📖 학습 목표

• 추상화
• abstract
• 추상 클래스와 인터페이스
• final

객체지향 4가지 특징(상속성, 캡슐화, 다형성, 추상화)

✍ 추상화

추상화란 공통성과 본질을 모아 추출하는 것으로, 자바에서 추상화는 객체의 공통적인 속성과 기능을 추출하여 정의하는 것이다. 즉, 기존 클래스들의 공통적인 요소들을 뽑아서 상위 클래스를 만들어 내는 것이다.

✍ abstract

abstract는 주로 클래스와 메서드를 형용하는 키워드로 사용되는데, 메서드 앞에 붙은 경우를 ‘추상 메서드(abstract method)’, 클래스 앞에 붙은 경우를 ‘추상 클래스(abstract class)’라고 한다.
어떤 클래스에 추상 메서드가 포함되어있는 경우 해당 클래스는 자동으로 추상 클래스가 된다.

abstract class AbstractExample { // 추상 메서드가 최소 하나 이상 포함돼있는 추상 클래스
	abstract void start(); // 메서드 바디가 없는 추상메서드
}

추상클래스는 미완성 설계도이기 때문에 메서드 바디가 완성이 되기 전까지 이를 기반으로 객체 생성이 불가하다.

✍ 추상클래스

추상 클래스는 상속 관계에 있어 새로운 클래스를 작성하는 데 편리하다는 장점이 있다.

메서드의 내용이 상속을 받는 클래스에 따라서 종종 달라지기 때문에 상위 클래스에서는 선언부만을 작성하고, 실제 구체적인 내용은 상속을 받는 하위 클래스에서 구현하도록 비워둔다면 설계하는 상황이 변하더라도 보다 유연하게 대응할 수 있다.

이 때 사용하게 되는 것이 ‘오버라이딩'이다.

오버라이딩을 통해 추상 클래스로부터 상속받은 추상 메서드의 내용을 구현하여 메서드를 완성시킬 수 있고, 이렇게 완성된 클래스를 기반으로 해당 객체를 생성할 수 있다.

abstract class Animal {
	public String kind;
	public abstract void sound();
}

class Dog extends Animal { // Animal 클래스로부터 상속
	public Dog() {
		this.kind = "포유류";
	}

	public void sound() { // 메서드 오버라이딩 -> 구현부 완성
		System.out.println("멍멍");
	}
}

class Cat extends Animal { // Animal 클래스로부터 상속
	public Cat() {
		this.kind = "포유류";
	}

	public void sound() { // 메서드 오버라이딩 -> 구현부 완성
		System.out.println("야옹");
	}
}

class DogExample {       
    public static void main(String[] args) throws Exception {
       Animal dog = new Dog();
       dog.sound();

       Cat cat = new Cat();
       cat.sound();
    }
 }

// 출력값
멍멍
야옹

위의 예시에서 Animal 클래스 안에 abstract 키워드를 사용한 sound() 메서드가 추상 메서드로 선언되었고, 따라서 이를 포함하는 Animal 클래스 또한 abstract 키워드를 사용하여 추상 클래스로 만들었다.

그 이후 추상 클래스 Animal를 상속받은 Dog 클래스와 Cat 클래스 안에 추상 메서드 sound()를 각각 오버라이딩하여 각 객체에 맞는 구현부를 완성해주었고, 마지막으로 이렇게 완성된 클래스를 기반으로 dog 인스턴스와 cat 인스턴스를 생성하여 sound() 메서드를 호출했다.

그 결과 출력값으로 각각 “멍멍"과 “야옹"이라는 값이 반환되었다.

추상 클래스를 사용하면 상속을 받는 하위 클래스에서 오버라이딩을 통해 각각 상황에 맞는 메서드 구현이 가능하다는 장점이 있다.

만약 여러 사람이 함께 개발하는 경우, 공통된 속성과 기능임에도 불구하고 각각 다른 변수와 메서드로 정의되는 경우 발생할 수 있는 오류를 미연에 방지할 수 있다.

✍ final

final 선언 위치에 따른 의미 변화

위치에 따라 의미가 약간씩 다르지만, 공통적으로 변경이 불가능하고 확장할 수 없다는 것이다.

final class FinalEx { // 확장/상속 불가능한 클래스
	final int x = 1; // 변경되지 않는 상수

	final int getNum() { // 오버라이딩 불가한 메서드
		final int localVar = x; // 상수
		return x;
	}
}

각각의 클래스, 메서드, 그리고 변수 앞에 final 제어자가 추가되면 이제 해당 대상은 더이상 변경이 불가하거나 확장되지 않는 성질을 지니게 된다.

