02장: 이상한 나라의 객체
- 객체지향과 인지 능력
- 객체, 그리고 이상한 나라
- 이상한 나라의 앨리스
- 앨리스 객체
- 객체, 그리고 소프트웨어 나라
- 상태
- 행동
- 식별자
- 기계로서의 객체
- 행동이 상태를 결정한다
- 은유와 객체
- 두 번째 도시전설
- 의인화
- 은유
- 이상한 나라를 창조하라
이상한 나라의 객체
객체지향 패러다임은 지식을 추상화하고 추상화한 지식을 객체 안에 캡슐화함으로써 실세계 문제에 내재된 복잡성을 관리하려고 한다. 객체를 발견하고 창조하는 것은 지식과 행동을 구조화하는 문제다.
- Rebecca Wirfs-Brock
객체지향과 인지 능력
인간은 뚜렷한 경계를 가지고 함께 행동하는 물체를 하나의 개념으로 인지한다. 또한, 세상을 독립적이고 식별 가능한 객체의 집합으로 바라본다.
객체지향을 직관적이고 이해하기 쉬운 패러다임이라고 하는 이유는, 객체지향이 세상을 자율적이고 독립적인 객체들로 분해할 수 있는 인간의 기본적인 인지 능력에 기반을 두고 있기 때문이다.
인간의 인지 능력은 물리적, 구체적 사물을 넘어 추상적인 사물까지도 객체로 인식할 수 있게 한다.
인간은 좀 더 단순한 객체들로 주변을 분해함으로써 자신이 몸담고 있는 세상을 이해하려고 노력한다. 즉, 객체란 인간이 분명하게 인지하고 구별할 수 있는 물리적인 또는 개념적인 경계를 지닌 어떤 것이다.
객체지향 패러다임은 인간이 인지할 수 있는 다양한 객체들이 모여 현실 세계를 이루는 것처럼, 소프트웨어 세계 역시 인간이 인지할 수 있는 다양한 소프트웨어 객체들이 모여있다는 것에서 출발한다. 그러나 현실 세계와 소프트웨어 세계 사이의 유사성은 여기까지일 뿐이다.
객체지향 패러다임의 목적은 현실 세계를 모방하는 것이 아니라 현실 세계를 기반으로 새로운 세계를 창조하는 것이다. 따라서 소프트웨어 세계의 객체는 현실 세계의 객체와는 전혀 다른 모습을 보일 수밖에 없다.
현실에서는 사람이 직접 주문 금액을 계산하지만 소프트웨어 세계에서는 주문 객체가 자신의 금액을 계산한다.
객체, 그리고 이상한 나라
이상한 나라의 앨리스 객체
작은 문을 통과하기 위해 고초를 겪은 앨리스 이야기는 키의 변화에 초점을 맞추고 있다. 문을 통과하려는 특정 시점의 앨리스의 상태는 특정 시점에서의 앨리스의 키를 의미한다.
시간의 흐름에 따라 변하는 앨리스의 키는 이유 없이 변하는 것이 아니라 음료, 케이크 등을 먹으며 변화시킨다. 결국 앨리스의 키를 변화시키는 것은 앨리스의 행동이다.
즉, 행동에 따라 상태가 변하며, 상태를 결정하는 것은 행동이지만 행동의 결과를 결정하는 것은 상태다. 행동의 결과는 상태에 의존적이며 상태를 이용해 서술할 수 있다.
문통과하는 행동이 성공하려면 음료나 케이크를 먹는 행동이 선행되어야만 한다. 이는 행동 간의 순서도 중요하다는 것을 의미한다.
행동에 의해 앨리스의 상태가 변경되더라도 앨리스가 앨리스라는 사실은 변하지 않는다. 따라서 앨리스는 상태 변경과 무관하게 유일한 존재로 식별 가능하다.
객체, 그리고 소프트웨어 나라
하나의 개별적인 실체로 식별 가능한 물리적, 개념적인 사물은 어떤 것이라도 객체가 될 수 있다. 인간의 인지 능력 안에서 개수를 셀 수 있고, 다른 사물과 구분할 수 있으며, 생성 시점을 알 수 있고, 독립적인 하나의 단위로 인식할 수 있는 모든 사물은 객체다.
