[TIL] JAVA - 다형성(polymorphism)

💡Day 14 다형성(polymorphism)

이 글은 남궁성님의 자바의 정석 3/e를 기반으로 공부한 내용을 정리한 글입니다.

소스정리: https://github.com/qudalsrnt3x/javaStandard

✏️다형성이란?

여러가지 형태를 가질 수 있는 능력, 조상 클래스 타입의 참조변수로 자손클래스의 인스턴스를 참조할 수 있도록 구현한 것

class Tv {
    ...
}

class CaptionTv extends Tv {
    ...
}

• 지금까지 우리는 생성된 인스턴스를 다루기 위해서, 인스턴스의 타입과 일치하는 타입의 참조변수만 사용했다.

Tv t = new Tv();
CaptionTv c = new CaptionTv();

• Tv와 CaptionTv클래스가 서로 상속관계에 있을 경우, 다음과 같이 조상 클래스 타입의 참조변수로 자손 클래스의 인스턴스를 참조하도록 하는 것이 가능

Tv t = new CaptionTv();

어떤 차이가 있는가?

Tv t = new CaptionTv(); // 조상 클래스의 멤버만 사용가능
CaptionTv c = new CaptionTv(); // 자손 클래스의 멤버까지 사용가능

• 둘 다 같은 타입의 인스턴스지만 참조변수의 타입에 따라 사용할 수 있는 멤버의 갯수가 달라진다.

반대로는 불가

CaptionTv c = new Tv();

• 실제 인스턴스인 Tv의 멤버 개수보다 참조변수 c가 사용할 수 있는 멤버 개수가 더 많기 때문이다.

조상타입의 참조변수로 자손타입의 인스턴스를 참조할 수 있다.
반대로 자손타입의 참조변수로 조상타입의 인스턴스를 참조할 수는 없다.

✏️참조변수의 형변환

서로 상속관계에 있는 클래스 사이에서만 형변환이 가능하다.

자손타입 -> 조상타입 (Up-casting) : 형변환 생략가능
조상타입 -> 자손타입 (Down-casting) : 형변환 생략불가

형변환을 생략할 수 있는 경우, 없는 경우

class Car {
    ...
}

class FireEngine extends Car { // 소방차
    ...
}

class Ambulance extends Car { // 앰뷸런스
    ...
}

Car car = null;
FireEngine fe = new FireEngine();
FireEngine fe2 = null;

car = fe;	// car = (car)fe; 자손에서 상위 클래스로 캐스팅하는 것이므로 생략가능
fe2 = (FireEngine)car;	// 형변환을 생략불가. 다운캐스팅

Car타입의 참조변수 car를 자손인 FireEngine타입으로 변환하는 것은 참조변수가 다룰 수 있는 멤버의 개수를 늘이는 것이므로, 실제 인스턴스의 멤버 개수보다 참조변수가 사용할 수 있는 멤버의 개수가 더 많아지므로 문제가 발생할 수 있다.

형변환은 참조변수의 타입을 변환하는 것뿐, 인스턴스를 변환하는 것은 아니다.
단지 참조변수의 형변환을 통해서, 참조하고 있는 인스턴스에서 사용할 수 있는 멤버의 범위(개수)를 조절하는 것뿐이다.

형변환 오류 예시

Car car = new Car();
FireEngine fe = null;

fe = (FireEngine)car; // 컴파일은 OK, 실행 시 에러가 발생한다.

Car타입의 참조변수 car가 이미 Car인스턴스를 참조하고 있기 때문에 조상타입의 인스턴스를 자손타입인 FireEngine 인스턴스로 변경할 시 에러가 발생하는 것이다.

✏️instanceof연산자

참조변수가 참조하고 있는 인스턴스의 실제 타입을 알아보기 위해 instanceof연산자를 사용한다.

public class InstanceofTest {
    public static void main(String[] args) {
        FireEngine fe = new FireEngine();

        if (fe instanceof FireEngine) {
            System.out.println("This is a FireEngine instance.");
        }

        if (fe instanceof Car) {
            System.out.println("This is a Car instance");
        }

        if (fe instanceof Object) {
            System.out.println("This is an Object instance");
        }

        System.out.println(fe.getClass().getName()); // 클래스의 이름을 출력

    }
}

실행결과

This is a FireEngine instance.
This is a Car instance
This is an Object instance
Chapter07.day14.FireEngine

• 생성된 인스턴스는 FireEngine타입인데도, Object타입과 Car타입의 instanceof연산자에서도 ture 결과로 나온다.
• 그 이유는 조상의 멤버들을 상속받았기 때문에, FireEngine인스턴스는 Object인스턴스와 Car인스턴스를 포함하고 있는 셈이다.

어떤 타입에 대한 instanceof연산의 결과가 true라는 것은 검사한 타입으로 형변환이 가능하다는 것을 뜻한다.

참조변수와 인스턴스의 연결

조상 클래스에 선언된 멤버변수와 같은 이름의 인스턴스변수를 자손 클래스에서 중복으로 정의했을 때, 멤버변수의 경우 참조변수의 타입에 따라 값이 달라진다.

public class BindingTest {
    public static void main(String[] args) {
        Parent p = new Parent();
        Child c = new Child();

        System.out.println("p.x = " + p.x); // 참조변수의 타입에 따라서 멤버변수 호출 값이 달라진다.
        p.method();

        System.out.println("c.x = " + c.x);
        c.method();
    }
}

class Parent {
    int x = 100;

    void method() {
        System.out.println("Parent Method");
    }
}

class Child extends Parent {
    int x = 200;

    void method() {
        System.out.println("Chile Method");
    }
}

실행결과

p.x = 100
Parent Method
c.x = 200
Chile Method