✍ 인터페이스

인터페이스는 “-간/사이"를 뜻하는 inter와 “얼굴/면"을 의미하는 face의 결합으로 구성된 단어로, 두 개의 다른 대상 사이를 연결한다는 의미를 가지고 있다.

컴퓨터 프로그래밍에서 사용하는 인터페이스도 “서로 다른 두 시스템, 장치, 소프트웨어 따위를 서로 이어주는 부분 또는 그런 접속 장치"라 정의할 수 있다.

인터페이스도 추상 클래스처럼 자바에서 추상화를 구현하는 데 활용된다는 점에서 동일하지만, 추상클래스에 비해 더 높은 추상성을 가진다는 점에서 차이가 있다.

추상 클래스를 설계가 모두 끝나지 않은 “미완성 설계도"에 비유할 수 있다면, 인터페이스는 그보다 더 높은 추상성을 가지는 가장 기초적인 “밑그림"에 빗대어 표현할 수 있다.

추상 클래스는 메서드 바디가 없는 추상 메서드를 포함한다는 점 외에는 기본적으로 일반 클래스와 동일하다.

반면 인터페이스는 기본적으로 추상 메서드와 상수만을 멤버로 가질 수 있다는 점에서 추상 클래스에 비해 추상화 정도가 더 높다.

인터페이스의 기본 구조

인터페이스를 작성하는 것은 기본적으로 클래스를 작성하는 것과 유사하지만, class 키워드 대신 interface 키워드를 사용한다.

또한 일반 클래스와 다르게, 내부의 모든 필드가 public static final로 정의되고, 앞서 간단하게 언급한 static과 default 메서드 이외의 모든 메서드가 public abstract로 정의된다는 차이가 있다.

다만 모든 인터페이스의 필드와 메서드에는 위의 요소가 내포되어있기 때문에 명시하지 않아도 생략이 가능하다.

public interface InterfaceEx {
    public static final int rock =  1; // 인터페이스 인스턴스 변수 정의
    final int scissors = 2; // public static 생략
    static int paper = 3; // public & final 생략

    public abstract String getPlayingNum();
		void call() //public abstract 생략 
}

인터페이스는 interface 키워드를 사용하여 만들어지고 구현부가 완성되지 않은 추상 메서드와 상수만으로 구성된다.

인터페이스 안에서 상수를 정의하는 경우에는 반드시 public static final로, 메서드를 정의하는 경우에는 public abstract로 정의되어야 하지만 위의 예시처럼 일부분 또는 전부 생략할 수 있다.

여기서 생략된 부분은 컴파일러가 자동으로 추가해준다.

인터페이스의 구현

추상클래스와 마찬가지로 인터페이스도 그 자체로 인스턴스를 생성할 수 없고, 메서드 바디를 정의하는 클래스를 따로 작성해야한다.

이 과정은 extends를 사용한 클래스의 상속과 기본적으로 동일하지만, “구현하다"라는 의미를 가진 implements 키워드를 사용한다는 점에서 차이가 있다고 할 수 있다.

class 클래스명 implements 인터페이스명 {
		... // 인터페이스에 정의된 모든 추상메서드 구현
}

특정 인터페이스를 구현한 클래스는 해당 인터페이스에 정의된 모든 추상메서드를 구현해야한다.

즉, 어떤 클래스가 특정 인터페이스를 구현한다는 것은 그 클래스에게 인터페이스의 추상 메서드를 반드시 구현하도록 강제하는 것을 의미한다.

다른말로, 어떤 클래스가 어떤 인터페이스를 구현한다는 것은 그 인터페이스가 가진 모든 추상 메서드들을 해당 클래스 내에서 오버라이딩하여 바디를 완성한다라는 의미를 가진다.

인터페이스의 다중 구현

자바는 클래스 간의 상속에서 다중 상속이 허용되지 않는 반면 인터페이스는 다중적 구현(다중 상속)이 가능하다.

다시 말해, 하나의 클래스가 여러 개의 인터페이스를 구현할 수 있다. 다만 인터페이스는 인터페이스로부터만 상속이 가능하고, 클래스와 달리 Object 클래스와 같은 최고 조상이 존재하지 않는다.

interface Animal { // 인터페이스 선언. public abstract 생략 가능.
	public abstract void cry();
} 

interface Pet {
	void play();
}

class Dog implements Animal, Pet { // Animal과 Pet 인터페이스 다중 구현
    public void cry(){ // 메서드 오버라이딩
        System.out.println("멍멍!"); 
    }

    public void play(){ // 메서드 오버라이딩
        System.out.println("원반 던지기");
    }
}

class Cat implements Animal, Pet { // Animal과 Pet 인터페이스 다중 구현
    public void cry(){
        System.out.println("야옹~!");
    }

    public void play(){
        System.out.println("쥐 잡기");
    }
}

public class MultiInheritance {
    public static void main(String[] args) {
        Dog dog = new Dog();
        Cat cat = new Cat();

        dog.cry();
        dog.play();
        cat.cry();
        cat.play();
    }
}

// 출력값
멍멍!
원반 던지기
야옹~!
쥐 잡기

클래스에서 다중 상속이 불가능했던 이유는 만약 부모 클래스에 동일한 이름의 필드 또는 메서드가 존재하는 경우 충돌이 발생하기 때문이다.