객체의 다양한 특성을 효과적으로 설명하기 위해서는 객체를 상태(state), 행동(behavior), 식별자(identity)를 지닌 실체로 보는 것이 가장 효과적이다.
객체란 식별 가능한 개체 또는 사물이다.
객체는 자동차처럼 만질 수 있는 구체적인 사물일 수도 있고, 시간처럼 추상적인 개념일 수도 있다.
객체는 구별 가능한 식별자, 특징적인 행동, 변경 가능한 상태를 가진다.
소프트웨어 안에서 객체는 저장된 상태와 실행 가능한 코드를 통해 구현된다.
상태 - 왜 상태가 필요한가?
어떤 행동의 결과는 과거에 어떤 행동들이 일어났었느냐에 의존한다. 그러나 이는 과거에 했던 모든 행동을 기억해야만 가능하기 때문에 행동의 결과를 설명하기 어렵다. 따라서 인간은 행동의 과정과 결과를 단순하게 기술하기 위해 상태라는 개념을 고안했다.
상태를 이용하면 과거의 모든 행동 이력을 설명하지 않고도 행동의 결과를 쉽게 예측하고 설명할 수 있다.
상태 - 상태와 프로퍼티
세상에 존재하는 모든 것들이 객체인 것은 아니다. 분명하게 인식할 수 있음에도 객체의 영역에 포함시킬 수 없는 것들도 존재한다. 앨리스의 '키'와 '위치'는 객체가 아니며, 음료와 케이크의 '양'은 객체가 아니다. 이 값들은 다른 객체의 특성(상태)를 표현하기 위해 사용되는 객체의 프로퍼티(property)다. 모든 객체의 상태는 단순한 값과 객체의 조합으로 표현할 수 있다.
일반적으로 프로퍼티는 변경되지 않고 고정되기 때문에 '정적'이다. 반면, '프로퍼티 값(property value)은 시간에 따라 변경되기 때문에 '동적'이다.
앨리스가 음료를 들고 있는 상태라면 두 객체의 관계는 다음과 같이 표현할 수 있다.
앨리스의 키가 줄어 문을 통과한 뒤 정원에 나가 있는 상태라면 다음과 같이 변경된다.
두 객체 사이의 의미 있는 연결선인 링크(link)가 사라져 앨리스가 음료에 관해 알지 못 하는 상태로 변경됐음을 알 수 있다. 객체와 객체 사이에는 링크가 존재해야만 요청을 보내고 받을 수 있다. 즉, 객체의 링크를 통해서만 메시지를 주고 받을 수 있다.
링크는 객체가 다른 객체를 참조할 수 있다는 것을 의미하며, 한 객체가 다른 객체의 식별자를 알고 있는 것으로 표현된다.
객체를 구성하는 단순한 값은 속성(attribute)이라고 한다. 프로퍼티는 속성과 링크(연관관계)의 조합으로 표현할 수 있다.
상태는 특정 시점에 객체가 가지고 있는 정보의 집합으로, 객체의 구조적 특징을 표현한다.
객체의 상태는 객체에 존재하는 정적인 프로퍼티와 동적인 프로퍼티 값으로 구성된다.
객체의 프로퍼티는 단순한 값인 속성과 다른 객체를 참조하는 링크로 구분할 수 있다.
객체지향 세계에서 객체는 다른 객체의 상태에 직접적으로 접근할 수도, 상태를 변경할 수도 없다. 하지만 객체는 자율적인 존재이다. 외부 객체가 직접적으로 객체 상태를 건드릴 수 없다면 간접적으로 객체 상태를 변경하거나 조회할 수 있어야 한다. 이때 행동이 필요하다.
행동은 다른 객체로 하여금 간접적으로 객체의 상태를 변경할 수 있게 한다. 객체지향의 기본 사상은 상태와 행동을 하나의 단위로 묶는 것이다. 객체는 스스로의 행동에 의해서만 상태가 변경되는 것을 보장함으로써 객체의 자율성을 유지한다.
행동 - 상태와 행동
객체의 상태는 저절로 변경되는 것이 아니라 객체의 자발적인 행동에 의해 변경된다. 객체의 행동에 의해 객체 상태가 변경된다는 것은 행동이 부수 효과(side effect)를 초래한다는 것을 의미한다.
