C# 프로그래밍 - CH7 상속과 다형성

상속과 다형성

반복을 줄이기 위해 만들어진 방법

상속과 다형성을 사용하지 않은 예

Dog 클래스

class Dog
{
    public int Age { get; set; }
    public string Color { get; set; }

    public Dog() { this.Age = 0; }

    public void Eat() { Console.WriteLine("냠냠 먹습니다"); }
    public void Sleep() { Console.WriteLine("쿨쿨 잠을 잡니다"); }
    public void Bark() { Console.WriteLine("왈왈 짖습니다"); }
}

Cat 클래스

class Cat
{
    public int Age { get; set; }

    public Cat() { this.Age = 0; }

    public void Eat() { Console.WriteLine("냠냠 먹습니다"); }
    public void Sleep() { Console.WriteLine("쿨쿨 잠을 잡니다"); }
    public void Meow() { Console.WriteLine("냥냥 웁니다"); }
}

Dog 클래스와 Cat 클래스의 인스턴스를 만들고 메서드 실행

static void Main(string[] args)
{
    List<Dog> Dogs = new List<Dog>() { new Dog(), new Dog(), new Dog() };
    List<Cat> Cats = new List<Cat>() { new Cat(), new Cat(), new Cat() };

    foreach (var item in Dogs)
    {
        item.Eat();
        item.Sleep();
        item.Bark();
    }

    foreach (var item in Cats)
    {
        item.Eat();
        item.Sleep();
        item.Meow();
    }
}

문제 → 의미 없이 반복되는 부분이 굉장히 많음 (유지보수에도 적합하지 않음)

해결책 → 상속과 다형성

상속

자식 클래스``:``부모 클래스

클래스 사이에 부모 자식 관계를 정의하는 작업

Animal 클래스 (부모 클래스)

class Animal
{
    public int Age { get; set; }

    public void Animal() { this.Age = 0; }

    public void Eat() { Console.WriteLine("냠냠 먹습니다."); }
    public void Sleep() { Console.WriteLine("쿨쿨 잠을 잡니다"); }
}

Dog 클래스와 Cat 클래스 (자식 클래스)

class Dog : Animal
{
    public string Color { get; set; }

    public void Bark() { Console.WriteLine("왈왈 짖습니다."); }
}

class Cat : Animal
{
    public void Meow() { Console.WriteLine("냥냥 웁니다."); }
}

자식 클래스는 부모 클래스의 public 또는 protected 멤버에 접근할 수 있음

다른 접근 제한자

접근 제한자	내부 클래스	외부 클래스	파생 클래스	프로젝트
public	O	O	O	O
internal	O	O	O
protected	O		O
private	O
protected internal	O	같은 어셈블리 안에 있을 때 접근 가능	O

base 키워드

부모 자식 간 멤버 이름이 겹치는 등의 특수한 이유(하이딩 등)로 인해 부모의 메서드에 접근할 수 없을 때,

this 키워드와 같은 형태로 base 키워드를 사용함

this가 자신을 나타내는 키워드라면 base는 부모를 나타내는 키워드임

protected 접근 제한자

private 과 비슷하지만 상속한 클래스(파생 클래스)에서는 접근할 수 있음

다형성

하나의 클래스가 여러 형태로 변환될 수 있는 성질 (=자식 클래스가 부모 클래스로 위장하는 것)

Animal dog = new Dog();
Animal cat = new Cat();

실제 들어있는 것은 각각 Dog과 Cat이지만, 외관상으로는 Animal 클래스이므로 사용할 수 있는 멤버는 Animal 클래스의 멤버 뿐임

부모 클래스로 위장함으로써 얻을 수 있는 효익

하나의 Animal 배열 또는 리스트에 여러 Dog 클래스와 Cat 클래스를 넣을 수 있음

List<Animal> Animals = new List<Animal>()
{
    new Dog(), new Cat(), new Cat(), new Dog(),
    new Dog(), new Cat(), new Dog(), new Dog()
};

foreach (var item in Animals)
{
    item.Eat();
    item.Sleep();
}

부모 클래스로 위장한 자식이 자식 클래스에 있는 메서드를 사용하려면?

