> 3. 타입과 추상화

현대적인 지하철 노선도의 원형을 디자인한 사람은 영국의 해리 벡이다. 헤리 벡이 창조한 지하철 노선도의 핵심은 지도가 당연히 가져야 한다고 생각되는 정확성을 버리고 그 목적에 집중한 결과다. 사실만 정확하게 표기하고 몰라도 되는 정보는 무시함으로써 지하철노선을 추상화한 것이다.

추상화를 통한 복잡성 극복

추상화는 복잡한 현실을 단순화 하기위해 사용하는 인간의 가장 기본적인 인지 수단이라고 할 수 있다. 추상화의 수준, 이익, 가치는 목적에 의존적이다. 복잡성을 다루기 위해 추상화는 두 차원에서 이루어 진다.
1. 구체적인 사물들 간의 공통점은 취하고 차이점은 버리는 일반화를 통해 단순하게 만드는 것이다.
2. 중요한 부분을 강조하기 이해 불필요한 세부사항을 제거함으로써 단순하게 만드는 것이다.
객체지향 패러다임은 객체라는 추상화를 통해 현실의 복잡성을 극복한다.

객체지향과 추상화

모두 트럼프일 뿐

앨리스와 하트여왕이 최초로 마주치는 장면에는 수많은 객체들이 등장한다. 하지만 앨리스는 객체들 중에서 하얀 토끼를 제외하고 모든 객체를 '트럼프'라는 하나의 개념으로 단순화 해서 바라본다. 차이점은 과감하게 무시한 채 공통점만을 취해 단순화해 버렸다.

그룹으로 나누어 단순화하기

결과적으로 앨리스는 정원에 있는 인물들을 두개의 그룹으로 나눴다. 하나는 트럼프, 다른 하나는 토끼의 그룹이다. '트럼프'와 '토끼'라는 두 개의 렘즈를 통해 정원을 바라보는 것은 복잡성을 효과적으로 감소시킨다.

개념

공통점을 기반으로 객체들을 묶기위한 그릇을 '개념'이라고 한다. 개념을 이용하면 객체를 여러그룹으로 '분류'할 수 있다. 객체가 객체그룸의 일원이 될 때 객체를 그 개념의 '인스턴스'라고 한다.

개념의 세 가지 관점

객체의 분류 장치로서 개념을 이야기 할 때는 아래의 세가지 관점을 함께 언급한다.
심볼: 개념을 가르키는 간단한 이름이나 명칭
내연: 개념의 완전한 정의를 나타내며 내연의 의미를 이용해 객체가 개념에 속하는지 여부를 확인할 수 있다.
외연: 개념에 속하는 모는 객체의 집합

객체를 분류하기 위한 틀

분류란 객체에 특정한 개념을 적용하는 작업이다. 객체에 특정한 개념을 적용하기로 했을때 우리는 그 객체를 특정한 집합의 멤버로 분류하고 있는 것이다.

분류는 추상화를 위한 도구다

개념은 추상화의 첫번째 차원인 일반화를 적용한 결과다. 앨리스의 이야기에서 우리가 중요하다고 생각하는 특징은 몸이 납작하고 두 손과 두 발이 네모난 몸 모서리에 달려있다는 것뿐이다. 그 외의 사항들은 전적으로 무시하고 있다. 따라서 추상화의 두 번째 차원에 따라 불필요한 세부사항을 저거했다고 볼 수 있다. 추상화를 사용함으로써 우리는 복잡한 이 세상을 그나마 제어 가능한 수준으로 단순화할 수 있다는 것이다.

타입

타입은 개념이다.

타입은 개념과 동일하다. 하지만 타입이 근본적으로 개념과 동일하다고 하더라도 좀 더 기계적인 의미로 윤색될 수 밖에 없다.

데이터 타입

컴퓨ㅠ터 안에 살아가는 데이터를 복적에 따라 분류하기 시작하면서 프로그래밍 언어 안에서는 서서히 타입 시스템이 자라나기 시작했다. 타입 시스템은 메모리 안에 저장된 0과 1에 대해 수행 가능한 작업과 불가능한 작업을구분함으로써 데이터가 잘못 사용되지 않도록 제약사항을 부과하는 것이다. 타입에 관련된 두가지 중요한 사실.
1.타입은 데이터가 어떻게 사용되느냐에 대한 것이다. 어떤 데이터에 어떤 연산자를 적용할 수 있느냐가 그 데이터의 타입을 결정한다는 것이다.
2.타입에 속한 데이터를 메모리에 어떻게 표현하는지는 외부로부터 철저하게 감춰진다. 타입에 적용할 수 있는 연산자만 알고 있으면 된다.

객체와 타입

어떤 객체가 어떤 타입에 속하는지를 결정하는 것은 객체가 수행하는 행동이다. 어떤 객체들이 동일한 행동을 수행할 수 있다면 그 객체들은 동일한 타입으로 분류될 수 있다. 그리고 객체의 내부적인 표현은 외부로부터 철저하게 감춰진다. 객체의 행동을 가장 효과적으로 수행할 수만 있다면 객체내부의 상태를 어떤식으로 표현하더라도 무방하다.

