[Java의 정석] 6. 객체지향 프로그래밍 (1)

진예·2023년 12월 20일
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💡 객체지향 프로그래밍

현실 세계를 객체로 만들어 객체 간의 상호작용을 활용하고 프로그래밍 하는 것

  • 코드의 재사용성이 높다.
  • 코드의 관리가 용이하다.
  • 중복된 코드를 제거할 수 있다.

📒 클래스와 객체

📝 클래스 (Class)

객체를 정의한 것 = 객체의 설계도

현실 세계에서 TV를 만들기 위한 TV 설계도가 존재한다. 이처럼, 프로그래밍에서 객체를 만들기 위해서 객체의 설계도인 클래스가 필요하다.

📝 객체 (Object)

실제로 존재하는 사물 또는 개념 = 속성 + 기능

현실 세계에서 TV 설계도를 따라 TV를 만드는 것처럼, 프로그래밍에서는 클래스로부터 객체를 생성하여 사용할 수 있다. 객체는 속성과 기능을 가진다.

  • 속성 (property) : 멤버변수, 필드, 상태, ...
  • 기능 (function) : 메서드, 함수, ...

TV가 하나의 객체라고 생각했을 때, TV의 속성은 제품명, 전원, 채널 등이 있고, 기능으로는 전원 켜기/끄기, 채널 올리기/내리기, 볼륨 올리기/내리기 등이 있다. 이를 프로그래밍으로 표현하면 다음과 같다.

class TV { // 설계도 = 클래스
	
	// 속성 = 멤버변수
	String name; // 제품명
	boolean power; // 전원
	int channel; // 채널
	
	// 기능 = 메서드
	void power() { // 전원 켜기/끄기
		power = !power;
	}
	
	void channelUp(int channel) { // 채널 올리기
		channel++;
	}
	
	void channelDown(int channel) { // 채널 내리기
		channel--;
	}
}

📝 인스턴스 (Instance)

클래스로부터 만들어진 객체

인스턴스와 객체는 같은 의미이지만, 객체가 인스턴스를 포함하고 있다고 생각하면 된다.

클래스를 선언했다면 인스턴스를 생성하여 TV 객체를 사용해야 한다. 인스턴스 생성 방법은 다음과 같다.

클래스명 변수명; // 참조변수 선언
변수명 = new 클래스명(); // 참조변수에 객체 주소값 대입

클래스명 변수명 = new 클래스명(); // 한 줄로 작성 가능

먼저, 클래스 타입의 참조변수를 선언하면 메모리에 참조변수를 위한 공간이 마련된다. 이 공간에 new 연산자를 통해 생성된 인스턴스의 주소값을 대입하면 참조변수가 인스턴스를 참조하게 된다. 이 때, 참조변수의 타입은 인스턴스의 타입과 일치해야 한다.

참조변수를 통해 객체 안의 멤버변수와 메서드에 접근 가능하다. 

public static void main(String[] args) {
		
		TV tv1 = new TV(); // 인스턴스 생성
        
        // 멤버변수에 접근
		tv1.name = "삼성TV";
		tv1.channel = 3;
        
        // 메서드에 접근
		tv1.channelDown(tv1.channel);
		
		System.out.println("제품명 : " + tv1.name + ", 채널 : " + tv1.channel);
		
}

TV 객체를 생성하고, 멤버변수에 접근하여 제품명을 삼성TV, 채널을 3으로 설정한 후 메서드를 호출하여 채널을 한 칸 내렸기 때문에 최종 채널은 2이다.

public static void main(String[] args) {
	
	TV tv1 = new TV();
	tv1.name = "삼성TV";
	tv1.channel = 3;
	tv1.channelDown();
	
	System.out.println("제품명 : " + tv1.name + ", 채널 : " + tv1.channel);
	
	TV tv2 = new TV();
	tv2.name = "LGTV";
	tv2.channel = 10;
	tv2.channelUp();
	
	System.out.println("제품명 : " + tv2.name + ", 채널 : " + tv2.channel);
}

new 연산자를 통해 새로운 인스턴스가 생성되면 기존의 인스턴스와 별개의 주소값을 가지므로 tv1과 tv2는 각자 다른 인스턴스를 참조하고 있는 별개의 객체다.

