[Java] 18. 클래스와 인스턴스 그리고 객체

psj98·2023년 1월 8일

생활코딩 JAVA

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1. 클래스와 인스턴스 이전의 프로그래밍

객체를 만들기 전에 이미 익숙한 코드로 돌아가보자. 아래 예제는 간단한 더하기 프로그램이이다. 그런데 이 예제를 잘 활용하기 위해서 상상력이 필요하다. 아주 간단한 예제지만 상당히 복잡한 작업을 실행하고 있는 로직이라고 가정하자.

public class CalculatorDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 아래의 로직이 1000줄 짜리의 복잡한 로직이라고 가정하자.
        System.out.println(10 + 20); // 30
        System.out.println(20 + 40); // 60
    }
}

2. 메소드화

실행 결과는 30과 60이다. 프로그래밍의 기본은 중복을 제거하는 것이다. 위의 로직은 두 개의 값을 더한다는 중복이 존재한다. 이 중복을 제거하기 위한 방법으로 고려해 볼 수 있는 기능이 메소드다. 로직을 메소드로 만들면 코드의 양을 줄일 수 있고, 문제가 생겼을 때 원인을 더 쉽게 찾을 수 있다. 아래의 코드는 위의 코드를 메소드화시킨 예제다.

public class CalculatorDemo {
    public static void sum(int left, int right) {
        System.out.println(left + right);
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        sum(10, 20);
        sum(20, 40);
    }
}

그런데 똑같은 수를 이용해서 더하기 뿐 아니라 평균도 구해야 한다면 어떻게 해야할까?

아래와 같이 할 수 있을 것이다. 입력값인 (left, right)를 변수화시키고 메소드 sum, avg에 입력값을 사용하면 코드의 양을 줄일 수 있게 된다.

public class ClaculatorDemo {
    public static void avg(int left, int right) {
        System.out.println((left + right) / 2);
    }
 
    public static void sum(int left, int right) {
        System.out.println(left + right);
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        int left, right;
 
        left = 10;
        right = 20;
 
        sum(left, right);
        avg(left, right);
 
        left = 20;
        right = 40;
 
        sum(left, right);
        avg(left, right);
    }
}

3. 객체화

평균을 계산하는 "메소드 avg"를 추가했고, "두 개의 메소드 sum과 avg"에서 동일한 입력값인 (10, 20)을 사용하고 있기 때문에 변수를 이용해서 좌항(left)과 우항(right)에 값을 담았다. 코드가 복잡해지기 시작한다.

상상력을 이용해서 위의 코드를 더욱 복잡하게 만들어보자. 실행 메소드인 main에는 계산과 관련된 로직 밖에 없지만, 만약에 위의 코드에 직원 정보를 데이터베이스에서 가져오는 로직이나, 계산된 결과를 그래프로 표시하는 로직과 같은 것이 함께 위치한다면 코드는 점점 복잡해질 것이다.

그러다 누군가 변수 (left, right)의 의미를 계산을 위한 것이 아니라 그래프의 디자인을 변경하는 코드로 사용했거나, 메소드 sum을 더하기가 아니라 요약(summary) 정보를 그래프로 표시하는 의미로 사용했다면 어떻게 될까? 하나의 프로그램 안에서 메소드나 변수의 의미가 달라지게 되는 것이다.

코드가 복잡해짐에 따라 버그는 많아지고, 팀워크는 서서히 깨지기 시작할 것이다. 여러분이 언어의 설계자라면 이런 상황을 완화하기 위한 고민을 시작할 것이다. 이런 맥락에서 객체 지향이라는 개념이 등장하기 시작하는 것이다.

객체 지향의 핵심은 연관되어 있는 변수와 메소드를 하나의 그룹으로 묶어서 그룹핑하는 것이다. 위의 예제를 분석해보자. 연관되어 있는 부분과 반복적인 부분을 찾아볼 수 있다.

메소드 sum과 avg는 변수 left와 right와 서로 연관되어 있다. 또한 합계와 평균을 구하는 작업은 다른 애플리케이션에서도 사용할 수 있는 기능이다. 이것들을 그룹핑해서 하나의 부품으로 만들면 필요할 때마다 반복적으로 사용할 수 있을 것이다. 객체를 만들 때가 된 것이다.

