[JAVA] 객체 지향의 4대 특성 - 캡!상추다

이 내용을 정독하면 객체 지향의 4대 특성에 대한 오해가 풀리고 완벽히 이해할 수 있다
우리가 알고 있는 붕어빵틀과 붕어빵 비유, is a 관계 등 잘못된 비유와 모호한 표현들을 바로 잡자!!!

객체 지향이란?

• 기계에 맞춰 절차적으로 프로그래밍하지 않고 사물을 인지하는 방식대로 프로그래밍하는 것
• 객체 지향의 4대 특성
  • 캡상추다
  • 캡슐화, 상속, 추상화, 다형성

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1. 추상화 = 모델링

⭐ 추상화란?

• 구체적인 것을 분해해서 관찰자가 관심 있는 특성만 가지고 재조합 하는 것
• 즉, 현실 사물의 특성들 중 해당 애플리케이션의 context(경계)에 맞는 특성만 가지고 재조합하는 것 = 모델링
  • 추상화의 결과 = 재조합의 결과 = 모델링의 결과 = 모델 = Class

Application Context?

• Application Boundary라고 생각할 수 있다
• 같은 사물이라도 내 애플리케이션의 문맥, 즉 관심 영역이 무엇인지에 따라 관심있는 특성이 달라진다
  • 병원 애플리케이션 : 사람 → 환자
  • 은행 애플리케이션 : 사람 → 고객

📌 자바에서 추상화 지원하는 방법

• class 키워드를 통해 지원

개발자가 class를 만드는 과정이 곧 모델링하는 과정이고 그게 곧 추상화를 하고 있는 것이다

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클래스 ↔ 객체

구분 방법

• 생물일 경우 → 나이 물어보기
• 무생물일 경우 → 제조일자 물어보기

클래스

• 분류에 대한 개념
• 같은 속성과 기능을 가진 객체를 총칭하는 개념
• 객체의 설계도

객체

• 실체
• 세상에 존재하는 유일무이한 객체

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클래스, 메서드, 객체는 메모리 어디에 저장될까?

public class Mouse {
		public String name;
		public int age;
		public static int countOfTail = 1;
		
		public void sing() {
				System.out.println(name + " 찍찍!!");
		}
}

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public class MouseDriver {
		public static void main(String[] args) {
				Mouse mickey = new Mouse();
				
				mickey.name = "미키";
				mickey.age = 50;
				
		}
}

클래스는 static 영역에

• static 영역은 클래스들의 놀이터다
• 기본적으로 클래스는 static 영역에 생성된다
• main(), countOfTail과 같은 static 변수, static 메서드는 static 영역에 단 1개 생성된다
• static 변수 : 같은 클래스의 모든 객체들이 같은 값을 가지고 있을 때 활용한다
  • static 멤버 = 클래스 멤버 = 정적 멤버
  • 그림을 잘보면 클래스 내부에 메모리 공간이 확보
    • 인스턴스 변수는 heap 영역에 객체 생성되면 각 객체 안에 메모리 공간 할당된다
• static 메서드 : 객체들에 존재 여부에 관계 없이 쓸 수 있는 메서드
  • 주로 유틸리티성 메서드를 정적 메서드로 구성

메서드는 stack 영역에

• stack 영역은 메서드들의 놀이터다
• 여는 중괄호({)를 만나면 stack 영역에 스택 프레임이 생성된다
  • 분기 처리되는 { 이건 해당 메서드 안에 생성된다
• 닫는 중괄호(})를 만나면 스택 프레임 사라진다
• Mouse mickey = new Mouse(); 에서 Mouse객체의 참조 변수인 mickey는 이 스택 프레임안에 존재함
  • mickey는 heap에 생성되어 있는 Mouse 객체의 참조값(주소값)을 갖고 있다 (포인팅하고 있다고 생각하면 됨)

객체는 heap 영역에

• heap 영역은 객체들의 놀이터다
• Mouse mickey = new Mouse();를 통해 객체가 생성되면 Mouse 객체는 heap 영역에 생성된다

