• 20230109 ~ 20230113

• 2023 시나공 정보처리기사 필기

3장 애플리케이션 설계

Section 21. 소프트웨어 아키텍처

21-1. 소프트웨어 아키텍처의 설계

• 소프트웨어 아키텍처는 소프트웨어의 골격이 되는 기본 구조이자, 소프트웨어를 구성하는 요소들 간의 관계를 표현하는 시스템의 구조 또는 구조체

• 소프트웨어 개발 시 적용되는 원칙과 지침

• 이해 관계자들의 의사소통 도구로 활용된다.

• 소프트웨어 아키텍처의 설계는 기본적으로 좋은 품질을 유지하면서 사용자의 비기능적 요구사항으로 나타난 제약을 반영하고, 기능적 요구사항을 구현하는 방법을 찾는 해결 과정

  • 기능적 / 비기능적 요구사항

    • 기능적 요구사항

      • 시스템이 갖춰야할 필수적 기능에 대한 요구사항

    • 비기능적 요구사항

      • 품질, 제약사항에 관한 요구사항

    • Section 6. 요구사항 정의 참조

• 애플리케이션의 분할 방법 / 분할된 모듈에 할당될 기능 / 모듈 간의 인터페이스 등을 결정

• 소프트웨어 아키텍처 설계의 기본 원리 :
  모듈화 / 추상화 / 단계적 분해 / 정보 은닉

※ 상위 설계와 하위 설계

• 소프트웨어 개발의 설계 단계는 크게 상위 설계와 하위 설계로 구분할 수 있다.

  	상위 설계	하위 설계
  별칭	아키텍처 설계, 예비 설계	모듈 설계, 상세 설계
  설계 대상	시스템의 전체적인 구조	시스템의 내부 구조 및 행위
  세부 목록	구조, DB, 인터페이스	컴포넌트, 자료 구조, 알고리즘

21-2. 모듈화(Modularity)

• 소프트웨어의 성능 향상 / 시스템의 수정 및 재사용, 유지 관리 등의 용이를 위해 시스템의 기능들을 모듈 단위로 나누는 것

  • 모듈(Module)

    • 모듈화를 통해 분리된 시스템의 각 기능들

    • 서브루틴 / 서브시스템 / 소프트웨어 내의 프로그램 / 작업 단위 등과 같은 의미로 사용된다.

    • Section 25. 모듈 참조

• 자주 사용되는 기능들(계산식, 사용자 인증 등)을 공통 모듈로 구성하여 프로젝트의 재사용성 향상 가능

• 모듈의 크기를 너무 작게 나누면 개수가 많아져 모듈 간의 통합 비용이 상승

• 모듈의 크기를 너무 크게 나누면 개수가 적어 통합 비용은 하락하지만 모듈 하나의 개발 비용이 상승

• 모듈화를 통해 기능의 분리가 가능하여 인터페이스가 단순해진다.

• 모듈화를 통해 프로그램의 효율적인 관리가 가능

• 모듈화를 통해 오류의 파급 효과 최소화 가능

21-3. 추상화(Abstraction)

• 문제의 전체적이고 포괄적인 개념을 설계한 후 차례로 세분화하여 구체화시켜 나가는 것

• 인간이 복잡한 문제를 다룰 때 가장 기본적으로 사용하는 방법

• 완전한 시스템을 구축하기 전 유사 모델을 만들어 여러 가지 요인들을 테스트 가능

• 최소의 비용으로 실제 상황에 대처 가능

• 시스템의 구조 및 구성을 대략적으로 파악 가능

• 추상화의 유형

  • 제어 / 과정 / 자료(데이터)가 있다.[제과자]

  • 과정 추상화

    • 자세한 수행 과정을 정의하지 않고, 전반적인 흐름만 파악할 수 있게 설계

  • 데이터 추상화

    • 데이터의 세부 속성이나 용도를 정의하지 않고, 데이터 구조를 대표할 수 있는 표현으로 대체

  • 제어 추상화

    • 이벤트 발생의 정확한 절차나 방법을 정의하지 않고, 대표할 수 있는 표현으로 대체

21-4. 단계적 분해(Stepwise Refinement)

• Niklaus Wirth에 의해 제안된 하향식 설계 전략

• 문제를 상위의 중요 개념으로부터 하위의 개념으로 구체화시키는 분할 기법

• 대략적인 설계에서 점차 세부적인 설계로 넘어가는 것

• 추상화의 반복에 의해 세분화

• 소프트웨어의 기능에서부터 시작하여 점차적으로 구체화

• 알고리즘, 자료 구조 등 상세한 내역은 가능한 뒤로 미루어 진행

21-5. 정보 은닉(Information Hiding)

• 한 모듈 내부에 포함된 절차와 자료들의 정보가 감추어져 다른 모듈이 접근하거나 변경하지 못하도록 하는 기법

• 어떤 모듈이 소프트웨어 기능을 수행하는데 반드시 필요한 기능이 있어 정보 은닉된 모듈과 커뮤니케이션할 필요가 있을 때는 필요한 정보만 인터페이스를 통해 주고 받는다.

• 정보 은닉을 통해 모듈을 독립적으로 수행 가능하고, 하나의 모듈이 변경되어도 다른 모듈에 영향을 주지 않아 수정 / 시험 / 유지보수가 용이하다.

21-6. 소프트웨어 아키텍처의 품질 속성

• 소프트웨어 아키텍처가 이해 관계자들이 요구하는 수준의 품질을 유지 및 보장할 수 있게 설계되었는지를 확인하기 위해 품질 평가 요소들을 시스템 측면 / 비즈니스 측면 / 아키텍처 측면으로 구분하여 구체화시켜 놓은 것

• 시스템 측면

  • 성능

    • 사용자의 요청과 같은 이벤트가 발생했을 때, 이를 적절하고 빠르게 처리하는 것

  • 보안

    • 허용되지 않은 접근을 막고, 허용된 접근에는 적절한 서비스를 제공하는 것

  • 가용성

    • 장애 없이 정상적으로 서비스를 제공하는 것

  • 기능성

    • 사용자가 요구한 기능을 만족스럽게 구현하는 것

  • 사용성

    • 사용자가 소프트웨어를 사용하는데 헤매지 않도록 명확하고 편리하게 구현하는 것

  • 변경 용이성

    • 소프트웨어가 처음 설계 목표와 다른 하드웨어나 플랫폼에서도 동작할 수 있도록 구현하는 것

  • 확장성

    • 시스템의 용량, 처리능력 등을 확장시켰을 때 이를 효과적으로 활용할 수 있도록 구현하는 것

  • 기타 속성

    • 테스트 용이성 / 배치성 / 안정성 등

• 비즈니스 측면

  • 시장 적시성

    • 정해진 시간에 맞춰 프로그램을 출시하는 것

  • 비용과 혜택

    • 개발 비용을 더 투자하여 유연성이 높은 아키텍처를 만들 것인지를 결정하는 것

    • 유연성이 떨어지는 경우 유지보수에 많은 비용이 소모될 수 있다는 것을 고려해야 한다.

  • 예상 시스템 수명

    • 시스템을 얼마나 오랫동안 사용할 것인지를 고려하는 것

    • 수명이 길어야 한다면 시스템 품질의 '변경 용이성', '확장성'을 중요하게 고려해야 한다.

  • 기타 속성

    • 목표 시장 / 공개 일정 / 기존 시스템과의 통합 등

• 아키텍처 측면

  • 개념적 무결성

    • 전체 시스템과 시스템을 이루는 구성요소들 간의 일관성을 유지하는 것

  • 정확성 / 완결성

    • 요구사항과 요구사항을 구현하기 위해 발생하는 제약사항들을 모두 충족시키는 것

  • 구축 가능성

    • 모듈 단위로 구분된 시스템을 적절하게 분배하여 유연하게 일정을 변경할 수 있도록 하는 것

  • 기타 속성

    • 변경성 / 시험성 / 적응성 / 일치성 / 대체성 등

21-7. 소프트웨어 아키텍처의 설계 과정

• 설계 목표 설정 -> 시스템 타입 결정 -> 아키텍처 패턴 적용 -> 서브시스템 구체화 -> 검토 순으로 진행

  • 아키텍처 패턴

    • 여러 다양한 상황에서 아키텍처 설계 중에 발생하는 문제들을 해결하기 위해 미리 만들어 놓은 전형적인 해결방식 또는 예제

    • 아키텍처 패턴을 선택하고 이를 참조하여 표준 아키텍처를 설계한다.