아래의 예제는 의미적으로 연관된 로직들을 물리적으로 응집된 하나의 객체로 만드는 법을 설명하는 예제이다.

class Calculator{
    int left, right;
      
    public void setNum(int left, int right){
        this.left = left;
        this.right = right;
    }
      
    public void sum(){
        System.out.println(this.left+this.right);
    }
      
    public void avg(){
        System.out.println((this.left+this.right)/2);
    }
}
  
public class CalculatorDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Calculator c1 = new Calculator();
        c1.setNum(10, 20);
        c1.sum();       
        c1.avg();       
          
        Calculator c2 = new Calculator();
        c2.setNum(20, 40);
        c2.sum();       
        c2.avg();
    }
}

4. 클래스

class Calculator {}

위의 예에서 변수 left와 right, 메소드 sum과 avg는 연관되어 있는 로직이다. 이 로직들의 연관성은 계산하기 위한 것이다. 그래서 필자는 이 로직들을 대표하는 이름을 계산기라는 의미의 Calculator라고 정하고 이것들을 Calculator라는 이름으로 그룹핑하고 싶다.

이럴 때 사용하는 키워드가 class이다. class 키워드 뒤에는 클래스 이름이 오고 그 뒤의 중괄호는 클래스의 시작과 끝의 경계를 의미한다. 이렇게 해서 더하기(sum)와 평균(avg)를 계산할 수 있는 클래스가 만들어졌다. 클래스는 아래와 같이 정의할 수 있다.

클래스는 연관되어 있는 변수와 메소드의 집합이다.

5. 인스턴스

이제 클래스를 사용하는 방법을 알아보자. 클래스는 일종의 설계도다. 클래스를 정의하는 것 자체로는 할 수 있는 일이 많지 않다. 설계도를 구체적인 제품으로 만들어야 한다. 그 때 사용하는 키워드가 new이다.

Calculator c1 = new Calculator();

new Calculator()는 클래스 Calculator를 구체적인 제품으로 만드는 명령이다. 이렇게 만들어진 구체적인 제품을 인스턴스(instance)라고 부른다. 아래의 관계를 기억하자.

클래스 : 설계도

인스턴스 : 제품

위의 코드는 new를 이용해서 만든 인스턴스를 변수 c1에 담고 있다. 변수 c1에 인스턴스를 담은 이유는 c1을 통해서 인스턴스를 제어해야 하기 때문이다. 그런데 c1 앞에 Caculator가 위치하고 있다. 지금까지 우리는 여러가지 변수를 선언해왔다. 예를 들어, 변수 a는 변수가 담을 수 있는 데이터 타입에 따라서 아래와 같이 다양한 형태로 선언된다.

char a;
String a;
int a;
long a;
float a;

그럼 아래와 같은 구문은 변수명 c1의 데이터 타입이 무엇이라는 의미일까?

Calculator c1

Calculator라는 의미다. 즉, 클래스를 만든다는 것은 사용자 정의 데이터 타입을 만드는 것과 같은 의미다. 기억할 것은 클래스를 인스턴스화 할 때는 변수에 담아야 한다는 것과 이 때 사용하는 변수의 데이터 타입은 그 클래스가 된다는 점이다.

클래스를 단순히 변수와 메소드의 묶음으로 보면 부족하다. 객체를 만들어서 사용하는 이유는 재활용성을 높이기 위해서이다.

Calculator c1 = new Calculator();
c1.setNum(10, 20);
c1.sum();       
c1.avg();       
 
Calculator c2 = new Calculator();
c2.setNum(20, 40);
c2.sum();       
c2.avg();

위의 코드를 보면 두 개의 인스턴스를 각각 c1과 c2에 담았다. 그리고 각각의 인스턴스에 소속된 메소드를 호출하고 있다. 각각의 인스턴스는 메소드 setNum를 통해 변수 left, right의 값을 설정하고 있다. 그 결과 인스턴스 c1과 c2는 아래와 같이 서로 다른 변수의 값을 내부적으로 가지게 된다.

public void setNum(int left, int right){
    this.left = left;
    this.right = right;
}

이 때 메소드 setNum 내에 this. 이라는 것이 있다. this는 클래스를 통해서 만들어진 인스턴스 자신을 가리킨다. 위의 코드에서 left는 매개변수이고, 이 변수는 setNum 밖에서 접근할 수 없다. 반면에, this.left는 선언한 변수에 값을 설정하는 것이고 메소드 밖에서 선언한 변수는 인스턴스 내의 모든 메소드에서 접근이 가능하다.

변수를 다른 말로는 상태(state)라고도 표현한다. c1.sum의 결과는 30, c2.sum의 결과는 60인 것을 통해서 알 수 있듯, 상태가 다른 객체를 대상으로 메소드를 실행시키면 다른 결과를 나타내게 된다. 메소드https://opentutorials.org/course/1223/5440를 다른 말로는 행동(behave)라고도 표현한다.