정리

이름	다른 이름	서식지
static 변수	클래스 속성(멤버), 정적 변수 …	static 영역
인스턴스 변수	객체 속성(멤버), 객체 변수, …	heap 영역
local 변수	지역 변수	stack 영역(해당 스택 프레임 내부)

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2. 상속 = 재사용 + 확장

⭐ 정의

• 객체 지향에서 상속은 상위 클래스의 특성을 하위 클래스에서 상속하고 거기에 더해 필요한 특성을 추가, 즉 확장해서 사용할 수 있다는 의미
  • 즉, 상속이라는 워딩보단 재사용 & 확장이 더 맞는 워딩
• 상위 클래스쪽으로 갈수록 추상화, 일반화됐다고 말함
• 하위 클래스쪽으로 갈수록 구체화, 특수화됐다고 말함

상속 관계에서 반드시 만족해야하는 문장

• 하위 클래스는 상위 클래스다
  • 포유류는 동물이다 → OK
  • 고래는 포유류다 → OK
  • 고래는 동물이다 → OK ⇒ 객체 지향 설계 5원칙 LSP(리스코프 치환 원칙)
    

⭐ 상속 관계는 is a 관계다? → 아님!!

• 하위 클래스는 하나의 상위 클래스다
  • 명확하지 않은 표현이다
• is a 대신에 is a kind of 관계가 더 명확한 표현이다
  • 하위 클래스 is a kind of 상위 클래스
  • 포유류 is a kind of 동물 → 포유류는 동물의 한 분류다

⭐ 기억해야할 3문장!!!

1. 객체 지향의 상속은 상위 클래스의 특성을 재사용하는 것이다
2. 객체 지향의 상속은 상위 클래스의 특성을 확장하는 것이다
3. 객체 지향의 상속은 is a kind of 관계를 만족해야 한다

자바가 다중 상속을 지원하지 않는 이유

• 만약 다중 상속을 지원한다면, 인어가 사람과 물고기를 확장하고 있다고 할 때,
  • swim() 메서드를 수행하면 사람의 swim()을 실행해야할지 물고기의 swim()을 실행해야 할지 모호해진다 → 다중 상속의 다이아몬드 문제
• 다중 상속을 지원하지 않는 대신 인터페이스를 도입해 다중 상속의 득은 취하고 실은 버림

인터페이스란?

• 인터페이스는 클래스가 ‘무엇을 할 수 있다’라고 하는 기능을 구현하도록 강제하는 것이다
• 구현 클래스 is able to 인터페이스
  • 구현 클래스는 인터페이스 할 수 있다
  • 고래는 헤엄칠 수 있다

상속과 인터페이스 특징

• 상위 클래스는 물려줄 특성이 많을수록 좋음
• 인터페이스는 구현을 강제할 메서드가 적을수록 좋음
  • ISP(인터페이스 분할 원칙) 때문에

상속과 메모리

public class Animal {
		public String name;
		
		public void showName() {
				System.out.println(name + "입니다");
		}
}

public class Whale {
		public String habitat;
		
		@Overriding
		public void showName() {
				System.out.println("overriding: " + name + "입니다");
		}
		
		public void showHabitat() {
				System.out.println(habitat + "에 살아요");
		}
		
		//Overloading
		public void showHabitat(String param) {
				System.out.println(habitat + "에 살아요" + param);
		}
}

public class Driver {
		public static void main(String[] args) {
				Whale theWhale = new Whale();
				
				theWhale.name = "고래고래1";
				theWhale.habitat = "남극";
				
				theWhale.showName();
				theWhale.showHabitat();
				
				Animal aWhale = new Whale();
				
				aWhale.name = "하나의 고래";
				// aWhale.habitat = "북극";
				
				aWhale.showName();
				// aWhale.showHabitat(); 
				