하지만 인터페이스는 애초에 미완성된 멤버를 가지고 있기 때문에 충돌이 발생할 여지가 없고, 따라서 안전하게 다중 구현이 가능하다.

마지막으로, 특정 클래스는 다른 클래스로부터의 상속을 받으면서 동시에 인터페이스를 구현할 수 있다.

abstract class Animal { // 추상 클래스
	public abstract void cry();
} 
interface Pet { // 인터페이스
	public abstract void play();
}

class Dog extends Animal implements Pet { // Animal 클래스 상속 & Pet 인터페이스 구현
    public void cry(){
        System.out.println("멍멍!");
    }

    public void play(){
        System.out.println("원반 던지기");
    }
}

class Cat extends Animal implements Pet { // Animal 클래스 상속 & Pet 인터페이스 구현
    public void cry(){
        System.out.println("야옹~!");
    }

    public void play(){
        System.out.println("쥐 잡기");
    }
}

public class MultiInheritance {
    public static void main(String[] args) {
        Dog dog = new Dog();
        Cat cat = new Cat();

        dog.cry();
        dog.play();
        cat.cry();
        cat.play();
    }
}

// 출력값
멍멍!
원반 던지기
야옹~!
쥐 잡기

위의 코드에제에서는 기존의 Animal 인터페이스를 추상 클래스로 바꾸고 Animal 상위 클래스로부터 Dog 과 Cat 클래스로 확장되는 것과 동시에 Pet 인터페이스를 구현하도록 하여 같은 결과물이 출력되게 했다.

인터페이스의 장점

public class InterfaceExample {
    public static void main(String[] args) {
        User user = new User(); // User 클래스 객체 생성
        user.callProvider(new Provider()); // Provider 객체 생성 후에 매개변수로 전달
    }
}

class User { // User 클래스
    public void callProvider(Provider provider) { // Provider 객체를 매개변수로 받는 callProvider 메서드
        provider.call();
    }
}

class Provider { //Provider 클래스
    public void call() {
        System.out.println("무야호~");
    }
}

// 출력값
무야호~

위의 코드를 보면, User 클래스에 정의된 callProvider 메서드의 매개변수로 Provider 타입이 전달되어 호출되고 있는 것을 확인할 수 있다.

그런데 만약 이 코드에서 User 클래스가 의존하고 있는 Provider 클래스에 변경 사항이 발생해서 Provider 클래스가 아닌 Provider2 클래스로 교체해야하는 상황이 발생한다면 어떻게 해야 될까?

해결방안

public class InterfaceExample {
    public static void main(String[] args) {
        User user = new User(); // User 클래스 객체 생성
        user.callProvider(new Provider2()); // Provider객체 생성 후에 매개변수로 전달
    }
}

class User { // User 클래스
    public void callProvider(Provider2 provider) { // Provider 객체를 매개변수로 받는 callProvider 메서드
        provider.call();
    }
}

class Provider2 { //Provider 클래스
    public void call() {
        System.out.println("야호~");
    }
}

// 출력값
야호~

변경된 내용을 중심으로 위의 코드를 살펴보면, 원래 Provider 클래스에 의존했던 User 클래스의 의존관계를 Provider2 클래스로 변경하기 위해 Provider2 객체를 새롭게 생성해주고, User 클래스의 callProvider 메서드가 동일한 타입의 매개변수를 받을 수 있도록 매개변수의 타입을 Provider2 로 변경해주었다.

요약하면 Provider 클래스에 의존하고 있는 User 클래스의 코드의 변경이 불가피하다.

인터페이스는 가장 큰 장점 중에 하나는 앞서 봤었던 일반적인 인터페이스의 기능처럼 역할과 구현을 분리시켜 사용자 입장에서는 복잡한 구현의 내용 또는 변경과 상관없이 해당 기능을 사용할 수 있다는 점이다.

따라서 앞선 예제에서 봤었던 것과 같이 코드를 일일이 변경해주어야 할 필요도 없어진다.

interface Cover { // 인터페이스 정의
    public abstract void call();
}

public class Interface4 {
    public static void main(String[] args) {
        User2 user2 = new User2();
//        Provider provider = new Provider();
//        user2.callProvider(new Provider());
        user2.callProvider(new Provider2());
    }
}

class User {
    public void callProvider(Cover cover) { // 매개변수의 다형성 활용
        cover.call();
    }
}

class Provider implements Cover {
    public void call() {
        System.out.println("무야호~");
    }
}

class Provider2 implements Cover {
    public void call() {
        System.out.println("야호~");
    }
}

//출력값
야호~

전과 완전한 결과를 출력하고 있지만, 인터페이스를 사용해서 구현한 코드이다.