자식 클래스로 자료형 변환을 해주어야 함

최상위 클래스

C#에서 만드는 모든 클래스는 Object 라는 클래스의 상속을 받게 됨

즉, 다형성을 활용하여 다음과 같이 사용할 수 있음

List<Object> listOfObject = new List<Object>();
listOfObject.Add(new Dog());
listOfObject.Add(new Cat());

마찬가지로 int, float 자료형 등도 모두 Object 클래스의 상속을 받으므로 다음과 같이 사용할 수도 있음

List<Object> listOfObject = new List<Object>();
listOfObject.Add(new Dog());
listOfObject.Add(new Cat());
listOfObject.Add(52);
listOfObject.Add(52.273f);

is 키워드

객체 is 클래스

특정한 객체가 어떤 클래스인지 확인하기 위한 키워드

static void Main(string[] args)
{
    List<Animal> Animals = new List<Animal>() { };

    foreach (var item in Animals)
    {
        item.Eat();
        item.Sleep();

        if (item is Dog) { }
        if (item is Cat) { }
    }
}

변수 item 이 Dog 클래스라면 다음의 경우 모두 true 를 출력하게 됨

item is Dog
item is Animal
item is Object

일반적인 자료형 변환

(클래스) 변수

변환에 실패하면 예외가 발생함

foreach (var item in Animals)
{
    item.Eat();
    item.Sleep();

    if (item is Dog) { ((Dog)item).Bark(); }
    if (item is Cat) { ((Cat)item).Meow(); }
}

as 키워드로 자료형 변환

변수 as 클래스

변환에 실패하면 null 을 넣어줌

foreach (var item in Animals)
{
    item.Eat();
    item.Sleep();

    var dog = item as Dog;
    if (dog!=null) { dog.Bark(); }

    var cat = item as Cat;
    if (cat!=null) { cat.Meow(); }
}

상속의 생성자

자식 인스턴스를 생성하면, 부모가 가지고 있는 멤버의 초기화를 위해 부모 생성자도 자동으로 호출됨

이 때, 호출되는 순서는 부모 생성자 → 자식 생성자 임

부모 생성자 호출을 명시적으로 지정하고 싶을 때는 base() 키워드를 사용함

다음과 같이 부모 생성자가 오버로딩되어있는 경우가 한 가지 예라고 할 수 있음

class Program
{
    class Parent
    {
        public Parent() { Console.WriteLine("Parent()"); }
        public Parent(int param) { Console.WriteLine("Parent(int param)"); }
        public Parent(string param) { Console.WriteLine("Parent(string param)"); }
    }

    class Child : Parent
    {
        public Child() : base(10)
        {
            Console.WriteLine("Child() : base(10)");
        }

        public Child(string input) : base(input)
        {
            Console.WriteLine("Child(string input) : base(input)");
        }
    }

    static void Main(string[] args)
    {
        Child childA = new Child();
        Child childB = new Child("string");
    }
}

클래스 변수 상속

클래스 변수는 상속되어도 부모 자식 클래스 간 공유되는 개념이기 때문에 각 클래스에서 같은 변수에 대해 같은 조작을 가하게 되면 변동값은 두 배가 된다.

섀도잉과 하이딩

변수에 같은 이름을 사용하면 이름 충돌이 발생하게 됨

이름 재사용의 종류는 다음과 같음

1. 오버로딩

2. 오버라이딩

3. 섀도잉

4. 하이딩

5. 업스큐어링

이름을 재사용하면 코드를 이해하기 힘들어지므로 지양하는 것이 좋음

섀도잉

변수의 이름이 겹치면 자신과 가장 가까운 변수를 사용하게 됨

즉, 다음과 같은 경우 출력되는 number 는 메서드 내부의 변수 number 임

class Program
{
    public static int number = 10;

    static void Main(string[] args)
    {
        int number = 20;
        Console.WriteLine(number);
    }
}

이렇듯 특정한 영역에서 이름이 겹쳐 다른 변수를 가리는 것을 섀도잉 이라고 부름

어떤 대상이 섀도잉되면 일반적인 방법으로는 가려진 변수에 접근할 수 없음

하이딩

부모 클래스와 자식 클래스 간 동일한 이름의 멤버가 생성되었을 시 섀도잉과 같은 현상이 일어나는 것을 하이딩이라고 부름

즉, 다음과 같은 경우 출력되는 variable 은 자식 클래스의 변수 variable 임

class Program
{
    class Parent
    {
        public int variable = 273;
    }

    class Child : Parent
    {
        public string variable = "hiding";
    }

    static void Main(string[] args)
    {
        Child child = new Child();
        Console.WriteLine(Child.variable);
    }
}

하이딩을 하게 되면 정상적인 상속을 막아버릴 수 있음

이 경우 만약 부모 클래스에 있는 int 자료형의 변수를 사용하고 싶다면,

다음과 같이 부모로 자료형을 변환한 후 사용하면 됨

static void Main(string[] args)
{
    Child child = new Child();
    Console.WriteLine(((Parent)child).variable);
}

