[ OOP ] 상속(Inheritance) 에 대하여

오세창·2025년 2월 26일
JavaOOP

OOP

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상속(Inheritance) 이란 ?

상속(Inheritance) 은 상위 클래스의 특성을 하위 클래스가 이어받아서 재사용하거나 추가, 확장하는 것을 말한다.
이 개념은 코드의 재사용 측면, 계층적인 관계 생성, 유지 보수성 측면에서 중요하다.

Q : "계층적인 관계 생성" 이 정확히 무슨 의미일까요 ?

A : 상속을 통해 클래스들 간에 부모-자식 관계를 형성하여, 상위 클래스는 공통적인 기능을 제공하고, 하위 클래스는 그 기능을 확장하거나 특화하는 구조를 구축하는 것을 의미합니다 !

상속의 필요성

상속이 필요한 이유는 프로그래밍에서 자주 발생하는 "중복 문제"를 해결하기 위해서이다.

예를 들어, 다양한 직업을 클래스로 표현해야 한다고 가정해 보자. 의사, 선생님, 엔지니어 등 1만 개의 직업 클래스를 각각 정의해야 한다면, 이름, 전화번호, 이메일과 같은 공통적인 정보가 매번 반복될 것이다.
이는 마치 1만 개의 붕어빵 틀을 만들 때 매번 같은 형태의 머리, 몸통, 꼬리를 새로 설계하는 것과 같다. 이처럼 중복된 코드는 유지보수에 불편을 주고 코드가 길어지기만 한다.

하지만 상속을 사용하면, 공통된 특성을 가진 부모 클래스를 설계하고, 이를 바탕으로 각 직업 클래스를 정의할 수 있다. 이는 마치 기본 틀을 만들어 놓고, 각 직업별로 추가적인 특징(의사: 전문 분야, 선생님: 교과목 등)을 덧붙이는 방식이다. 이렇게 하면 코드 중복을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 직업 클래스를 유지보수하거나 확장할 때 훨씬 효율적이다.

결국 상속은 공통된 특성을 가진 객체를 체계적으로 관리하고 재사용성 높은 구조를 설계하기 위해 필요한 중요한 개념이다. 이를 통해 프로그래머는 반복 작업을 줄이고, 더 효율적이고 가독성 높은 코드를 작성할 수 있다.

상속의 특징

자바는 다중 상속을 지원하지 않기 때문에, 하나의 클래스는 오직 하나의 부모 클래스를 가질 수 있다.
하지만 하나의 부모 클래스는 여러 자식 클래스를 가질 수 있다. 또한, 부모 클래스가 다른 부모 클래스를 가질 수 있다는 점에서 계층 구조를 확장하는 데 제한이 없다.

상속시 메모리 구조

인스턴스를 생성하면, 실제로 인스턴스 변수에 담기는 것은 해당 인스턴스의 메모리 주소이다. 일반적으로 메모리 주소를 통해 해당 인스턴스를 찾아가면, 그 인스턴스에 대한 정보들이 포함된 메모리가 존재한다.

하지만 상속 구조에서 인스턴스를 생성하면 두 가지 인스턴스가 존재하게 된다. 첫 번째는 자식 클래스의 인스턴스에 대한 정보이고, 두 번째는 부모 클래스의 인스턴스에 대한 정보이다. 즉, 상속 관계를 가진 인스턴스는 부모 클래스의 인스턴스 정보도 함께 생성된다.

만약 부모 클래스의 메서드를 호출했다고 가정해 보자. 자바는 우선 자식 클래스에서 해당 메서드를 먼저 찾고, 만약 자식 클래스에 해당 메서드가 없다면 부모 클래스에서 메서드를 찾는다. 부모 클래스에도 해당 메서드가 없다면, 컴파일 에러가 발생한다.

상속 사용법

상속을 구현하려면 부모 클래스를 정의하고, 자식 클래스는 부모 클래스를 extends하여 상속받는다.
자식 클래스는 부모 클래스의 필드와 메서드를 그대로 사용할 수 있으며, 필요한 경우 오버라이딩을 통해 메서드를 변경할 수 있다.