문이 40cm라고 가정한다면, '앨리스 키가 40cm 이하라면 문을 통과할 수 있다', '문을 통과한 후에 앨리스 위치는 정원으로 바뀌어야 한다'와 같이 앨리스의 '키'와 '위치'라는 두 가지 상태를 이용해 행동을 상태 관점에서 설명할 수 있다.
즉, 행동이 현재의 상태에 어떤 방식으로 의존하는지, 어떻게 현재 상태를 변경시키는지를 상태라는 개념을 이용해 서술할 수 있다. 상태를 이용하면 복잡한 객체의 행동을 쉽게 이해할 수 있다.
행동 - 협력과 행동
객체는 자신에게 주어진 책임을 완수하기 위해 다른 객체와 적극적으로 상호작용하며 '협력하는 객체들의 공동체'에 참여하기 위해 노력한다.
객체가 다른 객체와 협력하는 유일한 방법은 다른 객체에게 요청을 보내는 것이다. 객체는 다른 객체와 메시지를 통해서만 의사소통 할 수 있다.
요청을 수신한 객체는 수신된 메시지에 따라 적절히 행동하면서 협력에 참여하고 그 결과로 자신의 상태를 변경한다. 협력에 참여하는 과정에서 자신의 상태뿐만 아니라 다른 객체의 상태 변경을 유발할 수도 있다.
행동이란, 외부의 요청 또는 수신된 메시지에 응답하기 위해 동작하고 반응하는 활동이다.
행동의 결과로 객체는 자신의 상태를 변경하거나 다른 객체에게 메시지를 전달할 수 있다.
객체는 행동을 통해 다른 객체와의 협력에 참여하므로, 행동은 외부에 가시적이어야 한다.
행동 - 상태 캡슐화
현실 세계에서 음료는 스스로 아무 것도 할 수 없는 수동적인 존재지만, 객체지향 세계에서의 모든 객체는 자신의 상태를 스스로 관리하는 자율적인 존재다. 음료 객체의 양을 줄이는 것은 음료 자신이어야 한다. 앨리스가 직접 음료 상태를 변경하는 것이 아니라, 음료에게 음료를 마셨다는 메시지만 전달할 수 있다.
메시지 송신자는 메시지 수신자의 상태 변경에 대해서는 전혀 알지 못 한다. 이것이 캡슐화가 의미하는 것이다. 객체는 상태를 캡슐 안에 감춰둔 채 외부로 노출하지 않는다.
객체의 행동을 유발하는 것은 외부로부터 전달된 메시지지만, 객체의 상태를 변경할지 여부는 객체 스스로 결정한다. 송신자가 상태 변경을 기대하더라도 수신자가 자신의 상태를 변경하지 않는다고 송신자가 간섭할 수 있는 권한은 없다.
행동을 경계로 캡슐화하는 것은 결과적으로 객체의 자율성을 높인다. 자율성이 높을수록 객체의 지능도 높아지며, 협력에 참여하는 객체들의 지능이 높아질수록 협력은 유연하고 간결해진다.
식별자
모든 객체는 식별자를 가지며 식별자를 이용해 객체를 구별할 수 있다. 반대로 객체가 아닌 단순한 값은 식별자를 가지지 않는다.
값(value)은 숫자, 문자열, 날짜, 시간, 금액과 같이 변하지 않는 양을 모델링한다. 값의 상태는 변하지 않기 때문에 불변 상태(immutable state)를 가진다고 한다.
두 인스턴스의 상태가 같다면 두 인스턴스는 같은 것으로 판단한다. 상태를 이용해 두 값이 같은지 판단할 수 있는 성질을 동등성(equality)이라고 한다.
불변인 값은 오직 상태만을 이용해 동등성을 판단하기 때문에 인스턴스를 구별하기 위한 별도 식별자를 필요로 하지 않는다.
객체는 시간에 따라 변경되는 상태를 포함하며, 행동을 통해 상태를 변경하기 때문에 가변 상태(mutable state)를 가진다고 말한다. 타입이 같은 두 객체의 상태가 완전히 똑같더라도 두 객체는 독립적인 별개의 객체로 다뤄야 한다.
하지만 두 객체의 상태가 다르더라도 식별자가 같다면 두 객체는 같은 객체다. 이처럼 식별자를 기반으로 판단할 수 있는 성질을 동일성(identical)이라고 한다.
식별자란 어떤 객체를 다른 객체와 구분하는 데 사용하는 객체의 프로퍼티다.