    • Section 22. 아키텍처 패턴 참조

1. 설계 목표 설정

   • 시스템의 개발 방향을 명확히 하기 위해 설계에 영향을 주는 비즈니스 목표, 우선순위 등의 요구사항을 분석 -> 전체 시스템의 설계 목표를 설정한다.

2. 시스템 타입 결정

   • 시스템과 서브시스템의 타입을 결정

   • 설계 목표와 함께 시스템 타입을 고려하여 아키텍처 패턴을 선택

3. 아키텍처 패턴 적용

   • 아키텍처 패턴을 참조하여 시스템의 표준 아키텍처를 설계한다.

4. 서브시스템 구체화

   • 서브시스템의 기능 및 서브시스템 간의 상호작용을 위한 동작과 인터페이스 정의

5. 검토

   • 아키텍처가 설계 목표에 부합하는지 / 요구사항이 잘 반영되었는지 / 설계의 기본 원리를 만족하는지 등을 검토

※ 시스템 타입 / 협약에 의한 설계

• 시스템 타입

  • 일반적으로 네 가지 타입으로 나눌 수 있다.

  • 대화형 시스템

    • 사용자의 요구가 발생하면 시스템이 이를 처리하고 반응하는 시스템

    • 온라인 쇼핑몰 등, 대부분의 웹 애플리케이션

  • 이벤트 중심 시스템

    • 외부의 상태 변화에 따라 동작하는 시스템

    • 전화, 비상벨 등의 내장 소프트웨어

  • 변환형 시스템

    • 데이터가 입력되면 정해진 작업들을 수행하여 결과를 출력하는 시스템

    • 컴파일러, 네트워크 프로토콜 등

  • 객체 영속형 시스템

    • 데이터베이스를 사용하여 파일을 효과적으로 저장 / 검색 / 갱신 가능한 시스템

    • 서버 관리 소프트웨어

• 협약(Contract)에 의한 설계

  • 컴포넌트를 설계할 때 클래스에 대한 여러 가정을 공유할 수 있도록 명세한 것

  • 소프트웨어 컴포넌트에 대한 정확한 인터페이스를 명시

  • 협약에 의한 설계 시 명세에 포함될 조건에는 선행 조건 / 결과 조건 / 불변 조건이 있다.

    • 선행 조건(Precondition) :
      오퍼레이션이 호출되기 전에 참이 되어야 할 조건

    • 결과 조건(Postcondition) :
      오퍼레이션이 수행된 후 만족되어야 할 조건

    • 불변 조건(Invariant) :
      오퍼레이션이 실행되는 동안 항상 만족되어야 할 조건

※ 설계 방식의 종류

• 객체지향 설계

  • 객체지향 설계 원칙을 기반으로 하여 소프트웨어를 설계하는 방식

• 데이터 흐름 설계

  • 프로세스와 프로세스 간의 데이터 흐름에 중점을 두고 소프트웨어를 설계하는 방식

• 상향식 설계

  • 최하위 수준에서 각각의 모듈을 설계하고, 완성된 모듈을 결합해 가면서 설계하는 방식

• 하향식 설계

  • 제일 상위에 있는 main user function에서 시작하여 기능을 하위 기능들로 분할해 가면서 설계하는 방식

Section 22. 아키텍처 패턴

22-1. 아키텍처 패턴(Patterns)의 개요

• 아키텍처를 설계할 때 참조할 수 있는 전형적인 해결 방식 또는 예제

• 소프트웨어 시스템의 구조를 구성하기 위한 기본적인 윤곽을 제시

• 서브시스템들과 그 역할이 정의되어 있으며, 서브시스템 사이의 관계와 여러 규칙·지침 등이 포함되어 있다.

• 아키텍처 스타일 또는 표준 아키텍처라고도 한다.

• 아키텍처 패턴의 장점

  • 시행착오를 줄여 개발 시간을 단축시킨다.

  • 고품질의 소프트웨어를 생산한다.

  • 검증된 구조로 개발하기 때문에 안정적인 개발이 가능

  • 이해관계자들이 공통된 아키텍처를 공유할 수 있어 의사소통이 간편해진다.

  • 시스템 구조를 이해하는 것이 쉬워 개발에 참여하지 않은 사람도 손쉽게 유지보수를 수행할 수 있다.

  • 시스템의 특성을 개발 전에 예측하는 것이 가능

• 아키텍처 패턴의 종류 :
  레이어 패턴 / 클라이언트-서버 패턴 / 파이프-필터 패턴 / 모델-뷰-컨트롤러 패턴 등

22-2. 레이어 패턴(Layers Pattern)

• 시스템을 계층(Layer)으로 구분하여 구성하는 고전적인 방법

• 각각의 서브시스템들이 계층 구조를 이룬다.

• 하위 계층은 상위 계층에 대한 서비스 제공자가 된다.

• 상위 계층은 하위 계층의 클라이언트가 된다.

• 서로 마주보는 두 개의 계층 사이에서만 상호작용이 이루어진다.

• 변경 사항을 적용할 때도 서로 마주보는 두 계층에만 영향을 미치므로 변경 작업이 용이하다.

• 특정 계층만을 교체해 시스템을 개선하는 것이 가능하다.

• 대표적으로 OSI 참조 모델이 있다.

  • OSI 참조 모델

    • 국제표준화기구(ISO)에서 네트워크 프로토콜을 계층별로 구분한 모델

    1. 물리 계층

    2. 데이터 링크 계층

    3. 네트워크 계층

    4. 전송 계층

    5. 세션 계층

    6. 표현 계층

    7. 응용 계층

       으로 구성되어 있다.

22-3. 클라이언트-서버 패턴(Client-Server Pattern)

• 하나의 서버 컴포넌트와 다수의 클라이언트 컴포넌트로 구성되는 패턴

  • 컴포넌트(Component)
    • 독립적인 업무 또는 기능을 수행하는 실행코드 기반으로 작성된 모듈

• 사용자는 클라이언트와만 의사소통을 한다.

• 사용자가 클라이언트를 통해 서버에 요청하고 클라이언트가 응답을 받아 사용자에게 제공하는 방식으로 서비스를 제공

• 서버는 클라이언트의 요청에 대비해 항상 대기 상태를 유지해야 한다.

• 클라이언트나 서버는 요청과 응답을 받기 위해 동기화되는 경우를 제외하고는 서로 독립적이다.

22-4. 파이프-필터 패턴(Pipe-Filter Pattern)

• 데이터 스트림 절차의 각 단계를 필터(Filter) 컴포넌트로 캡슐화하여 파이프(Pipe)를 통해 데이터를 전송하는 패턴

  • 데이터 스트림(Data Stream)
    • 데이터가 송·수신되거나 처리되는 일련의 연속적인 흐름

• 시스템이 파이프처럼 연결되어 있어 앞 시스템의 처리 결과물을 파이프를 통해 전달받아 처리한 후 그 결과물을 다시 파이프를 통해 다음 시스템으로 넘겨주는 패턴을 반복하는 것

• 필터 컴포넌트는 재사용성이 좋고 추가가 쉬워 확장이 용이하다.

• 필터 컴포넌트들을 재배치하여 다양한 파이프라인을 구축하는 것이 가능

  • 파이프라인(Pipeline)
    • 필터와 파이프를 통해 처리되는 일련의 연속적인 흐름

• 데이터 변환 / 버퍼링 / 동기화 등에 주로 사용

• 필터 간 데이터 이동 시 데이터 변환으로 인한 오버헤드가 발생

  • 오버헤드(Overhead)
    • 어떤 처리를 하기 위해 들어가는 간접적인 처리 시간·메모리 등

대표적으로 UNIX의 쉘(Shell)이 있다.