// 부모 클래스 - Product
public class Product {
    private String name;  
    private double price; 

    public Product(String name, double price) {
        this.name = name;
        this.price = price;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public double getPrice() {
        return price;
    }

    // 상품 정보 출력 메서드
    public void displayInfo() {
        System.out.println("상품명: " + name);
        System.out.println("가격: " + price + "원");
    }
}
// 자식 클래스 - Book
public class Book extends Product {
    private String author; 

    public Book(String name, double price, String author) {
        super(name, price);  // 부모 클래스의 생성자 호출
        this.author = author;
    }

    public String getAuthor() {
        return author;
    }

    @Override
    public void displayInfo() {
        super.displayInfo();  // 부모 클래스의 displayInfo() 메서드 호출
        System.out.println("저자: " + author);
    }
}
// 자식 클래스 - Electronics
public class Electronics extends Product {
    private String brand;

    public Electronics(String name, double price, String brand) {
        super(name, price);  // 부모 클래스의 생성자 호출
        this.brand = brand;
    }

    public String getBrand() {
        return brand;
    }

    @Override
    public void displayInfo() {
        super.displayInfo();  // 부모 클래스의 displayInfo() 메서드 호출
        System.out.println("브랜드: " + brand);
    }
}
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // Book 객체 생성
        Book book = new Book("자바의 정석", 25000, "남궁성");
        book.displayInfo();
        System.out.println();

        // Electronics 객체 생성
        Electronics electronics = new Electronics("스마트폰", 500000, "삼성");
        electronics.displayInfo();
    }
}
상품명: 자바의 정석
가격: 25000원
저자: 남궁성

상품명: 스마트폰
가격: 500000원
브랜드: 삼성

오버라이딩

오버라이딩은 부모 클래스의 메서드를 자식 클래스에서 재정의하는 방식이다. 부모 클래스의 메서드는 보통 일반적인 기능을 수행하지만, 특정 자식 클래스에서 이 기능을 수정할 필요가 있을 때 오버라이딩을 사용하여 부모 메서드와는 다른 내부 로직을 가진 동일한 이름의 메서드를 정의할 수 있다.

오버라이딩을 할 때는 특별히 @Override라는 Annotation을 사용한다.

public class Product {

    ...

    // 상품 정보 출력 메서드
    public void displayInfo() {
        System.out.println("상품명: " + name);
        System.out.println("가격: " + price + "원");
    }
}
// 자식 클래스 - Book
public class Book extends Product {

...

    @Override
    public void displayInfo() {
        super.displayInfo();  // 부모 클래스의 displayInfo() 메서드 호출
        System.out.println("저자: " + author);
    }
}

위의 코드에서 부모 클래스의 displayInfo() 메서드는 상품명과 가격을 출력하는 기본적인 기능을 담당한다. 반면, 자식 클래스인 Book에서는 displayInfo() 메서드를 오버라이딩하여 저자 정보를 추가로 출력하는 기능을 추가했다.

Override Annotation은 꼭 필요할까 ?
실제로 위 코드에서 @Override를 적지 않아도 displayInfo() 는 자식의 displayInfo() 로 실행된다. 그 이유는 자식 인스턴스에서 displayInfo() 를 먼저 찾기 때문이다. 하지만 @Override를 쓰지 않았을 경우, 자바는 이 메서드가 오버라이드의 목적이라는 것을 모르기 때문에 혹여나 실수로 인한 displayInfo() 를 displayInfoooo() 로 적어도 설계과정에서 에러경고를 띄우지 않는다. 그리고나서 displayInfo() 를 호출한다면, 자식에 displayInfo() 가 없기에 부모의 displayInfo() 를 가져오게 된다. 흔한 실수는 아니겠지만 프로그래밍시 의도하지 않은 문제를 발생시킬 확률을 원천 차단할 수 있으므로 오버라이딩의 의도로 코딩한다면 해당 annotation은 그냥 습관처럼 추가하는 것이 좋을 것 같다.

오버라이딩 시, 부모 클래스의 메서드보다 자식 클래스의 메서드 접근 제어자가 더 제한적일 수는 없다. 예를 들어, 부모 클래스에서 protected로 정의된 메서드는 자식 클래스에서 private으로 오버라이드할 수 없다.

또한, static, final, private 메서드는 오버라이딩할 수 없으며, 생성자 또한 오버라이드할 수 없다.

오버라이딩할 때는 부모 클래스와 자식 클래스의 메서드가 매개변수의 타입과 개수가 동일해야 한다.

super

super는 superclass의 super를 나타내며, 말 그대로 super 인스턴스를 가리킨다.

자신의 인스턴스를 가리키는 것은 this이다. this()가 생성자를 호출하는 것처럼, super()는 부모 클래스의 생성자를 호출한다.

부모 클래스와 extends된 자식 클래스로 생성된 인스턴스는 메모리에 (자식 인스턴스 + 부모 인스턴스)의 메모리 주소를 담는다. 부모 인스턴스도 생성되어야 자식 클래스에서 사용할 수 있기 때문에 메모리에는 두 정보가 모두 생성된다. 자바는 우리가 this나 super로 호출하지 않는 한, 메서드나 필드를 찾기 위해 자식 인스턴스를 먼저 방문하고, 그 후 부모를 방문한다.