		}
}

• 하위 클래스의 인스턴스(Whale)를 생성하면 자동으로 먼저 상위 클래스들의 인스턴스부터 생성된다
  • Whale theWhale = new Whale(); 을 실행하면 Heap 영역에 **Whale 클래스의 인스턴스와 Animal 클래스의 인스턴스와 Object 클래스의 인스턴스**도 생성된다
• awhale 객체 참조 변수는 사실은 Whale이지만 자신은 Whale인지 모르고 Animal이라고만 알고 있다 ( → 암묵적 형변환)
  • 그래서 aWhale 참조 변수는 habitat 관련된 것들을 수행할 수 없다

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3. 다형성 : 사용 편의성

정의

• Polymorphism
• 객체 지향에서 다형성이란 오버라이딩과 오버로딩이라고 할 수 있다

Overriding

• 상위 클래스의 메서드를 재정의

Overloading

• 같은 메서드 이름, 다른 인자 목록으로 다수의 메서드를 하나의 이름으로 **중복 정의**

여기서 다형성이란?

• Animal의 showName()을 Whale에서 Overriding한 경우, 상위 클래스 타입의 객체 참조 변수를 사용하더라도 자동으로 하위 클래스에서 overriding한 메서드가 호출된다
  • Animal aWhale = new Whale();
  • 이 경우, aWhale.showName() 호출할 때 Animal의 showName()이 호출되지 않고 Whale의 showName()이 호출된다

만약 다형성이 지원되지 않는다면?!

• 오버로딩이 지원되지 않아 인자의 조합마다 메서드를 각각 선언해야 한다면 매우 많은 메서드를 작성해야 한다
  • addIntDouble(int, double)
  • addDoubleInt(double, int)
  • …
• 하지만 하나의 메서드명을 가지고 여러 인자 목록을 허용하면 매우 편리해진다 → 사용 편의성이 좋다
  • add(int, double)
  • add(double, int)
  • …
• 오버라이딩의 경우에도 하위 클래스가 재정의한 메서드를 자동으로 알아서 호출해준다 → 사용 편의성 좋다

4. 캡슐화 : 정보 은닉

정의

• 자바에서 정보 은닉은 접근 제어자인 private, default, protected, public 을 통해 가능하다

기억해야할 2가지

• 상속받지 않았다면 인스턴스 변수는 객체 생성한 후 객체 참조 변수를 이용해 접근해야 함
• 클래스 변수는 클래스명.클래스 변수명 형식으로 접근하는 것을 권장

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⭐ Reference Type은 Call By Reference일까? → 아님!!!!!!

• 자바는 무조건 Call By Value다
• 다만, 그 Value를 어떻게 해석하는지 기본형인지 참조형인지에 따라 다른 것 뿐이다!!!!!
  • 기본 자료형 변수는 변수가 저장하고 있는 값을 그 값 자체로 해석함
  • 참조 자료형 변수는 저장하고 있는 값을 주소로 해석함
  • 결국 참조 자료형도 객체를 넘기는게 아니라 주소값을 넘기는것!!!!!!

Animal ref_a = new Animal();
Animal ref_b = ref_a;

ref_a.age = 10;
ref_b.age = 20;

System.out.println(ref_a.age);    // 20
System.out.println(ref_b.age);    // 20

• 그림과 같이 실제 객체를 넘기는게 아닌 ref_a가 저장하고 있는 Animal 객체의 주소값을 넘기는거다 → 그래서 자바는 Call By Value다
• 참조 자료형이기 때문에 ref_a 의 value인 100을 주소값으로 해석하는 것이고
• 만약 기본 자료형이였다면 이 100을 그 값 자체인 100이라고 해석했을 것이다

⭐ 정리

• 기본 자료형 변수는 값을 값 자체로 판단 (편견없이)
• 참조 자료형 변수는 값을 주소, 즉 포인터로 판단
• 기본 자료형이든 참조 자료형이든 변수를 복사할 때 일어나는 일은 같다!!!!!!!
  • 해당 변수가 가지고 있는 값을 그대로 복사해서 넘겨준다