22-5. 모델-뷰-컨트롤러 패턴(Model-View-Controller Pattern)

• 서브시스템을 3개의 부분으로 구조화하는 패턴

• 모델(Model) : 서브시스템의 핵심 기능과 데이터를 보관

• 뷰(View) : 사용자에게 정보를 표시

• 컨트롤러(Controller) : 사용자로부터 입력된 변경 요청을 처리하기 위해 모델에게 명령 전송

• 모델 : 보관 / 컨트롤러(제어) : 변경 / 뷰 : 표시

• 각 부분은 별도의 컴포넌트로 분리되어 있어 서로 영향을 받지 않고 개발 작업 수행 가능

• 여러 개의 뷰를 만들 수 있으므로 한 개의 모델에 대해 여러 개의 뷰를 필요로 하는 대화형 애플리케이션에 적합

  • 대화형 애플리케이션

    • 사용자의 요구가 발생하면 시스템이 이를 처리하고 반응하는 소프트웨어

    • 온라인 쇼핑몰 사이트, 스마트폰 앱 등

• MVC 패턴이라고도 부른다.

22-6. 기타 패턴

• 마스터-슬레이브 패턴(Master-Slave Pattern)

  • 마스터 컴포넌트는 동일한 구조의 슬레이브 컴포넌트로 작업을 분할한 후, 슬레이브 컴포넌트에서 처리된 결과물을 다시 돌려받는 방식으로 작업을 수행하는 패턴

  • 마스터 컴포넌트는 모든 작업의 주체

  • 슬레이브 컴포넌트는 마스터 컴포넌트의 지시에 따라 작업을 수행하여 결과를 반환

  • 주의 : 마스터 프로세스는 작업을 분할한 후, 슬레이브 프로세스를 제어할 수 없다.

  • 장애 허용 시스템, 병렬 컴퓨팅 시스템 등

    • 장애 허용 시스템(Fault Tolerance System)
      • 시스템의 일부가 결함 또는 고장으로 기능이 정지되더라도 해당 부분의 기능만 수행이 불가능할 뿐 전체 시스템은 정상적으로 수행이 가능한 시스템

• 브로커 패턴(Broker Pattern)

  • 사용자가 원하는 서비스와 특성을 브로커 컴포넌트에 요청하면 브로커 컴포넌트가 요청에 맞는 컴포넌트와 사용자를 연결해준다.

  • 원격 서비스 호출에 응답하는 컴포넌트들이 여러 개 있을 때 적합한 패턴

  • 분산 환경 시스템 등

• 피어-투-피어 패턴(Peer-To-Peer Pattern)

  • 피어(Peer)를 하나의 컴포넌트로 간주

  • 각 피어는 서비스를 호출하는 클라이언트가 될 수도, 서비스를 제공하는 서버가 될 수도 있는 패턴

  • 피어-투-피어 패턴에서 클라이언트와 서버는 전형적인 멀티스레딩 방식을 사용한다.

    • 멀티스레딩(Multi Threading)
      • 프로세스를 두 개 이상의 실행 단위로 구분하여 자원을 공유하며 병렬로 수행하는 기능

• 이벤트-버스 패턴(Event-Bus Pattern)

  • 소스가 특정 채널에 이벤트 메시지를 발행(Publish)하면 해당 채널을 구독(Subscribe)한 리스너들이 메시지를 받아 이벤트를 처리하는 패턴

    • 메시지(Message)

      • 객체들 간에 상호작용을 하는 데 사용되는 수단

      • 객체에게 어떤 행위를 하도록 지시하는 명령 또는 요구사항

  • 4가지 주요 컴포넌트

    • 소스(Source) : 이벤트를 생성

    • 리스너(Listener) : 이벤트를 수행

    • 채널(Channel) : 이벤트의 통로

    • 버스(Bus) : 채널들을 관리

• 블랙보드 패턴(Blackboard Pattern)

  • 모든 컴포넌트들이 공유 데이터 저장소와 블랙보드 컴포넌트에 접근이 가능한 패턴

  • 컴포넌트들은 검색을 통해 블랙보드에서 원하는 데이터를 찾을 수 있다.

  • 해결책이 명확하지 않은 문제를 처리하는데 유용한 패턴

  • 음성 인식, 차량 식별, 신호 해석 등

• 인터프리터 패턴(Interpreter Pattern)

  • 프로그램 코드의 각 라인을 수행하는 방법을 지정하고, 기호마다 클래스를 갖도록 구성된다.

  • 특정 언어로 작성된 프로그램 코드를 해석하는 컴포넌트를 설계할 때 사용된다.

  • 객체지향 컴파일러 구현, 도메인 특화 언어 등 참고1 참고2

Section 23. 객체지향(Object-Oriented)

23-1. 객체지향의 개요

• 현실 세계의 개체(Entity)를 기계의 부품처럼 하나의 객체(Object)로 만들어, 부품을 조립하여 제품을 만들 듯이 소프트웨어를 개발할 때에도 객체들을 조립해서 작성할 수 있는 기법

  • 현실 세계의 개체(Entity)

    • 우리 주위에 사용되는 물질적이거나 개념적인 것

    • 명사로 사용된다.

• 구조적 기법의 문제점으로 인한 소프트웨어 위기의 해결책으로 채택되어 사용되고 있다.

  • 구조적 기법

    • 프로그램을 작성할 때, 알고리즘을 세분화해 계층적인 구조가 되도록 설계하는 기법 참고

    • 순서

      • 프로시저에 근간을 두고 하나의 커다란 작업을 여러 개의 작은 작업으로 분할한다.

      • 분할된 각각의 소작업을 수행하는 모듈을 작성한다.

      • 각 모듈을 한 곳에 모아 큰 작업을 수행하는 하나의 완벽한 프로그램으로 작성한다.

    • 구조적 기법의 문제점

      • 유지보수는 고려하지 않고 개발 공정에 지나치게 집중한다.

      • 개발이 시작된 이후 추가적인 요구사항에 대응하기 어렵다.

      • 재사용이 어려워 이전에 개발한 소프트웨어와 유사한 소프트웨어를 다시 개발할 때도 시간과 인력이 동일하게 소모된다.

  • 소프트웨어 위기 참고

    • 급격한 컴퓨터 계산 용량과 문제의 복잡성이 급격히 증가함에 따라 발생한 충격을 서술하기 위하여 사용된 용어이다.

    • 제한된 시간에 유용하고 효율적인 컴퓨터 프로그램을 작성하는 어려움을 뜻한다.

• 소프트웨어의 재사용 및 확장이 용이하여 고품질의 소프트웨어를 빠르게 개발할 수 있고 유지보수가 쉽다.

• 복잡한 구조를 단계적·계층적으로 표현

• 멀티미디어 데이터 및 병렬 처리를 지원

• 현실 세계를 모형화하므로 사용자와 개발자가 쉽게 이해할 수 있다.

• 주요 구성 요소와 개념

  • 객체(Object) / 클래스(Class) / 캡슐화(Encapsulation) / 상속(Inheritance) / 다형성(Polymorphism) / 연관성(Relationship)

23-2. 객체(Object)

• 데이터와 데이터를 처리하는 함수를 묶어 놓은(캡슐화한) 하나의 소프트웨어 모듈

• 데이터

  • 객체가 가지고 있는 정보

  • 속성 / 상태 / 분류 등을 나타낸다.

  • 속성(Attribute) / 상태 / 변수 / 상수 / 자료 구조라고도 한다.

• 함수

  • 객체가 수행하는 기능

  • 객체가 갖는 데이터(속성, 상태)를 처리하는 알고리즘

  • 객체의 상태를 참조하거나 변경하는 수단이 되는 것

  • 메소드(Method, 행위) / 서비스(Service) / 동작(Operation) / 연산이라고도 한다.

• 객체의 특성

  • 객체는 독립적으로 식별 가능한 이름을 가지고 있다.

  • 객체가 가질 수 있는 조건을 상태(State)라고 하는데, 일반적으로 상태는 시간에 따라 변한다.

  • 객체와 객체는 상호 연관성에 의한 관계가 형성된다.

  • 객체가 반응할 수 있는 메시지(Message)의 집합을 행위라고 하며, 객체는 행위의 특징을 나타낼 수 있다.

  • 객체는 일정한 기억장소를 가지고 있다.