  • super.메서드()를 호출하면 자식을 거쳐서 부모로 바로 이동한다.
  • this.메서드()를 호출하면 부모 클래스에 대한 검색은 이루어지지 않는다.

부모 클래스의 생성자가 기본 생성자(no parameter)라면, 자식 클래스의 생성자는 super()를 통해 부모 생성자를 자동으로 호출한다.

하지만 기본 생성자가 아닌 경우, 자식 생성자에서 super(파라미터);를 작성해 주어야 부모 생성자를 호출할 수 있다.

상속의 단점

지금까지 알아본 상속의 장점을 정리하자면 다음과 같다.

- 코드의 확장성, 재사용성 상승
- 중복된 코드 제거가능
- 객체지향 프로그래밍에서의 다형성

다만, 이러한 상속에도 단점이 존재하는데...

상속은 코드를 재사용하는 강력한 수단이지만, 항상 최선은 아니다. 잘못 사용하면 오류를 내기 쉬운 소프트웨어를 만들게 된다.
-이펙티브 자바 3판

1. 캡슐화를 깨뜨린다.

부모 클래스가 어떻게 구현되느냐에 따라 하위 클래스의 동작에 이상이 생길 수 있다.

이를 해결하려면 부모 클래스의 구현 내용을 알아야 하위 클래스에서 해결할 수 있고, 이러한 불필요한 구현 내용 노출은 캡슐화를 깨뜨리는 행위이다.

2. 부모 클래스의 필드와 메서드를 찾는데 불편함이 있다.

자식 클래스에서는 부모 클래스의 필드와 메소드는 보이지 않는다.

그러나 첫 번째 단점에서 설명했듯이 부모 클래스의 내부 구현을 알아야 할 일이 생긴다면, 부모 클래스에 가서 확인을 해야한다.

또한 부모의 필드를 이용할 때에도, 자식 클래스에는 해당 필드가 선언되어 있지 않은 형태이다보니 확인이 필요한 경우 불편함을 겪을 수 있다.

3. 부모 클래스의 변경이 자식 클래스에 영향을 미친다.

상속은 부모 클래스의 구현에 의존하기 때문에, 부모 클래스의 변경이 자식 클래스에 영향을 미칠 수 있다.

예를 들어, 부모 클래스에서 메서드를 수정하거나 새로운 메서드를 추가하거나 필드를 변경하면, 자식 클래스가 이를 상속받아 사용하는 경우 예상치 못한 동작이나 오류가 발생할 수 있다.

이러한 의존성은 시스템의 유지보수를 어렵게 만들고, 부모 클래스의 변경이 자식 클래스에 불필요한 영향을 미치게 된다.

// 부모 클래스 - Product
public class Product {
    private String name;
    private double price;

    public Product(String name, double price) {
        this.name = name;
        this.price = price;
    }

    public void displayInfo() {
        System.out.println("상품명: " + name);
        System.out.println("가격: " + price + "원");
    }

    // 부모 클래스에 새로운 메서드를 추가
    public void updatePrice(double newPrice) {
        this.price = newPrice;
    }
}

// 자식 클래스 - Book
public class Book extends Product {
    private String author;

    public Book(String name, double price, String author) {
        super(name, price);
        this.author = author;
    }

    @Override
    public void displayInfo() {
        super.displayInfo();
        System.out.println("저자: " + author);
    }
}

이때, Product 클래스에서 updatePrice 메서드를 추가했다고 가정해보자.

Book 클래스는 Product를 상속받았기 때문에, updatePrice 메서드를 자동으로 상속받는다. 

// 자식 클래스에서 부모의 메서드를 오버라이드하지 않으면
Book book = new Book("자바의 정석", 25000, "남궁성");
book.updatePrice(20000);  // 예상치 못한 가격 업데이트가 일어날 수 있음

이처럼 book 클래스는 원치않은 가격 변경 메서드를 상속 받는 바람에 예상치 못한 상황이 발생할 수 있다는 것이다.

결론

상속은 코드 재사용성과 확장성을 높여주는 개념이지만 잘못 사용하면 캡슐화의 훼손, 부모 클래스 변경에 따른 자식 클래스의 예상치 못한 영향 등 문제를 일으킬 수 있다.

따라서 상속을 사용할 때는 이러한 단점들을 충분히 고려하고, 필요에 따라 상속 대신 다른 설계 패턴을 사용하는 것도 좋은 선택이 될 수 있다.

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