먼저 Cover 라는 인터페이스를 정의한 후에 각각의 구현체에 implements 키워드를 사용하여 각각 기능을 구현하고 있다.

그리고 User 클래스에서는 매개변수의 다형성을 활용하여 구체적인 구현체가 아닌 인터페이스를 매개변수로 받도록 정의했다.

이에따라 이제 Provider 클래스의 내용 변경 또는 교체가 발생하더라도 User 클래스는 더이상 코드를 변경해주지 않아도 같은 결과를 출력해낼 수 있다.

정리하면,
인터페이스는 기능이 가지는 역할과 구현을 분리시켜 사용자가 복잡한 기능의 구현이나 교체/변경을 신경쓰지 않고도 코드 변경의 번거로움을 최소화하고 손쉽게 해당 기능을 사용할 수 있도록 해준다.

개발자의 입장에서도 선언과 구현을 분리시켜 개발시간을 단축할 수 있고, 독립적인 프로그래밍을 통해 한 클래스의 변경이 다른 클래스에 미치는 영향을 최소화할 수 있다는 큰 장점이 있다.

인터페이스 활용

//카페 손님
public class CafeCustomer {
  public String CafeCustomerName;

  public void setCafeCustomerName(String CafeCustomerName) {
    this.CafeCustomerName = cafeCustomerName;
  }
}

//CafeCustomer 클래스로부터 단골 손님A와 단골 손님B 상속
public class CafeCustomerA extends CafeCustomer {
  
}

public class CafeCustomerB extends CafeCustomer {
  
}

//카페 사장님 
public class CafeOwner {
  public void giveItem(CafeCustomerB cafeCustomerB) {
    System.out.println("give a glass of strawberry latte to CafeCustomer B");
  }

  public void giveItem(CafeCustomerA cafeCustomerA) {
    System.out.println("give a glass of iced americano to CafeCustomer A");
  }
}

//메뉴 주문
public class OrderExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        CafeOwner cafeowner = new CafeOwner();
        CafeCustomerA a = new CafeCustomerA();
        CafeCustomerB b = new cafeCustomerB();

        cafeowner.giveItem(a);
        cafeowner.giveItem(b);
    }
}

// 출력값
give a glass of iced americano to Client A
give a glass of strawberry latte to Client B

위의 예시를 보면, 단골손님 A와 단골손님 B는 CafeCustomer 클래스로부터 확장되었고, 카페주인은 CafeOwner 클래스로 정의했다.

그리고 단골손님 A와 B가 올 때 메서드 오버로딩을 사용하여 giveItem 메서드를 호출하고, OrderExample 클래스에서 객체를 생성하여 실행시키면 출력값과 같은 메시지가 반환되고 있다.

그런데 만약 단골 손님이 두 명이 아니라 계속 늘어나면 어떨까?

이 경우 매번 CafeOwner는 오버로딩한 메서드를 만들어야 하기 때문에 매우 번거로워질 수 있다.

이런 경우에 인터페이스를 활용할 수 있다.

인터페이스를 사용한 예제

interface Customer {
  String getOrder();
}

class CafeCustomerA implements Customer {
  public String getOrder(){
		return "a glass of iced americano";
	}
}

class CafeCustomerB implements Customer {
  public String getOrder(){
		return "a glass of strawberry latte";
	}
}

class CafeOwner {
  public void giveItem(Customer customer) {
    System.out.println("Item : " + customer.getOrder());
  }
}

public class OrderExample {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        CafeOwner cafeowner = new CafeOwner();
        Customer cafeCustomerA = new CafeCustomerA();
        Customer cafeCustomerB = new CafeCustomerB();

        cafeowner.giveItem(cafeCustomerA);
        cafeowner.giveItem(cafeCustomerB);
    }
}

// 출력값
Item : a glass of iced americano
Item : a glass of strawberry latte

최초에 인터페이스를 사용하지 않았을 때 손님의 수만큼 giveItem() 메서드가 필요했던 CafeOwner 클래스가 Customer 인터페이스 사용 후에 단 한 개의 giveItem 메서드로 구현이 가능해졌다.

여기서 중요한 부분은 메서드의 개수가 줄었다는 점보다는 CafeOwner 클래스가 더 이상 손님에게 의존적인 클래스가 아닌 독립적인 기능을 수행하는 클래스가 되었다는 점이다.