• 객체의 메소드는 다른 객체로부터 메시지를 받았을 때 정해진 기능을 수행한다.

23-3. 클래스(Class)

• 공통된 속성과 연산(행위)을 갖는 객체의 집합

• 객체의 일반적인 타입(Type)을 의미한다.

• 하나 이상의 유사한 객체를 묶어서 하나의 공통된 특성을 표현한 것

• 각각의 객체들이 갖는 속성과 연산을 정의하고 있는 틀

• 객체지향 프로그램에서 데이터를 추상화하는 단위

• 인스턴스(Instance) : 클래스에 속한 각각의 객체

• 인스턴스화(Instantiation) : 클래스로부터 새로운 객체를 생성하는 것

• 동일 클래스에 속한 각각의 객체(인스턴스)들은 공통된 속성과 행위를 가지고 있으면서, 그 속성에 대한 정보가 서로 달라 동일 기능을 하는 여러 가지 객체를 나타내게 된다.

• 최상위 클래스 : 상위 클래스를 갖지 않는 클래스

• 슈퍼 클래스(Super Class) : 특정 클래스의 상위(부모) 클래스

• 서브 클래스(Sub Class) : 특정 클래스의 하위(자식) 클래스

23-4. 캡슐화(Encapsulation)

• 데이터(속성)와 데이터를 처리하는 함수를 하나로 묶는 것

• 캡슐화된 객체는 인터페이스를 제외한 세부 내용이 은폐(정보 은닉)되어 외부에서의 접근이 제한적이기에 외부 모듈의 변경으로 인한 파급 효과가 적다.

• 캡슐화된 객체들은 재사용이 용이하다.

• 메시지를 주고받을 때 상대 객체의 세부 내용은 알 필요가 없으므로 인터페이스가 단순해지고 객체 간의 결합도가 낮아진다.

23-5. 상속(Inheritance)

• 이미 정의된 상위(부모) 클래스의 모든 속성과 연산을 하위(자식) 클래스가 물려받는 것

• 상속을 이용하면 하위 클래스는 상위 클래스의 모든 속성과 연산을 자신의 클래스 내에서 다시 정의하지 않고도 즉시 자신의 것으로 사용할 수 있다.

• 하위 클래스는 상속받은 속성과 연산 외에 새로운 속성과 연산을 첨가하여 사용할 수 있다.

• 상위 클래스의 속성과 연산을 하위 클래스가 사용할 수 있기 때문에 객체와 클래스의 재사용, 즉 소프트웨어의 재사용(Reuse)을 높이는 중요한 개념이다.

• 다중 상속(Multiple Inheritance)

  • 한 개의 클래스가 두 개 이상의 상위 클래스로부터 속성과 연산을 상속받는 것

  • 클래스의 계층을 복잡하게 만들어 상속 순서 추적이 어렵다.

  • 상위 클래스의 변경이 하위 클래스에 의도하지 않은 영향을 미칠 수 있다.

  • 위와 같은 이유로 다중 상속을 허용하지 않는 프로그래밍 언어도 있다. (C++, C# 등)

  • 다중 상속이 가능하더라도 이러한 문제점을 고려하여 신중히 사용해야 한다.

23-6. 다형성(Polymorphism)

• 다형성

  • 여러 가지 형태를 가지고 있다는 의미

  • 하나의 메시지에 대해 여러 가지 형태의 응답이 있다는 것을 의미

• 메시지에 의해 객체(클래스)가 연산을 수행하게 될 때 하나의 메시지에 대해 각각의 객체(클래스)가 가지고 있는 고유한 방법(특성)으로 응답할 수 있는 능력

• 객체(클래스)들은 동일한 메소드명을 사용하며 같은 의미의 응답을 한다.

• 응용 프로그램 상에서 하나의 함수나 연산자가 두 개 이상의 서로 다른 클래스의 인스턴스들을 같은 클래스에 속한 인스턴스처럼 수행할 수 있도록 하는 것

• 오버로딩(Overloading)

  • 메소드(Method)의 이름은 같지만 인수를 받는 자료형(Data Type)과 개수를 달리하여 여러 기능을 정의할 수 있다.

• 오버라이딩(Overriding, 메소드 재정의)

  • 상위(부모) 클래스에서 정의한 메소드(Method)와 이름은 같지만 메소드 안의 실행 코드를 달리하여 하위(자식) 클래스에서 재정의해서 사용할 수 있다.

23-7. 연관성(Relationship)

• 두 개 이상의 객체(클래스)들이 상호 참조하는 관계

• 종류

  종류	의미	특징
  is member of	연관화(Association)	2개 이상의 객체가 상호 관련되어 있음을 의미
  is instance of	분류화(Classfication)	동일한 형의 특성을 갖는 객체들을 모아 구성하는 것
  is part of	집단화(Aggregation)	관련 있는 객체들을 묶어 하나의 상위 객체를 구성하는 것
  is a	일반화(Generalization)	공통적인 성질들로 추상화한 상위 객체를 구성하는 것
  	특수화 / 상세화(Specialization)	상위 객체를 구체화하여 하위 객체를 구성하는 것

Section 24. 객체지향 분석 및 설계

24-1. 객체지향 분석의 개념

• 객체지향 분석(OOA; Object Oriented Analysis)

• 객체, 속성, 클래스와 관련된 분석 기법

• 사용자의 요구사항을 분석하여 요구된 문제와 관련된 모든 클래스(객체) / 이와 연관된 속성과 연산 / 그들 간의 관계 등을 정의하여 모델링하는 작업

• 소프트웨어를 개발하기 위한 비즈니스(업무)를 객체와 속성 / 클래스와 멤버 / 전체와 부분 등으로 나누어 분석한다.

• 분석가에게 주요한 모델링 구성 요소인 클래스 / 객체 / 속성 / 연산들을 표현해 문제를 모형화할 수 있게 해준다.

• 클래스를 식별하는 것이 객체지향 분석의 주요한 목적

24-2. 객체지향 분석의 방법론

• Rumbaugh(럼바우) 방법

  • 가장 일반적으로 사용되는 방법

  • 분석 활동을 객체 모델 / 동적 모델 / 기능 모델로 나누어 수행하는 방법

• Booch(부치) 방법

  • 미시적(Micro) 개발 프로세스와 거시적(Macro) 개발 프로세스를 모두 사용하는 분석 방법

  • 클래스와 객체들을 분석 및 식별하고 클래스의 속성과 연산을 정의

• Jacobson 방법

  • Use Case를 강조하여 사용하는 분석 방법

    • Use Case(사용 사례, 유스케이스)

      • 사용자, 외부 시스템, 다른 요소들이 시스템과 상호 작용하는 방법을 기술한 설명

• Coad와 Yourdon 방법

  • E-R 다이어그램을 사용하여 객체의 행위를 모델링

  • 객체 식별 / 구조 식별 / 주제 정의 / 속성과 인스턴스 연결 정의 / 연산과 메시지 연결 정의 등의 과정으로 구성하는 기법

• Wirfs-Brock 방법

  • 분석과 설계 간의 구분이 없다.

  • 고객 명세서를 평가하여 설계 작업까지 연속적으로 수행하는 기법

24-3. 럼바우(Rumbaugh)의 분석 기법

• 모든 소프트웨어 구성 요소를 그래픽 표기법을 이용하여 모델링하는 기법

• 객체 모델링 기법(OMT, Object-Modeling Technique)이라고도 한다.

• 객체 모델링 -> 동적 모델링 -> 기능 모델링 순으로 이루어진다.

  • 객 동 기

• 객체 모델링(Object Modeling)

  • 정보 모델링이라고도 한다.