값은 식별자를 가지지 않기 때문에 상태를 이용한 동등성 검사를 통해 두 인스턴스를 비교해야 한다.
객체는 상태가 변경될 수 있기 때문에 식별자를 이용한 동일성 검사를 통해 두 인스턴스를 비교할 수 있다.
식별자는 객체지향 패러다임의 표현력을 높이는 데 중요한 역할을 한다. 객체지향 세계는 상태가 변하지 않는 값과 상태가 변하는 객체들이 서로 균형을 맞추며 조화를 이루는 사회여야 한다.
기계로서의 객체
객체지향 세계를 창조하는 개발자들의 주된 업무는 객체 상태를 조회(query)하고 객체 상태를 변경(command)하는 것이다. 객체가 외부에 제공하는 행동의 대부분은 쿼리와 명령으로 구성된다.
기계로서의 객체라는 이미지는 차가운 금속 외피로 둘러싸인 블랙박스다. 기계 부품은 단단한 금속 외피 안에 감춰져 있기 때문에 기계를 분해하지 않는 한 기계 내부를 직접 볼 수는 없다. 대신 사람은 기계 외부에 부착된 사각형과 원 모양의 버튼을 이용해 기계와 상호작용 할 수 있다.
사용자가 객체 기계의 버튼을 눌러 상태를 변경하거나 상태 조회를 요청하는 것은 객체의 행동을 유발하기 위해 메시지를 전송하는 것과 유사하다. 버튼을 누르는 것은 기계의 사용자지만, 눌린 버튼에 따라 어떤 방식으로 동작할지는 기계 스스로 결정한다. 결국, 사용자는 객체가 제공하는 행동(버튼)으로 구성된 인터페이스를 통해서만 객체에 접근할 수 있다.
상태는 버튼에 의해 유발되는 행동에 의해서만 접근 가능하다. 즉, 상태와 행동이 하나의 단위로 캡슐화된다.
다음의 두 기계는 상태가 동일하더라도 별개의 객체로 인식하는데, 객체가 상태와 무관하게 구분 가능한 식별자를 가진다는 것을 의미한다.
사용자가 '음료를 마시다' 버튼을 누르면, 기계는 내부적으로 앨리스 키를 작게 변경한 후 링크를 통해 연결된 음료 기계에게 '마셔지다'라는 버튼이 눌려지도록 요청을 전송한다. 이는 링크를 통해 연결된 두 객체가 메시지 전송을 통해 협력하고 있는 것이다.
행동이 상태를 결정한다
객체지향에 갓 입문한 사람들이 가장 쉽게 빠지는 함정은, 상태를 중심으로 객체를 바라보는 것이다. 초보자들은 객체에 필요한 상태가 무엇인지를 먼저 결정하고, 그 상태에 필요한 행동을 결정한다.
하지만 상태를 먼저 결정하고 행동을 나중에 결정하는 방법은 설계에 나쁜 영향을 끼친다.
상태를 먼저 결정할 경우 캡슐화가 저해된다. 상태에 초점을 맞출 경우 상태가 객체 내부로 깔끔하게 캡슐화되지 못 하고 공용 인터페이스에 그대로 노출될 확률이 높아진다.
그리고 객체를 협력자가 아닌 고립된 섬으로 만든다. 상태를 먼저 고려하는 방식은 협력이라는 문맥에서 멀리 벗어난 채 객체를 설계하게 함으로써 자연스럽게 협력에 적합하지 못 한 객체를 창조하게 된다.
또, 객체의 재사용성이 저하된다. 상태에 초점을 맞춘 객체는 다양한 협력에 참여하기 어려워 재사용성이 저하될 수밖에 없다.
협력에 참여하는 객체를 만들기 위해서는 상태가 아니라 행동에 초점을 맞추는 것이다. 객체의 행동은 협력에 참여하는 유일한 방법이다. 따라서 객체가 적합한지를 결정하는 것은 그 객체의 상태가 아니라 행동이다.
행동을 결정한 후에 행동에 필요한 정보가 무엇인지를 고려해야 한다. 이 과정에서 필요한 상태가 결정된다.
협력 안에서 객체의 행동은 객체가 협력에 참여하면서 완수해야 하는 책임을 의미한다. 즉, 어떤 책임이 필요한가를 결정하는 과정이 전체 설계를 주도해야 한다는 책임 주도 설계(Responsibility Driven Design)를 따른다.
