12장 다형성

출처 : 오브젝트 (조영호 저)

상속의 목적은 코드 재사용이 아니고 타입 계층을 구조화하기 위해 사용해야 한다.

다형성

컴퓨터 과학에서는 다형성을 하나의 추상 인터페이스에 대해 코드를 작성하고 이 추상 인터페이스에 대해 서로 다른 구현을 연결할 수 있는 능력을 말한다.

다형성은 여러가지로 분류할 수 있지만 객체지향에서 가장 널리 알려진 형태의 다형성은 포함 다형성(inclusion) 이다. 포함 다형성은 메시지가 동일하더라도 수신한 객체의 타입에 따라 실제로 수행되는 행동이 달라지는 능력을 의미한다.

포함 다형성을 위한 전제조건은 자식 클래스가 부모 클래스의 서브타입이어야 한다는 것이다. 그리고 상속의 진정한 목적은 코드 재사용이 아니라 다형성을 위한 서브타입 계층을 구축하는 것이다.

데이터 관점의 상속

데이터 관점에서 상속은 자식 클래스의 인스턴스 안에 부모 클래스의 인스턴스를 포함하는 것으로 볼 수 있다. 따라서 자식 클래스의 인스턴스는 자동으로 부모 클래스에서 정의한 모든 인스턴스 변수를 내부에 포함하게 되는 것이다.

행동 관점의 상속

행동 관점의 상속은 부모 클래스가 정의한 일부 메서드를 자식 클래스의 메서드로 포함시키는 것을 의미한다.

객체의 경우에는 서로 다른 상태를 저장할 수 있도록 각 인스턴스별로 독립적인 메모리를 할당받아야 한다. 하지만 메서드의 경우에는 동일한 클래스의 인스턴스끼리 공유가 가능하기 때문에 클래스는 한 번만 메모리에 로드하고 각 인스턴스별로 클래스를 가리키는 포인터를 갖게하는 것이 경제적이다.

메시지를 수신한 객체는 class 포인터로 연결된 자신의 클래스에서 적절한 메서드가 존재하는지 찾고 메서드가 존재하지 않으면 클래스의 parent 포인터를 따라 부모 클래스를 차례대로 훑어가면서 적절한 메서드가 존재하는지를 검색한다.

같은 메시지, 다른 메서드

코드 안에서 선언된 참조 타입과 무관하게 실제로 메시지를 수신하는 객체의 타입에 따라 실행되는 메서드가 달라질 수 있는 것은 업캐스팅과 동적 바인딩이라는 매커니즘이 작용하기 때문이다.

• 부모 클래스타입으로 선언된 변수에 자식 클래스의 인스턴스를 할당하는 것이 가능한데 이를 업캐스팅이라 한다.

• 선언된 변수의 타입이 아니라 메시지를 수신하는 객체의 타입에 따라 실행되는 메서드가 결정된다. 이것은 객체지향 시스템이 메시지를 처리할 적절한 메서드를 컴파일 시점이 아니라 실행 시점에 결정하기 때문에 가능하다. 이를 동적 바인딩이라고 부른다.

업캐스팅은 서로 다른 클래스의 인스턴스를 동일한 타입에 할당하는 것을 가능하게 해주며 동적 메서드 탐색은 부모 클래스의 타입에 대해 메시지를 전송하더라도 실행 시에는 실제 클래스 기반으로 실행될 메서드가 선택되게 해준다.

업캐스팅

컴파일러의 관점에서 자식 클래스는 아무런 제약 없이 부모 클래스를 대체할 수 있기 때문에 부모 클래스와 협력하는 클라이언트는 다양한 자식 클래스의 인스턴스와도 협력하는 것이 가능하다. 여기서 자식 클래스가 현재 상속 계층에 존재하는 자식 클래스뿐만 아니라 앞으로 추가될지도 모르는 미래의 자식 클래스들을 포함한다.

동적 바인딩

객체지향 언어에서는 메시지를 수신했을 때 실행될 메서드가 런타임에 결정된다. 이처럼 실행될 메서드를 런타임에 결정하는 것을 동적 바인딩 또는 지연 바인딩 이라고 부른다.
클래스 정의를 살펴보는 것만으로는 정확한 메서드를 알 수 없다. 실행 시점에 어떤 클래스의 인스턴스를 생성해서 전달하는지를 알아야만 실제로 실행되는 메서드를 알 수 있다.

자동적인 메시지 위임

상속 계층 안의 클래스는 메시지를 처리할 방법을 알지 못할 경우 메시지에 대한 처리를 부모 클래스에게 위임한다. 메시지를 위임받은 부모 클래스 역시 이해할 수 없다면 자신의 부모 클래스에게 전달한다.
즉, 적절한 메서드를 찾을 때까지 상속 계층을 따라 위임된다.

자식 클래스가 부모 클래스의 메서드를 오버라이딩하면 자식 클래스에서 부모 클래스로 향하는 메서드 탐색 순서 때문에 자식 클래스의 메서드가 부모 클래스의 메서드를 감추게 된다.

동적인 문맥

self(자바의 this)전송은 자식 클래스에서 부모 클래스 방향으로 진행되는 동적 메서드 탐색 경로를 다시 self 참조가 가리키는 원래의 자식 클래스로 이동시킨다.

이로 인해 최악의 경우에는 실제로 실행될 메서드를 이해하기 위해 상속 계층 전체를 훑어가며 코드를 이해해야 하는 상황이 발생할 수 도 있다.

결과적으로 self 전송이 깊은 상속 계층과 계층 중간중간에 함정처럼 숨겨져 있는 메서드 오버라이딩과 만나면 극단적으로 이해하기 어려운 코드가 만들어진다.

self 대 super

super 참조의 용도는 부모 클래스에 정의된 메서드를 실행하기 위한 것이 아니다. super참조의 정확한 의도는 이 클래스의 부모 클래스에서부터 메서드 탐색을 시작하라는 것이다.

self 전송의 경우 메서드 탐색을 시작할 클래스를 반드시 실행 시점에 동적으로 결정해야 하지만 super 전송의 경우에는 컴파일 시점에 미리 결정해 좋을 수 있다.