📒 변수와 메서드

📝 변수

  • 인스턴스 변수 : 클래스 영역에 선언 ➡️ 인스턴스 생성 시 만들어짐

  • 클래스 변수 (static 인스턴스 변수) : 한 클래스의 모든 인스턴스가 공통적인 값을 가짐 ➡️ 클래스가 메모리에 로딩될 때 생성

  • 지역 변수 : 메서드 내에서 선언 ➡️ 블럭{} 밖에서 사용 불가능
class Variables {
	
	int iv; // 인스턴스 변수
	static int cv; // 클래스 변수
	
	void method() {
		int lv = 0; // 지역변수
	}

}

인스턴스를 여러 개 생성했을 때, 인스턴스 변수는 각 인스턴스 별로 값을 설정할 수 있고, 클래스 변수는 모든 인스턴스가 공통된 값을 가진다.

public class Test {

	public static void main(String[] args) {
		Card card1 = new Card();
		card1.pattern = "♥";
		card1.num = 3;
		
		Card card2 = new Card();
		card2.pattern = "★";
		card2.num = 7;
		card2.width = 150;
		
		System.out.println("카드 1 : " + card1.pattern + card1.num + " : " + card1.width + " x " + card1.height);
		System.out.println("카드 2 : " + card2.pattern + card2.num + " : " + card2.width + " x " + card2.height);
	}
}

class Card {
	
	// 인스턴스 변수
	String pattern; // 무늬
	int num; // 숫자
	
	// 클래스 변수
	static int width = 100; // 폭
	static int height = 250; // 높이
}

클래스 변수인 width가 100으로 초기화 된 상태에서 card2의 width만 150으로 수정했음에도 불구하고 card1의 width 또한 100이 아닌 150으로 수정되었다.

📝 메서드

특정 작업을 수행하는 문장들을 하나로 묶은 것 = 함수

  • 높은 재사용성 : 한 번 만들어놓은 메서드는 다른 프로그램에서 호출하여 사용 가능

  • 중복된 코드 제거 : 중복된 코드를 하나의 메서드로 만들어서 필요할 때마다 한 줄로 호출하여 사용 가능


✔️ 메서드 선언 & 구현

반환타입(없으면 void) 메서드명(타입 변수명, ...) {
	
    // 실행할 문장 1;
    // 실행할 문장 2; 
    
   ...
   
    return 반환값; // 반환 타입과 반환값의 타입이 일치해야함
}

int sum(int a, int b) {
	return a + b;
}
  • return : 현재 실행중인 메서드를 종료하고 호출한 메서드로 되돌아감

✔️ 메서드 호출

메서드이름(값1, ...)

int result = add(3, 5); // 반환값 저장

📝 JVM 메모리 구조

  • 메서드 영역 (method area) : 사용되고 있는 클래스의 정보를 저장하는 영역

  • 힙 (heap) : 인스턴스가 생성되는 공간

  • 호출 스택 (call stack) : 메서드 작업에 필요한 메모리 공간 제공 ➡️ 메서드가 종료되면 비워짐
public class Test {

	public static void main(String[] args) {
		
		System.out.println("mian() 시작!");
		firstMethod();
		System.out.println("main() 종료!");
		
	}

	static void firstMethod() {
		System.out.println("firstMethod() 시작!");
		secondMethod();
		System.out.println("firstMethod() 종료!");
	}
	
	static void secondMethod() {
		System.out.println("secondMethod() 시작!");
		System.out.println("secondMethod() 종료!");
	}
}

main()이 가장 먼저 호출되어 스택에 쌓이고, 실행 도중 firstMethod()를 호출하여 실행하는 도중에 또 secondMethod()를 호출하여 스택에 쌓이게 된다. 스택의 가장 위에 위치한 secondMethod()를 먼저 실행하고, 종료되면 그 다음인 firstMethod()를 실행하고 종료한다. 마지막으로 스택의 가장 밑에 있던 main()을 실행하고 종료하면 호출 스택이 비게 된면서 프로그램이 종료된다.

📝 매개변수

  • 기본형 : 변수의 값을 읽기만 할 수 있음

기본형 매개변수를 사용하게 되면 스택에서 변수를 복사해 간 후 로직에 따라 값을 처리하고, 메서드가 종료되면 메서드와 매개변수가 함께 스택에서 제거된다. 즉, 복사된 매개변수 값은 실제 변수에 아무런 영향을 미치지 않는다.

public class Test {
	public static void main(String[] args) {
		
		Data d = new Data();
		d.x = 10;
		System.out.println("Before change(x) x = " + d.x);
		
		change(d.x);
		System.out.println("After change(x) x = " + d.x);
	}
	

	static void change(int x) {
		x = 100;
		System.out.println("change(x) x = " + x);
	}
}

class Data {
	int x;
}

  • 참조형 : 변수의 값을 읽고 변경할 수 있다.

참조형 매개변수를 사용하는 경우, 스택에서 참조변수에 저장된 주소값을 복사해 간 후, 해당 주소값을 가진 인스턴스의 멤버변수에 직접 접근하여 로직을 처리한다. 이 때, 실행이 종료되어 메서드가 스택에서 제거되어도 실제 주소값을 사용하여 값을 처리하였으므로 변경된 값이 유지된다.

