            sum+=value[i];
        }
        return sum;
    }
    public static void main(String[] args) {
        int s = sum(new int[]{1,2,3,4,5});
        System.out.println(s);
    }
}
-> 15

메소드 오버로딩

클래스 내 같은 이름의 메소드를 여러 개 선언하는 것을 의미한다.
매개변수를 다양하게 받아 처리하기 위해 사용한다.

예제

public class Cal {
    public int plus(int x, int y){
        return x+y;
    }
    public double plus(double x, double y){
        return x+y;
    }
}

public class Exam {
    public static void main(String[] args) {
        Cal sum = new Cal();
        int int_plus = sum.plus(1,2);
        double double_plus = sum.plus(1.5,2.8);
        
        System.out.println("int_plus = " + int_plus);
        System.out.println("double_plus = " + double_plus);
    }
}
->int_plus = 3
	double_plus = 4.3

위 코드처럼 다양한 매개변수를 받아 사용하고 싶을 때 메소드 오버로딩을 사용할 수 있다.

인스턴스 멤버와 정적 멤버

만약 객체마다 필드 값이 달라야한다면 필드를 객체마다 다 가지고 있는 것이 맞지만 필드 값이 객체에서 다 같아야한다면 모든 객체가 필드를 가지고 있을 필요는 없다.
자바는 이런 경우를 위해 클래스 멤버를 인스턴스 멤버와 정적 멤버로 구분하여 선언할 수 있도록 한다.
인스턴스 멤버는 객체마다 가지고 있는 멤버를 말하고 정적 멤버는 클래스에 위치시키고 객체들이 공유하는 멤버를 말한다.

인스턴스 멤버

객체(인스턴스)를 생성한 후 사용할 수 있는 필드와 메소드를 말한다.

우리가 위에서 사용했던 예제인 Car 예제를 보자

public class Car {
    String name;
    int studentId;
    int birthData;
    public Car(String name, int studentId, int birthData){
        this.name = name;
        this.studentId = studentId;
        this.birthData = birthData;
    }
    public void print(){
        System.out.println("name = " + name);
        System.out.println("studentId = " + studentId);
        System.out.println("birthData = " + birthData);
    }
}

public class CarExam {
    public static void main(String[] args) {
        Car car = new Car("kimminje", 100, 1999);
        car.print();
    }
}

여기서 Car 클래스의 메소드를 사용하기 위해 Car car = new Car()의 코드를 통해 인스턴스를 생성했다.
위 Car 클래스에서name, studentId, birthData는 인스턴스 필드이고 print 메소드는 인스턴스 메소드이다.
인스턴스 멤버들에 접근하기 위해서는 Car 인스턴스를 생성하여 접근해야한다.

정적 멤버와 static

정적(static)은 ‘고정된’이라는 의미를 가지고 있다
정적멤버는 클래스에 고정된 멤버로 객체를 생성하지않고 사용할 수 있는 필드와 메소드를 말한다.
이들을 정적 필드(static field)와 정적 메소드(static method)라 부른다.
static한 필드와 메소드는 객체(인스턴스)에 소속된 멤버가 아니라 클래스에 고정된 멤버이므로 클래스들이 할당하기 때문에 클래스 로딩이 끝나는 즉시 사용 가능하다.
static으로 생성된 멤버들은 메모리에서 Static 영역에 따로 할당된다.
Static 영역에 할당된 메모리들은 모든 객체가 공유하여 하나의 멤버를 어디서든지 참조할 수 있는 장점을 가지지만 Garbage Collctor의 관리 영역 밖에 존재하기에 Static 영역에 멤버들은 프로그램 종료시까지 메모리가 할당된 채 존재하게 된다.
static을 너무 많이 사용하게 되면 메모리 측면에서 비효율적으로 시스템에 악영향이 갈 수 있다.
정적 메소드들은 호출할 때 인스턴스를 따로 생성하지 않아도 사용할 수 있다.
정적 멤버는 static키워드로 선언하고 인스턴스를 생성하지 않고 바로 사용이 가능하다.
그럼 설명이 너무 길었으니 예제를 보자