  • 시스템에서 요구되는 객체를 찾아 속성과 연산, 식별 및 객체들 간의 관계를 규정하여 객체 다이어그램으로 표시하는 것

    • 객체 다이어그램
      • 소프트웨어를 구성하는 객체와 객체 간의 관계를 표현하는 그래픽 표기법

• 동적 모델링(Dynamic Modeling)

  • 상태 다이어그램(상태도)을 이용하여 시간의 흐름에 따른 객체들 간의 제어 흐름 / 상호 작용 / 동작 순서 등의 동적인 행위를 표현하는 모델링

    • 상태 다이어그램
      • 객체의 상태가 시간에 따라 어떻게 변하는지를 표현하는 그래픽 표기법

• 기능 모델링(Functional Modeling)

  • 자료 흐름도(DFD)를 이용하여 다수의 프로세스들 간의 자료 흐름을 중심으로 처리 과정을 표현한 모델링

24-4. 객체지향 설계 원칙

• 시스템 변경이나 확장에 유연한 시스템을 설계하기 위해 지켜야 할 다섯 가지 원칙

• 원칙들의 앞 글자를 따 SOLID 원칙이라고도 불린다.

• 단일 책임 원칙(SRP, Single Responsibility Principle)

  • 객체는 단 하나의 책임만 가져야 한다.

  • 응집도는 높고, 결합도는 낮게 설계하는 것을 의미한다.

• 개방-폐쇄 원칙(OCP, Open-Closed Principle)

  • 기존의 코드를 변경하지 않고 기능을 추가할 수 있도록 설계해야 한다.

  • 공통 인터페이스를 하나의 인터페이스로 묶어 캡슐화하는 방법이 대표적이다.

• 리스코프 치환 원칙(LSP, Liskov Substitution Principle)

  • 자식 클래스는 최소한 자신의 부모 클래스에서 가능한 행위는 수행할 수 있어야 한다.

  • 자식 클래스는 부모 클래스의 책임을 무시하거나 재정의하지 않고 확장만 수행하도록 해야 한다.

• 인터페이스 분리 원칙(ISP, Interface Segregation Principle)

  • 자신이 사용하지 않는 인터페이스와 의존 관계를 맺거나 영향을 받지 않아야 한다.

  • 단일 책임 원칙이 객체가 갖는 하나의 책임이라면, 인터페이스 분리 원칙은 인터페이스가 갖는 하나의 책임이다.

• 의존 역전 원칙(DIP, Dependency Inversion Principle)

  • 각 객체들 간의 의존 관계가 성립될 때, 추상성이 낮은 클래스보다 높은 클래스와 의존 관계를 맺어야 한다.

  • 일반적으로 인터페이스를 활용하면 이 원칙은 준수된다.

Section 25. 모듈

25-1. 모듈(Module)의 개요

• 모듈화를 통해 분리된 시스템의 각 기능들

  • 모듈화(Modularity)
    • 소프트웨어의 성능을 향상시키거나 시스템의 수정 및 재사용, 유지 관리 등이 용이하도록 시스템의 기능들을 모듈 단위로 분해하는 것

• 서브루틴 / 서브시스템 / 소프트웨어 내의 프로그램 / 작업 단위 등과 같은 의미로 사용된다.

  • 루틴(Routine)

    • 기능을 가진 명령들의 모임

    • 메인 루틴(Main Routine)

      • 프로그램 실행의 큰 줄기가 되는 루틴

    • 서브 루틴(Subroutine)

      • 메인 루틴에 의해 필요할 때마다 호출되는 루틴

  • 서브시스템(Subsystem)

    • 시스템을 구성하는 요소의 하나

    • '단위시스템'이라고도 불린다.

    • 서브시스템 자체로도 하나의 시스템에 필요한 요소들을 갖추고 있다.

• 모듈은 단독으로 컴파일이 가능하다.

• 재사용이 가능하다.

• 모듈의 기능적 독립성은 소프트웨어를 구성하는 각 모듈의 기능이 서로 독립됨을 의미한다.

• 기능적 독립성은 모듈이 하나의 기능만을 수행하고 다른 모듈과의 과도한 상호작용을 배제함으로써 이루어진다.

• 독립성이 높은 모듈일수록 모듈을 수정하더라도 다른 모듈들에게는 거의 영향을 미치지 않으며, 오류가 발생해도 쉽게 발견하고 해결할 수 있다.

• 모듈의 독립성은 결합도(Coupling)와 응집도(Cohesion)에 의해 측정된다.

• 독립성을 높이려면 모듈의 결합도는 약하게 / 응집도는 강하게 / 크기는 작게 만들어야 한다.

25-2. 결합도(Coupling)

• 모듈 간에 상호 의존하는 정도 또는 두 모듈 사이의 연관 관계

• 다양한 결합으로 모듈을 구성할 수 있으나 결합도가 약할수록 품질이 높고, 강할수록 품질이 낮다.

• 결합도가 강하면 시스템 구현 및 유지보수 작업이 어렵다.

• 결합도의 종류

  • 자료 결합도 / 스탬프 결합도 / 제어 결합도 / 외부 결합도 / 공통 결합도 / 내용 결합도

  • 자료 결합도의 결합도가 가장 약하고, 내용 결합도의 결합도가 가장 강하다.

  • 결합도의 정도는 다음과 같다.
    자료 -> 스탬프 -> 제어 -> 외부 -> 공통 -> 내용

• 종류와 설명

  • 자료 결합도(Data Coupling)

    • 모듈 간의 인터페이스가 자료 요소로만 구성될 때의 결합도

    • 어떤 모듈이 다른 모듈을 호출하면서 매개 변수나 인수로 데이터를 넘겨주고, 호출 받은 모듈은 받은 데이터에 대한 처리 결과를 다시 돌려주는 방식

    • 모듈 간의 내용을 전혀 알 필요가 없는 상태

    • 한 모듈의 내용을 변경하더라도 다른 모듈에는 전혀 영향을 미치지 않는 가장 바람직한 결합도

  • 스탬프(검인) 결합도(Stamp Coupling)

    • 모듈 간의 인터페이스로 배열이나 레코드 등의 자료 구조가 전달될 때의 결합도

    • 두 모듈이 동일한 자료 구조를 조회하는 경우의 결합도

    • 자료 구조의 어떠한 변화, 즉 포맷이나 구조의 변화는 그것을 조회하는 모든 모듈 및 변화되는 필드를 실제로 조회하지 않는 모듈에까지도 영향을 미치게 된다.

  • 제어 결합도(Control Coupling)

    • 어떤 모듈이 다른 모듈 내부의 논리적인 흐름을 제어하기 위해 제어 신호를 이용하여 통신하거나 제어 요소(Function Code, Switch, Tag, Flag)를 전달하는 결합도

    • 한 모듈이 다른 모듈의 상세한 처리 절차를 알고 있어 이를 통제하는 경우나 처리 기능이 두 모듈에 분리되어 설계된 경우에 발생

    • 권리 전도현상이 발생

      • 권리 전도 현상 :
        하위 모듈에서 상위 모듈로 제어 신호가 이동하여 하위 모듈이 상위 모듈에게 처리 명령을 내리는 현상

  • 외부 결합도(External Coupling)

    • 어떤 모듈에서 선언한 데이터(변수)를 외부의 다른 모듈에서 참조할 때의 결합도

    • 참조되는 데이터의 범위를 각 모듈에서 제한 가능

  • 공통(공유) 결합도(Common Coupling)

    • 공유되는 공통 데이터 영역을 여러 모듈이 사용할 때의 결합도

    • 공통 데이터 영역의 내용을 조금만 변경하더라도 이를 사용하는 모든 모듈에 영향을 미치므로 모듈의 독립성을 약하게 만든다.

  • 내용 결합도(Content Coupling)

    • 한 모듈이 다른 모듈의 내부 기능 및 그 내부 자료를 직접 참조하거나 수정할 때의 결합도

    • 한 모듈에서 다른 모듈의 내부로 제어가 이동하는 경우에도 내용 결합도에 해당한다.

25-3. 응집도(Cohesion)

• 정보 은닉 개념을 확장한 것

  • 정보 은닉(Information Hiding)
    • 한 모듈 내부에 포함된 절차와 자료들의 정보가 감추어져 다른 모듈이 접근하거나 변경하지 못하도록 하는 기법

• 명령어나 호출문 등 모듈의 내부 요소들의 서로 관련되어 있는 정도

• 모듈이 독립적인 기능으로 정의되어 있는 정도

• 다양한 기준으로 모듈을 구성할 수 있으나 응집도가 강할수록 품질이 높고, 약할수록 품질이 낮다.