public class Test {

	public static void main(String[] args) {
		
		Data d = new Data();
		d.x = 10;
		System.out.println("Before change(x) x = " + d.x);
		
		change(d);
		System.out.println("After change(x) x = " + d.x);
	}
	

	static void change(Data d) {
		d.x = 100;
		System.out.println("change(x) x = " + d.x);
	}
}

class Data {
	int x;
}

📝 재귀 호출

메서드 내부에서 메서드 자신을 다시 호출하는 것

void method() { // 재귀 메서드
	method(); // 자기 자신을 호출
}

위 메서드의 경우 자기 자신을 무한으로 호출한다. 이러한 경우를 방지하기 위해 재귀 호출을 사용할 때는 조건문과 return문을 적절히 사용하여 조건을 만족하면 메서드를 종료시켜줘야 한다.

static int factorial(int n){
	if(n == 1) return 1; // n이 1이면 1을 반환하며 메서드 종료
	return n * factorial(n-1); // 재귀 호출
}

📝 클래스 & 인스턴스 메서드

변수와 같이 클래스 안에 생성된 메서드를 인스턴스 메서드, 인스턴스 메서드 앞에 static을 붙인 메서드를 클래스 메서드라고 한다.

클래스 내의 메서드가 인스턴스 변수를 사용한다면 인스턴스 변수와 함께 객체 생성 후에 호출이 가능하다. 하지만, 메서드가 인스턴스 변수를 사용하지 않는다면 static을 붙일 수 있다. 클래스 메서드의 경우, 메모리 로딩 시점에 생성되기 때문에 객체 생성 후에 생성되는 인스턴스 변수는 사용할 수 없다.

public class Test {
	public static void main(String[] args) {
		
		MyMath m = new MyMath();
		m.a = 5;
		m.b = 10;
		System.out.println(m.add1());
		
		System.out.println(MyMath.add2(5, 10));;
	}
}

class MyMath {
	int a, b; // 인스턴스 변수
	
	// 인스턴스 메서드
	int add1() {
		return a + b;
	}
	
	// 클래스 메서드
	static int add2(int a, int b) {
		return a - b;
	}
}

📒 오버로딩 (Overloading)

한 클래스 내에 같은 이름의 메서드를 여러개 정의하는 것

  • 메서드 이름이 같아야 한다.
  • 매개변수의 타입 혹은 개수가 달라야 한다. ⭐ (반환 타입은 영향 X)
int add(int a, int b) { return a + b; }

// 매개변수 개수
int add(int a, int b, int c) { return a + b + c; }

// 매개변수 타입
long add(long a, long b) { return a + b; }

📝 가변인자

타입... 변수명 : 매개변수의 개수를 가변적으로 설정 가능

매개변수가 여러 개인 경우, 가변인자를 가장 마지막에 써야 한다! 또한, 가변인자를 사용하면 매개변수의 개수를 정확히 알 수 없기 때문에 오버로딩 시 에러가 발생한다.

public class Test {
	public static void main(String[] args) {
		System.out.println(concat());
		System.out.println(concat("a", " ", "b"));
	}
	
	static String concat(String... str) {
		
		String result = "";
		for(String s : str) {
			result += s;
		}
		
		return result;
	}
}

📒 생성자 (Constructor)

인스턴스 초기화 메서드 : 인스턴스가 생성될 때 호출됨

  • 생성자 이름 = 클래스 이름
  • 리턴 값이 없다.
클래스이름(타입 변수명, ...) {
	// 인스턴스 변수 초기화
}

📝 기본 생성자

생성자가 하나도 정의되지 않은 경우 컴파일러가 자동으로 추가하여 실행되는 생성자

클래스이름() {}

📝 매개변수 생성자

인스턴스 생성 시, 매개변수 값을 넘겨받아서 인스턴스의 멤버변수 초기화 가능

public class Test {
	public static void main(String[] args) {
		Car car1 = new Car("벤츠", "black");
		// Car car2 = new Car(); // 에러 발생
	}
}

class Car {

	String name;
	String color;
	
	public Car(String name, String color) {
		this.name = name;
		this.color = color;
	}
}

클래스 내에 매개변수 생성자가 존재하는 경우에는 기본 생성자를 자동으로 추가해주지 않는다. 필요하면 명시적으로 생성해야 한다!

➕ this : 인스턴스 자신을 가리키는 참조변수

📒 변수의 초기화

변수를 선언하고 처음으로 값을 저장하는 것

  • 멤버 변수 : 선택적
  • 지역 변수 : 필수적

✔️ 명시적 초기화

변수 선언과 동시에 초기화 하는 것

class Car {

	String name = "벤츠";
	String color = "black";
	
	...
}

📝 멤버변수 초기화 시기 & 순서

✔️ 클래스 변수

  • 초기화 시점 : 클래스가 메모리에 처음 로딩될 때
  • 초기화 순서 : 기본값 ➡️ 명시적 초기화 ➡️ 클래스 초기화 블럭

✔️ 인스턴스 변수

  • 초기화 시점 : 인스턴스가 생성될 때마다 각 인스턴스 별로 초기화 수행
  • 초기화 순서 : 기본값 ➡️ 명시적 초기화 ➡️ 인스턴스 초기화 블럭 ➡️ 생성자

출처 : Java의 정석

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