우리가 위 Cal예제에서 인스턴스 생성의 불필요함을 느끼고 있다고 생각하면 아래와 같이 코드를 바꿀 수 있다.

public class Cal {
    public static int plus(int x, int y){
        return x+y;
    }
    public static double plus(double x, double y){
        return x+y;
    }
}

public class Exam {
    public static void main(String[] args) {
        int int_plus = Cal.plus(1,2);
        double double_plus = Cal.plus(1.5,2.8);

        System.out.println("int_plus = " + int_plus);
        System.out.println("double_plus = " + double_plus);
    }
}
->int_plus = 3
	double_plus = 4.3

위 코드는 plus메소드를 static 선언하여 인스턴스를 생성하지 않고 바로 사용하였다.

정적 메소드 선언 시 주의점

정적 메소드 내부에서 인스턴스 필드나 인스턴스 메소드를 사용할 수 없다

확인해보자

int i = 0;
static int j = 1;
void exam2(){}
static void exam3(){}
public static int exam2(){
    //컴파일 에러
    this.i = 1;
    i=1;
    this.exam2();
    exam2();

    //실행 성공
    j=1;
    exam3();
}

this 키워드를 통한 인스턴스 필드나 인스턴스 메소드에 접근이 안되는 것을 알 수 있다.

그러면 main 메소드도 static이니까 바깥에서 선언된 필드에 접근 못하나??

int i = 0;
static int j = 0;
public static void main(String[] args) {
    //컴파일 에러
    this.i=1;
    i=1;
    
    //실행 성공
    j=1;
}

main 메소드도 똑같은 것을 확인할 수 있다.

싱글톤

프로그램에서 단 하나의 객체만 만들도록 보장해야 하는 경우가 있다. 이러한 객체를 단 하나만 생성해야한다고 해서 싱글톤(singleton)이라고 한다.
싱글톤을 만드려면 클래스 외부에서 new 연산자로 생성자를 호출할 수 없도록 막아야한다.

생성 과정

클래스 외부에서 생성자를 호출할 수 없도록 생성자 앞에 private 접근 제한자를 붙여준다.
자신의 타입인 정적 필드를 private으로 외부에서 접근하지 못하도록 하나 선언하고 자신의 객체를 생성하여 초기화한다.
- 생성자 접근 제한자를 private으로 하였기 때문에 클래스 내부에서는 접근 가능
외부에서 호출할 수 있는 정적 메소드인 getInstance를 선언하고 정적 필드에서 참조하고있는 자기 자신의 객체를 반환해준다.

기본 구조

public class 클래스 {
    private static 클래스 singleton = new 클래스();
    private 클래스(){}
    static 클래스 getInstance(){
        return singleton;
    }
}

예제

public class Exam {
    private static Exam singleton = new Exam();
    private Exam(){}
    static Exam getInstance(){
        return singleton;
    }
}
public class Main{
		public static void main(String[] args) {
				Exam exam1 = Exam.getInstance();
				Exam exam2 = Exam.getInstance();
			
				if (exam1==exam2){
						System.out.println("같은 singleton 객체");
				}else{
						System.out.println("다른 singleton 객체");
				}
		}
}
->같은 singleton 객체

김민제

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JAVA를 잡아라🙆‍♂️

객체 지향 프로그래밍

객체

추상화

캡슐화(encapsulation)

객체 지향 프로그래밍

객체의 역할과 책임

클래스

클래스 선언

객체 생성

클래스의 구성 멤버

필드

생성자

생성자 오버로딩

메소드

메소드 오버로딩

인스턴스 멤버와 정적 멤버

인스턴스 멤버

정적 멤버와 static

싱글톤

생성 과정

JAVA 조건문과 반복문 그리고 배열…🙆‍♂️

열거 타입(enumeration type)🙆‍♂️

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