행동이 상태를 결정한다!
은유와 객체
두 번째 도시전설
첫 번째 도시전설은 클래스가 객체지향의 핵심이라고 생각하는 것이고, 두 번째 도시전설은 객체지향은 현실 세계의 모방이라는 것이다.
현실 세계를 모방해서 추상화(abstraction)하고 단순화한다는 의미인데, 객체지향은 현실 세계의 단순한 모방이 아니다. 소프트웨어 상품은 실제 세계의 상품이 하지 못 하는 가격 계산과 같은 행동을 스스로 수행할 수 있다.
모방과 추상화라는 개념만으로는 현실 객체와 소프트웨어 객체 사이의 관계를 깔끔하게 설명하지 못 한다.
의인화
현실 속에서 수동적인 존재가 소프트웨어 객체로 구현될 때는 능동적으로 변한다는 것이 가장 큰 차이점이다.
소프트웨어 객체를 창조할 때 현실 세계의 객체를 모방하지 않는다. 오히려 소프트웨어 안에 창조하는 객체에게 현실 객체와는 전혀 다른 특징을 부여하는 것이 일반적이다.
전화기는 스스로 통화 버튼을 누를 수 없으며 계좌는 스스로 금액을 이체할 수 없다. 이렇게 현실의 객체보다 더 많은 일을 할 수 있는 소프트웨어 객체의 특징을 의인화(anthropomorphism)라고 한다.
객체는 무생물이거나 심지어는 실세계의 개념적인 개체로 모델링될 수도 있지만, 그것들은 마치 우리가 현실 세계에서 에이전트로 행동하는 것처럼 시스템 안에서 에이전트처럼 행동한다.
객체가 현실 세계의 대상보다 더 많이 안다는 것이 모순처럼 보일 수도 있다.
결국, 인간이라는 에이전트 없이 현실의 전화는 서로에게 전화를 걸지 않으며 색은 스스로 칠하지 않는다.
일상적인 체계에서는 어떤 사건이 일어나기 위해 반드시 인간 에이전트가 필요한 반면 객체들은 그들 자신의 체계 안에서 '능동적이고 자율적인' 에이전트다.
의인화의 관점에서 소프트웨어를 생물로 생각하자.
모든 생물처럼 소프트웨어는 태어나고, 삶을 영위하고, 그리고 죽는다
- Wirfs-Brock
소프트웨어 안에 구축되는 객체지향 세계는 현실을 모방한 것이 아니다. 현실의 모습을 조금 참조할 뿐, 궁극적인 목적은 현실과 전혀 다른 새로운 세계를 창조하는 것이다.
은유
그렇다고 객체지향 세계와 현실 세계가 전혀 상관이 없는 것은 아니다. 모방이나 추상화 수준이 아닌 다른 관점에서 유사성을 가지고 있을 뿐이다. 이 관계를 은유(metaphor)라는 단어로 설명할 수 있다.
은유란, 실제로는 적용되지 않는 한 가지 개념을 이용해 다른 개념을 서술하는 대화의 한 형태다. 현실 객체의 의미 일부가 소프트웨어 객체로 전달되기 때문에 프로그램 내 객체는 현실 속의 객체에 대한 은유다.
현실 속 전화기는 스스로 전화를 걸 수 없다고 하더라도 우리가 알고 있는 전화기라는 개념을 이용해 소프트웨어 객체를 묘사하면 그 객체가 전화를 걸 수 있다는 사실을 쉽게 이해하고 기억할 수 있다.
은유는 표현적 차이(representational gap) 또는 의미적 차이(semantic gap)라는 논점과 관련 깊다. 여기서 차이는 소프트웨어에 대해 사람들이 생각하는 모습과 실제 소프트웨어의 표현 사이의 차이를 말한다.
객체지향 설계 목적은 현실을 모방하는 것이 아니다.
이상한 나라를 창조하기만 하면 된다.
현실을 닮아야 한다는 어떤 제약이나 구속도 없다.
창조한 객체의 특성을 상기시킬 수 있다면 현실 속 객체의 이름을 이용해 묘사하면 된다.
그렇지 않다면 깔끔하게 현실을 무시하고 자유롭게 새로운 세계를 창조하라.