• 응집도의 종류

  • 기능적 응집도 / 순차적 응집도 / 교환(통신)적 응집도 / 절차적 응집도 / 시간적 응집도 / 논리적 응집도 / 우연적 응집도

  • 기능적 응집도의 응집도가 가장 강하고, 우연적 응집도의 응집도가 가장 약하다.

  • 응집도의 정도는 다음과 같다.
    기능 <- 순차 <- 교환 <- 절차 <- 시간 <- 논리 <- 우연

• 종류와 설명

  • 기능적 응집도(Functional Cohesion)

    • 모듈 내부의 모든 기능 요소들이 단일 문제와 연관되어 수행될 경우의 응집도

  • 순차적 응집도(Sequential Cohesion)

    • 모듈 내 하나의 활동으로부터 나온 출력 데이터를 그 다음 활동의 입력 데이터로 사용할 경우의 응집도

  • 교환(통신)적 응집도(Communication Cohesion)

    • 동일한 입력과 출력을 사용하여 서로 다른 기능을 수행하는 구성 요소들이 모였을 경우의 응집도

  • 절차적 응집도(Procedural Cohesion)

    • 모듈이 다수의 관련 기능을 가질 때 모듈 안의 구성 요소들이 그 기능을 순차적으로 수행할 경우의 응집도

  • 시간적 응집도(Temporal Cohesion)

    • 특정 시간에 처리되는 몇 개의 기능을 모아 하나의 모듈로 작성할 경우의 응집도

  • 논리적 응집도(Logical Cohesion)

    • 유사한 성격을 갖거나 특정 형태로 분류되는 처리 요소들로 하나의 모듈이 형성되는 경우의 응집도

  • 우연적 응집도(Coincidental Cohesion)

    • 모듈 내부의 각 구성 요소들이 서로 관련 없는 요소로만 구성된 경우의 응집도

25-4. 팬인(Fan-In) / 팬아웃(Fan-Out)

• 팬인(Fan-In) : 어떤 모듈을 제어(호출)하는 모듈의 수

• 팬아웃(Fan-Out) : 어떤 모듈에 의해 제어(호출)되는 모듈의 수

• 모듈에 들어오면(In) 팬인, 모듈에서 나가면(Out) 팬아웃

• 팬인과 팬아웃을 분석하여 시스템의 복잡도를 알 수 있다.

• 시스템의 복잡도를 최적화하려면 팬인은 높게, 팬아웃은 낮게 설계해야 한다.

• 팬인이 높다는 것은 재사용 측면에서 설계가 잘 되어있다는 뜻이다.

• 팬인이 높으면 단일 장애점이 발생할 수 있으므로 중점적인 관리 및 테스트가 필요하다.

  • 단일 장애점(SPOF, Single Point Of Failure)

    • 시스템의 구성 요소 중 동작하지 않으면 전체 시스템이 중단되어 버리는 요소

    • 단일 실패점이라고도 한다.

• 팬아웃이 높은 경우 불필요하게 다른 모듈을 호출하고 있는지 검토하고, 단순화시킬 수 있는지 여부에 대한 검토가 필요하다.

※ N-S 차트(Nassi-Schneiderman Chart)

• 논리의 기술에 중점을 둔 도형을 이용한 표현 방법

• 박스 다이어그램, Chapin Chart라고도 한다.

• 연속 / 선택 및 다중 선택 / 반복 등의 제어 논리 구조를 표현

• GOTO나 화살표를 사용하지 않는다.

• 조건이 복합되어 있는 곳의 처리를 시각적으로 명확히 식별하는 데 적합

• 선택과 반복 구조를 시각적으로 표현

• 이해하기 쉽고, 코드 변환이 용이하다.

• 읽기는 쉽지만 작성하기가 어렵다.

• 임의로 제어를 전이하는 것이 불가능

• 총체적인 구조 표현과 인터페이스를 나타내기 어렵다.

• 단일 입구와 단일 출구로 표현

Section 26. 공통 모듈

26-1. 공통 모듈의 개요

• 여러 프로그램에서 공통적으로 사용할 수 있는 모듈

• 자주 사용되는 계산식이나 매번 필요한 사용자 인증과 같은 기능들이 공통 모듈로 구성될 수 있다.

  • 인터넷 사이트의 '로그인' 기능 등

• 모듈의 재사용성 확보와 중복 개발 회피를 위해 설계 과정에서 공통 부분을 식별하고 명세를 작성할 필요가 있다.

• 공통 모듈을 구현할 때는 다른 개발자들이 해당 기능을 명확히 이해할 수 있도록 다음의 명세 기법을 준수해야 한다.

  • 정확성(Correctness)

    • 시스템 구현 시 해당 기능이 필요하다는 것을 알 수 있도록 정확히 작성한다.

  • 명확성(Clarity)

    • 해당 기능을 이해할 때 중의적으로 해석되지 않도록 명확하게 작성한다.

  • 완전성(Completeness)

    • 시스템 구현을 위해 필요한 모든 것을 기술한다.

  • 일관성(Consistency)

    • 공통 기능들 간 상호 충돌이 발생하지 않도록 작성한다.

  • 추적성(Traceability)

    • 기능에 대한 요구사항의 출처, 관련 시스템 등의 관계를 파악할 수 있도록 작성한다.

26-2. 재사용(Reuse)

• 비용과 개발 시간을 절약하기 위해 이미 개발된 기능들을 파악하고 재구성하여 새로운 시스템 또는 기능 개발에 사용하기 적합하도록 최적화 시키는 작업

• 재사용을 위해서는 누구나 이해할 수 있고 사용이 가능하도록 사용법을 공개해야 한다.

• 재사용되는 대상은 외부 모듈과의 결합도는 낮고, 응집도는 높아야 한다.

• 재사용 규모에 따른 분류

  • 함수와 객체

    • 클래스나 메소드 단위의 소스 코드를 재사용한다.

      • 함수(메소드) : 객체의 데이터를 처리하는 알고리즘

      • 객체 : 데이터와 함수를 캡슐화한 소프트웨어 모듈

      • 클래스 : 객체를 정의하는 툴

  • 컴포넌트

    • 독립적인 업무 또는 기능을 수행하는 실행 코드 기반으로 작성된 모듈

    • 컴포넌트 자체에 대한 수정 없이 인터페이스를 통해 통신하는 방식으로 재사용한다.

  • 애플리케이션

    • 공통된 기능들을 제공하는 애플리케이션을 공유하는 방식으로 재사용한다.

      • 애플리케이션 : 어떠한 목적을 갖고 개발된 소프트웨어

26-3. 효과적인 모듈 설계 방안

• 결합도는 줄이고 응집도는 높여서 모듈의 독립성과 재사용성을 높인다.

  • 결합도 :
    모듈 간에 상호 의존하는 정도 또는 두 모듈 사이의 연관 관계

  • 응집도 :
    모듈의 내부 요소들의 서로 관련되어 있는 정도

• 모듈의 제어 영역 안에서 그 모듈의 영향 영역을 유지시킨다.

  • 모듈의 제어 영역 :
    프로그램의 계층 구조 내에서 어떤 특정 모듈이 제어하는 하위 모듈
  • 모듈의 영향 영역 :
    특정 모듈이 다른 모듈들에게 미치게 되는 영향의 범위

• 복잡도와 중복성을 줄이고 일관성을 유지시킨다.

• 모듈의 기능은 예측이 가능해야 하며 지나치게 제한적이어서는 안 된다.

• 유지보수가 용이해야 한다.

• 모듈의 크기는 시스템의 전반적인 기능과 구조를 이해하기 쉬운 크기로 분해한다.

• 하나의 입구와 하나의 출구를 갖도록 해야 한다.

• 인덱스 번호나 기능 코드들이 전반적인 처리 논리 구조에 예기치 못한 영향을 끼치지 않도록 모듈 인터페이스를 설계해야 한다.

• 효과적인 제어를 위해 모듈 간의 계층적 관계를 정의하는 자료가 제시되어야 한다.

Section 27. 코드

27-1. 코드(Code)의 개요

• 컴퓨터를 이용하여 자료를 처리하는 과정에서 분류·조합 및 집계를 용이하게 하고, 특정 자료의 추출을 쉽게 하기 위해서 사용하는 기호

• 정보를 신속·정확·명료하게 전달할 수 있게 한다.