행동이 우선이다.

객체의 타입을 결정하는 것은 객체의 행동뿐이다. 객체가 어떤 데이터를 보유하고 있는지는 타입을 결정하는데 아무런 영향을 끼치지 않는다.
동일한 타입에 속한 객체는 내부의 행동이 다르더라도 동일한 메시지를 수신하고 처리할 수 있다. 다만 메시지를 처리하는 방식은 다를 수밖에 없다. 이것은 다형성에 의미를 부여한다. 결과적으로 다형적인 객체들은 동일한 타입에 속하게 된다.
행동에 따라 객체를 분류하기 위해서는 행동을 먼저 생각해야한다. 이를 위해서는 책임을 먼저 결정하고 데이터를 나중에 결정한 후, 데이터를 외부 인터페이스 뒤로 캡슐화 해야한다.(책임-주도 설계)

타입의 계층

트럼프 계층

앨리스의 이야기로 다시 돌아가서, 일반적으로 트럼프 카드는 납작업드릴 수 있고 뒤집어질 수는 있지만 걸어다닐 수는 없다. 따라서 우리는 등장하는 객체들을 좀 더 정확하게 '트럼프 인간'이라는 타입으로 분류하는 것이 옳다. 트럼프 인간은 트럼프의 일종이지만 일반적인 트럼프카드보다 좀 더 특화된 행동을 하는 트럼프인 것이다.
아래 그림처럼 트럼프인간의 외연은 트럼프 타입의 외연의 부분집합으로 표현할 수 있다.

이러한 두 개념 사이의 관계를 일반화/특수화 관계라고 한다.

일반화/특수화 관계

중요한 것은 이러한 관계를 결정하는 것은 데이터가 아니라 행동이라는 것이다. 따라서 특수한 타입은 일반적인 타입보다 더 많은 수의 행동을 가진다. 주의해야 할 점은 타입의 내연을 의미하는 행동을 가짓수와 외연을 의미하는 집합의 크기는 서로 반대라는 사실이다.

슈퍼타입과 서브타입

좀더 일반적인 타입을 슈퍼타입이라고 하고 특수한 타입을 서브타입이라고 한다. 어떤 타입이 다른타입의 서브타입이 되기 위해서는 행위적 호환성을 만족시켜야 한다. 즉, 서브타입은 슈퍼타입을 대체할 수 있어야 한다.
표기하는 방법은 다음과 같다.

일반화는 추상화를 위한 도구다

앨리스가 "기껏해야 트럼프에 불과해"라고 생각했을때 두가지 추상화 기법이 함께 사용됐다. 하나는 이들을 공통의 타입인 트럼프 인간으로 분류했다는 것이다. 다른 하나는 트럼프 인간을 좀 더 단순한 관점에서 바라보기 위해 불필요한 특성을 배제하고 좀더 포괄적인 의미를 지닌 트럼프로 일반화 했다는 것이다. 이처럼 대부분의 경우에 분류와 일반화/특수화 기법을 동시에 적용하게 된다.

정적 모델

타입의 목적

앨리스라고 하는 객체의 상태는 변하지만 앨리스를 다른 객체와 구별 할 수 있는 식별성은 동일하게 유지된다. 따라서 우리는 앨리스의 키가 임의의 값을 가질 수 있다는 사실만을 생각함으로써 상황을 단순하게 만들 수 있다.
타입은 시간에 따라 동적으로 변하는 앨리스의 상태를 시간과 무관한 정적인 모습으로 다룰 수 있게 해준다.

그래서 결국 타입은 추상화다

타입을 이용하면 객체의 동적인 특성을 추상화할 수 있다. 결국 타입은 시간에 따른 객체의 상태 변경이라는 복잡성을 단순화할 수 있는 효과적인 방법인 것이다.

동적 모델과 정적 모델

객체를 생각할 때 우리는 두 가지 모델을 동시에 고려한다. 하나는 객체가 특정시점에 어떤 상태를 가지냐이다.이를 스냅샷이라고 한다. 이는 UML에서 객체 다이어 그램이라고도 불린다. 이처럼 실제로 객체가 살아 움직이는 동안 상태가 어떻게 변하고 어떻게 행동하는지를 포착하는 것을 동적모델이라고 한다.
다른 하나는 객체가 가질 수 있는 모든 상태와 모든 행동을 시간에 독립적으로 표현하는 것이다. 이런 모델을 타입모델이라고 한다. 이는 객체가 속한 타입의 정적인 모습을 표현하기 때문에 정적 모델이라고도 한다.
객체지향 애플리케이션을 설계하고 구현하기 위해서는 객체관점의 동적 모델과 객체를 추상화한 타입 관점의 정적모델을 적절히 혼용해야 한다.

클래스

정적인 모델은 클래스를 이용해 구현된다. 하지만 클래스는 단지 타입을 구현 할 수 있는 여러 구현 메커니즘 중 하나일 뿐이다. 클래스와 타입을 구분하는 것은 설계를 유연하게 유지하기 위한 바탕이 된다.