메서드 하이딩

메서드는 변수와 다르게 충돌이 발생할 때 하이딩할지 오버라이딩할지를 결정할 수 있음

하이딩과 오버라이딩

부모 클래스와 자식 클래스 멤버의 이름을 동일하게 작성할 때 하이딩 또는 오버라이딩이 일어나므로 두 경우를 명확하게 구분해주어야 함

하이딩은 멤버 전체(변수, 메서드 등)에서 모두 일어나지만, 오버라이딩은 메서드와 관련되어서만 일어남

new 메서드를 사용한 하이딩

하이딩 = 같은 이름으로 멤버를 만들어 부모의 멤버를 숨기는 것

숨겨져 있을 뿐이므로 클래스형을 변환하는 등의 작업을 하면 숨겨진 멤버를 찾을 수 있음

class Program
{
    class Parent
    {
        public int variable = 273;
        public void Method()
        {
            Console.WriteLine("부모의 메서드");
        }
    }

    class Child
    {
        public new string variable = "hiding";
        public new void Method()
        {
            Console.WriteLine("자식의 메서드");
        }
    }

    static void Main(string[] args)
    {
        Child child = new Child();
        child.Method();
        ((Parent).child).Method();
    }
}

new 키워드를 적지 않으면 경고가 발생하지만 실행은 됨

virtual 메서드와 override 메서드를 사용한 오버라이딩

오버라이딩 = 부모의 메서드를 덮어씌우는 것

자식의 메서드가 부모의 메서드를 완전히 덮어씌워버리므로, 부모로 클래스형을 변환한다해도 자식에서 다시 정의한 메서드가 호출됨

class Program
{
    class Parent
    {
        public virtual void Method()
        {
            Console.WriteLine("부모의 메서드");
        }
    }

    class Child : Parent
    {
        public override void Method()
        {
            Console.WriteLine("자식의 메서드");
        }
    }

    static void Main(string[] args)
    {
        Child child = new Child();
        child.Method();
        ((Parent)child).Method();
    }
}

하이딩과 오버라이딩의 활용

class Animal
{
    public virtual void Eat()
    {
        Console.WriteLine("냠냠 먹습니다.");
    }
}

class Dog : Animal
{
    public new void Eat()   // 하이딩
    {
        Console.WriteLine("강아지 사료를 먹습니다.");
    }
}

class Cat : Animal
{
    public override void Eat()  // 오버라이딩
    {
        Console.WriteLine("고양이 사료를 먹습니다.");
    }
}

static void Main(string[] args)
{
    List<Animal> Animals = new List<Animal>()
    {
        new Dog(), new Cat(), new Cat(), new Dog(),
        new Dog(), new Cat(), new Dog(), new Dog()
    };

    foreach (var item in Animals)
    {
        item.Eat();
    }
}

냠냠 먹습니다.
고양이 사료를 먹습니다.
고양이 사료를 먹습니다.
냠냠 먹습니다.
냠냠 먹습니다.
고양이 사료를 먹습니다.
냠냠 먹습니다.
냠냠 먹습니다.

상속과 오버라이딩 제한

클래스에 절대 상속하지 말라거나 반드시 상속하라는 정보를 입력하는 것

또한, 메서드에 더 이상 오버라이딩하지 말라거나 무조건 오버라이딩해달라는 정보를 입력하는 것

sealed 키워드

클래스 → 절대 상속하지 말 것

class Program
{
    sealed class Parent
    {
        public void Test() { }
    }

    class Child : Parent    // 오류 발생
    {
        public void Test() { }
    }
}

메서드 → 더 이상 오버라이딩하지 말 것

class Parent
{
    public virtual void Test() { }
}

class Child : Parent
{
    sealed public override void Test() { }
}

class GrandChild : Child
{
    public override void Test() { }     // 오류 발생
}

abstract 키워드

클래스 → 반드시 상속해서 쓸 것

해당 클래스 자체는 인스턴스를 만들어 사용할 수 없게 됨

class Program
{
    abstract class Parent
    {
        public void Test() { }
    }

    class Child : Parent
    {
        public void Test() { }
    }

    static void Main(string[] args)
    {
        Parent parent = new Parent();   // 오류 발생
        Child child = new Child();
    }
}

메서드 → 반드시 오버라이딩할 것

abstract 키워드를 메서드에 적용하려면 반드시 클래스에도 abstract 키워드를 적용해야 함

abstract 키워드를 적용한 메서드에는 { } 를 적지 않고 곧바로 세미콜론을 찍음 → 어차피 상속해서 사용할 것이므로 내용을 적지 않는 것

abstract class Parent
{
    public abstract void Test();
}

class Child : Parent
{
    public override void Test() { }     // 이처럼 오버라이딩해주면 오류가 발생하지 않음
}

abstract 키워드를 적용했다면 virtual 키워드는 적어주지 않아도 됨 (입력 시 오류 발생)