• 일정한 규칙에 따라 작성된다.

• 정보 처리의 효율과 처리된 정보의 가치에 많은 영향을 미친다.

• 일반적인 코드의 예 : 주민등록번호, 학번, 전화번호 등

• 주요 기능

  • 식별 기능 / 분류 기능 / 배열 기능 / 표준화 기능 / 간소화 기능

  • 식별 기능

    • 데이터 간의 성격에 따라 구분 가능

  • 분류 기능

    • 특정 기준이나 동일한 유형에 해당하는 데이터를 그룹화 가능

  • 배열 기능

    • 의미를 부여하여 나열 가능

  • 표준화 기능

    • 다양한 데이터를 기준에 맞추어 표현 가능

  • 간소화 기능

    • 복잡한 데이터를 간소화 가능

27-2. 코드의 종류

• 순차 코드(Sequence Code)

  • 일정 기준에 따라서 최초의 자료부터 차례로 일련번호를 부여하는 방법

    • 일정 기준의 예 : 자료의 발생 순서 / 크기 순서 등

  • 순서 코드 또는 일련번호 코드라고도 한다.

• 블록 코드(Block Code)

  • 코드화 대상 항목 중에서 공통성이 있는 것끼리 블록으로 구분하고, 각 블록 내에서 일련번호를 부여하는 방법

  • 구분 코드라고도 한다.

• 10진 코드(Decimal Code)

  • 코드화 대상 항목을 0~9까지 10진 분할하고, 다시 그 각각에 대하여 10진 분할하는 방법을 필요한 만큼 반복하는 방법

  • 도서 분류식 코드라고도 한다.

• 그룹 분류 코드(Group Classfication Code)

  • 코드화 대상 항목을 일정 기준에 따라 대분류 / 중분류 / 소분류 등으로 구분하고, 각 그룹 안에서 일련번호를 부여하는 방법

• 연상 코드(Mnemonic Code)

  • 코드화 대상 항목의 명칭이나 약호와 관계있는 숫자나 문자, 기호를 이용하여 코드를 부여하는 방법

    • 약호 : 간단하고 알기 쉽게 만든 부호

• 표의 숫자 코드(Significant Digit Code)

  • 코드화 대상 항목의 성질, 즉 길이, 넓이, 부피, 지름, 높이 등의 물리적 수치를 그대로 코드에 적용시키는 방법

  • 유효 숫자 코드라고도 한다.

• 합성 코드(Combined Code)

  • 필요한 기능을 하나의 코드로 수행하기 어려운 경우 2개 이상의 코드를 조합하여 만드는 방법

27-3. 코드 부여 체계

• 이름만으로 개체의 용도와 적용 범위를 알 수 있도록 코드를 부여하는 방식

  • 개체
    • 소프트웨어 개발에서 코드를 부여할 대상이 되는 개체에는 모듈 / 컴포넌트 / 인터페이스 등이 있다.

• 각 개체에 유일한 코드를 부여하여 개체들의 식별 및 추출을 용이하게 한다.

• 코드를 부여하기 전에 각 단위 시스템의 고유한 코드와 개체를 나타내는 코드 등이 정의되어야 한다.

• 코드 부여 체계를 담당하는 자는 코드의 자릿수와 구분자, 구조 등을 상세하게 명시해야 한다.

Section 28. 디자인 패턴

28-1. 디자인 패턴(Design Pattern)의 개요

• 각 모듈의 세분화된 역할이나 모듈들 간의 인터페이스와 같은 코드를 작성하는 수준의 세부적인 구현 방안을 설계할 때 참조할 수 있는 전형적인 해결 방식 또는 예제

• 문제 및 배경 / 실제 적용된 사례 / 재사용이 가능한 샘플 코드 등으로 구성되어 있다.

• '바퀴를 다시 발명하지 마라(Don't reinvent the wheel)'라는 말과 같이, 개발 과정 중에 문제가 발생하면 새로 해결책을 구상하는 것보다 문제에 해당하는 디자인 패턴을 참고하여 적용하는 것이 더 효율적이다.

  • 바퀴를 다시 발명하지 마라(Don't reinvent the wheel)

    • 이미 존재하는 기술이나 제품을 굳이 다시 만들기 위해 시간과 노동력을 소모하지 말라는 의미의 관용구

• 한 패턴에 변형을 가하거나 특정 요구사항을 반영하면 유사한 형태의 다른 패턴으로 변화되는 특징이 있다.

• 디자인 패턴은 1995년 GoF(Gang of Four)가 처음으로 구체화 및 체계화하였다.

  • GoF : 에릭 감마(Erich Gamma) / 리차드 헬름(Richard Helm) / 랄프 존슨(Ralph Johnson) / 존 블리시디스(John Vlissides)

• GoF의 디자인 패턴은 가장 일반적인 사례에 적용될 수 있는 패턴들을 분류하여 정리함으로써, 지금까지도 소프트웨어 공학이나 현업에서 가장 많이 사용되는 디자인 패턴

• GoF의 디자인 패턴은 유형에 따라 생성 패턴 5개 / 구조 패턴 7개 / 행위 패턴 11개 총 23개의 패턴으로 구성된다.

※ 아키텍처 패턴 vs 디자인 패턴

• 모두 소프트웨어 설계를 위한 참조 모델이지만 차이가 있다.

• 아키텍처 패턴은 디자인 패턴보다 상위 수준의 설계에 사용된다.

• 아키텍처 패턴은 전체 시스템 구조를 설계하기 위한 참조 모델

• 디자인 패턴은 서브시스템에 속하는 컴포넌트들과 그 관계를 설계하기 위한 참조 모델

  • 컴포넌트(Component) :
    독립적인 업무 또는 기능을 수행하는 실행 코드 기반으로 작성된 모듈

• 몇몇 디자인 패턴을 특정 아키텍처 패턴을 구현하는데 유용하게 사용된다.

디자인 패턴 사용의 장·단점

• 범용적인 코딩 스타일로 인해 구조 파악이 용이하다.

• 객체지향 설계 및 구현의 생산성을 높이는 데 적합하다.

• 검증된 구조의 재사용을 통해 개발 시간과 비용이 절약된다.

• 초기 투자 비용이 부담될 수 있다.

  • 초기 투자 비용과 개발 비용

    • 요구사항을 직관적으로 구현하는 것이 아니고 디자인 패턴에 맞게 구현해야하기 때문에 초기에 드는 많은 노력과 시간이 비용부담으로 작용할 수 있지만, 이후에는 검증된 구조를 재사용함으로써 요구사항 변경에 유연하게 대처할 수 있고, 안정적인 유지보수가 가능해지므로 개발의 전체적인 측면에서는 비용이 절약된다고 할 수 있다.

• 개발자 간의 원활한 의사소통이 가능하다.

• 설계 변경 요청에 대한 유연한 대처가 가능하다.

• 객체지향을 기반으로 한 설계와 구현을 다루므로 다른 기반의 애플리케이션 개발에는 적합하지 않다.

생성 패턴(Creational Pattern)

• 객체의 생성과 관련된 패턴으로, 총 5개의 패턴이 있다.

• 객체의 생성과 참조 과정을 캡슐화 하여 객체가 생성되거나 변경되어도 프로그램의 구조에 영향을 크게 받지 않도록 하여 프로그램에 유연성을 더해준다.

• 추상 팩토리(Abstract Factory)

  • 구체적인 클래스에 의존하지 않고, 인터페이스를 통해 서로 연관·의존하는 객체들의 그룹으로 생성하여 추상적으로 표현한다.

  • 연관된 서브 클래스를 묶어 한 번에 교체하는 것이 가능하다.

• 빌더(Builder)

  • 작게 분리된 인스턴스를 건축 하듯이 조합하여 객체를 생성한다.

    • 인스턴스(Instance) : 클래스에 속한 각각의 객체

  • 객체의 생성 과정과 표현 방법을 분리하고 있어, 동일한 객체 생성에서도 서로 다른 결과를 만들어 낼 수 있다.

• 팩토리 메소드(Factory Method)

  • 객체 생성을 서브 클래스에서 처리하도록 분리하여 캡슐화한 패턴이다.

  • 상위 클래스에서 인터페이스만 정의하고 실제 생성은 서브 클래스가 담당한다.

  • 가상 생성자(Virtual Constructor) 패턴이라고도 한다.

• 프로토타입(Prototype)

  • 원본 객체를 복제하는 방법으로 객체를 생성하는 패턴이다.

  • 일반적인 방법으로 객체를 생성하며, 비용이 큰 경우 주로 이용한다.

• 싱글톤(Singleton)

  • 하나의 객체를 생성하면 생성된 객체를 어디서든 참조할 수 있지만, 여러 프로세스가 동시에 참조할 수는 없다.

  • 클래스 내에서 인스턴스가 하나뿐임을 보장하며, 불필요한 메모리 낭비를 최소화 할 수 있다.

구조 패턴(Structural Pattern)

• 클래스나 객체들을 조합하여 더 큰 구조로 만들 수 있게 해주는 패턴으로, 총 7개의 패턴이 있다.

• 구조가 복잡한 시스템을 개발하기 쉽게 도와준다.

• 어댑터(Adapter)

  • 호환성이 없는 클래스들의 인터페이스를 다른 클래스가 이용할 수 있도록 변환해주는 패턴이다.

  • 기존의 클래스를 이용하고 싶지만 인터페이스가 일치하지 않을 때 이용한다.

• 브리지(Bridge)

  • 구현부에서 추상층을 분리하여, 서로가 독립적으로 확장할 수 있도록 구성한 패턴이다.

  • 기능과 구현을 두 개의 별도 클래스로 구현한다.

• 컴포지트(Composite)

  • 여러 객체를 가진 복합 객체와 단일 객체를 구분 없이 다루고자 할 때 사용하는 패턴이다.

  • 객체들을 트리 구조로 구성하여 디렉터리 안에 디렉터리가 있듯이 복합 객체 안에 복합 객체가 포함되는 구조를 구현할 수 있다.

• 데코레이터(Decorator)

  • 객체 간의 결합을 통해 능동적으로 기능들을 확장할 수 있는 패턴이다.

  • 임의의 객체에 부가적인 기능을 추가하기 위해 다른 객체들을 덧붙이는 방식으로 구현한다.

• 퍼싸드(Facade)

  • 복잡한 서브 클래스들을 피해 더 상위에 인터페이스를 구성함으로써 서브 클래스들의 기능을 간편하게 사용할 수 있도록 하는 패턴이다.

  • 서브 클래스들 사이의 통합 인터페이스를 제공하는 Wrapper 객체가 필요하다.

• 플라이웨이트(Flyweight)

  • 인스턴스가 필요할 때마다 매번 생성하는 것이 아니고 가능한 한 공유해서 사용함으로써 메모리를 절약하는 패턴이다.

  • 다수의 유사 객체를 생성하거나 조작할 때 유용하게 사용할 수 있다.

• 프록시(Proxy)

  • 접근이 어려운 객체와 여기에 연결하려는 객체 사이에서 인터페이스 역할을 수행하는 패턴이다.

  • 네트워크 연결, 메모리의 대용량 객체로의 접근 등에 주로 이용한다.

행위 패턴(Behavioral Pattern)

• 클래스나 객체들이 서로 상호작용하는 방법이나 책임 분배 방법을 정의하는 패턴으로, 총 11개의 패턴이 있다.

• 하나의 객체로 수행할 수 없는 작업을 여러 객체로 분배하면서 결합도를 최소화 할 수 있도록 도와준다.

• 책임 연쇄(Chain of Responsibility)

  • 요청을 처리할 수 있는 객체가 둘 이상 존재하여 한 객체가 처리하지 못하면 다음 객체로 넘어가는 형태의 패턴이다.

  • 요청을 처리할 수 있는 각 객체들이 고리(Chain)로 묶여 있어 요청이 해결될 때까지 고리를 따라 책임이 넘어간다.

• 커맨드(Command)

  • 요청을 객체의 형태로 캡슐화하여 재이용하거나 취소할 수 있도록 요청에 필요한 정보를 저장하거나 로그에 남기는 패턴이다.

  • 요청에 사용되는 각종 명령어들을 추상 클래스와 구체 클래스로 분리하여 단순화한다.

    • 추상 클래스(Abstract Class)

      • 구체 클래스에서 구현하려는 기능들의 공통점만을 모아 추상화한 클래스

      • 인스턴스 생성이 불가능하여 구체 클래스가 추상 클래스를 상속받아 구체화한 후 구체 클래스의 인스턴스를 생성하는 방식으로 사용한다.

    • 구체 클래스(Concrete Class)

      • 인스턴스 생성이 가능한 일반적인 클래스를 의미하는 용어로, 추상 클래스와 구분하기 위해 사용된다.

      • 구상 클래스 또는 구현 클래스라고도 한다.

• 인터프리터(Interpreter)

  • 언어에 문법 표현을 정의하는 패턴이다.

  • SQL이나 통신 프로토콜과 같은 것을 개발할 때 사용한다.

• 반복자(Iterator)

  • 자료 구조와 같이 접근이 잦은 객체에 대해 동일한 인터페이스를 사용하도록 하는 패턴이다.

  • 내부 표현 방법의 노출 없이 순차적인 접근이 가능하다.

• 중재자(Mediator)

  • 수많은 객체들 간의 복잡한 상호작용(Interface)을 캡슐화하여 객체로 정의하는 패턴이다.

  • 객체 사이의 의존성을 줄여 결합도를 감소시킬 수 있다.

  • 중재자는 객체 간의 통제와 지시의 역할을 수행한다.

• 메멘토(Memento)

  • 특정 시점에서의 객체 내부 상태를 객체화함으로써 이후 요청에 따라 객체를 해당 시점의 상태로 돌릴 수 있는 기능을 제공하는 패턴이다.

  • Ctrl + Z와 같은 되돌리기 기능을 개발할 때 주로 이용한다.

• 옵서버(Observer)

  • 한 객체의 상태가 변화하면 객체에 상속되어 있는 다른 객체들에게 변화된 상태를 전달하는 패턴이다.

  • 주로 분산된 시스템 간에 이벤트를 생성·발행(Publish)하고, 이를 수신(Subscribe)해야 할 때 이용한다.

• 상태(State)

  • 객체의 상태에 따라 동일한 동작을 다르게 처리해야 할 때 사용하는 패턴이다.

  • 객체 상태를 캡슐화하고 이를 참조하는 방식으로 처리한다.

• 전략(Strategy)

  • 동일한 계열의 알고리즘들을 개별적으로 캡슐화하여 상호 교환할 수 있게 정의하는 패턴이다.

  • 클라이언트는 독립적으로 원하는 알고리즘을 선택하여 사용할 수 있으며, 클라이언트에 영향 없이 알고리즘의 변경이 가능하다.

• 템플릿 메소드(Template Method)

  • 상위 클래스에서 골격을 정의하고, 하위 클래스에서 세부 처리를 구체화하는 구조의 패턴이다.

  • 유사한 서브 클래스를 묶어 공통된 내용을 상위 클래스에서 정의함으로써 코드의 양을 줄이고 유지보수를 용이하게 해준다.

• 방문자(Visitor)

  • 각 클래스들의 데이터 구조에서 처리 기능을 분리하여 별도의 클래스로 구성하는 패턴이다.

  • 분리된 처리 기능은 각 클래스를 방문(Visit)하여 수행한다.

※ 알고리즘 설계 기법

• 분할 정복/분할 통치(Divide and Conquer)

  • 큰 문제를 보다 작은 문제로 분할하여 해결하는 전략

• 동적 계획법(Dynamic Programming)

  • 아래 단계의 간단한 문제부터 해결하면서 점차 상위로 나아가는 상향식 접근 방식

• 탐욕 알고리즘(Greedy Algorithm)

  • 완벽한 해결책 보다는 차선책을 목표로 하며, 상황에 맞는 해결책을 즉석에서 모색하는 방식

• 백트래킹(Backtracking)

  • 깊이우선탐색(Depth First Search) 알고리즘을 이용한 기법으로, 문제 해결을 위한 모든 가능성을 트리로 구축하는 방식