📚[Java] 다형성, 분수의 덧셈 문제풀이

텁텁·2025년 4월 9일

다형성

다형성(Polymorphism)은 이름 그대로 다양한 형태, 여러 형태를 뜻한다.
프로그래밍에서 다형성은 한 객체가 여러 타입의 객체로 취급될 수 있는 능력을 뜻한다.

다형적 참조

//부모 클래스
public class Parent {
    public void parentMethod() {
        System.out.println("Parent.parentMethod"); }}

//자식 클래스
public class Child extends Parent {
    public void childMethod(){
        System.out.println("Child.childMethod"); }}

//부모타입 변수가 자식 타입을 참조
public class PolyMain {
    public static void main(String[] args) {        
        //부모 변수가 자식 인스턴스 참조(다형적 참조)
        Parent poly = new Child();
        poly.parentMethod();
        
        //Child child1 = new Parent();
        //컴파일오류 : 자식은 부모를 담을 수 없다.
        
        //poly.childMethod();
        //자식의 기능을 호출할 수 없다. 컴파일 오류
}}

Parent 타입의 변수는 다음과 같이 자신인 Parent 뿐만아니라,

자식 타입 객체까지 참조할 수 있다.
- Parent poly = new Parent();
- Parent poly = new Child();
- Parent poly = new Grandson(); // Child 하위에 손자가 있다면 이또한 가능
반대로 자식은 부모를 담을 수 없다.
- Child child1 = new Parent(); //컴파일 오류 발생
자바에서 부모 타입은 자신은 물론이고, 자신을 기준으로 모든 자식 타입을
참조할 수 있으며 이를 다형적 참조라고 한다.

다형적 참조의 한계

다형적 참조를 통해 부모 타입으로 자식 객체를 담을 수 있지만,
부모가 가진 기능(메서드)만 호출 가능하다.

다운캐스팅

앞선 한계점을 해결하기 위해선 호출하는 타입을 자식인 Child 타입으로 강제로 변경하면 된다.

public class CastingMain1 {
    public static void main(String[] args) {
        //부모 변수가 자식 인스턴스 참조(다형적 참조)
        Parent parent = new Child();
        //단 자식의 기능은 호출할 수 없다. 컴파일 오류 발생
        //parent.childMethod();

        //다운캐스팅(부모타입 -> 자식타입)
        Child child = (Child) parent;
        child.childMethod(); //사용 가능
    }
}

실행순서

Parent parent = new Child();
//Parent 타입을 가진 Child 객체 생성
Child child = (Child) ;
//다운캐스팅을 통해 부모타입을 자식타입으로 변환해서 대입
Child child = (Child) X001;
//참조값을 읽은 다음 자식 타입으로 지정
Child child = X001; //최종 결과

괄호와 그 사이에 타입을 지정하면 특정 타입으로 형변환 할 수 있다.
이를 캐스팅이라 한다.
캐스팅을 한다고 해서 Parent parent의 타입이 변하지는 않는다.
해당 참조값을 꺼내고 그 참조값이 Child 타입이 되는것
디테일한 흐름
- new Child() → 힙 영역 X001 번지에 Child 객체 생성
- Parent parent = X001; → Parent 타입으로 참조 (Parent 타입)
- Child child = (Child) parent; → X001 그대로 복사, 이를 Child 타입으로 형변환
- 결국 → Parent, Child 둘 다 X001 주소 들고 있음

업캐스팅

public class CastingMain3 {
    public static void main(String[] args) {
        Child child = new Child();
        Parent parent1 = (Parent) child; //업캐스팅
        Parent parent2 = child; //업캐스팅은 생략가능, 생략권장

        parent1.parentMethod();
        parent2.parentMethod();
        //둘 다 실행가능
    }}

업캐스팅은 JVM 이 자동으로 형변환 해주기 때문에 캐스팅을 할 필요가 없다.
- 자식은 부모의 특징을 다 갖고 있음
- JVM 입장에서 보면 안전함
- 부모가 필요한데 자식 줘도 아무 문제 없음
- 그래서 (Parent) 생략 가능

상황	설명	캐스팅 필요 여부
업캐스팅(자식 → 부모)	작은 타입 -> 큰 타입	자동 형변환, 캐스팅 생략 가능
다운캐스팅(부모 → 자식)	큰 타입 -> 작은 타입	명시적 캐스팅 반드시 필요

다운캐스팅의 주의점

public class CastingMain4 {
    public static void main(String[] args) {
        //1번코드
        Parent parent1 = new Child();
        Child child1 = (Child) parent1;
        child1.childMethod(); //문제없음

        //2번코드      
        Parent parent2 = new Parent();
        Child child2 = (Child) parent2; //런타임 오류 - ClassCastException
        child2.childMethod(); //실행 불가
    }
}

Parent parent2 = new Parent(); 부모 타입으로 객체를 생성한다.
- 메모리 상에 자식 타입은 존재하지 않음
Child child2 = (Child) parent2; parent2 를 Child 타입으로 다운캐스팅
- 메모리 상에 Child 객체가 존재하지않음 > 사용불가
자바에선 사용할 수 없는 타입으로 다운캐스팅 시 ClassCastException
예외를 발생시킨다.
- 예외 발생 시 다음 동작이 실행되지 않고 프로그램이 강제로 종료된다.
- 따라서 child2.childMethod(); 코드 자체가 실행되지 않음

instanceof

객체가 특정 클래스로 만들어졌는지 검사할 때 사용

public class CastingMain5 {
    public static void main(String[] args) {
        Parent parent1 = new Parent();
        System.out.println("parent1 호출");
        call(parent1);
        //Child 인스턴스가 아님

        Parent parent2 = new Child();
        System.out.println("parent2 호출");
        call(parent2);
        //Child 인스턴스가 맞음
    }

    private static void call(Parent parent){
        if(parent instanceof Child){
            System.out.println("Child 인스턴스가 맞음");
            Child child = (Child) parent;
        } else {
            System.out.println("Child 인스턴스가 아님");
        }
    }
}

call(parent1);
- instanceof child 로 체크 -> false
- "Child 인스턴스가 아님" 출력
call(parent2);
- instanceof child 로 체크 -> true
- "Child 인스턴스가 맞음" 출력
instanceof 를 사용하면 객체와 클래스 사이의 상속 관계를 쉽게 확인할 수 있다.

코딩 테스트 입문

분수의 덧셈

문제
첫 번째 분수의 분자와 분모를 뜻하는 numer1, denom1, 두 번째 분수의 분자와 분모를 뜻하는 numer2, denom2가 매개변수로 주어집니다.
두 분수를 더한 값을 기약 분수로 나타냈을 때 분자와 분모를 순서대로 담은 배열을 return 하도록 solution 함수를 완성해보세요.

일차적인 주제인 분수의 덧셈을 구하는 건 간단했지만 기약분수 라는 조건이 내 발목을 잡았다.
분자와 분모의 최대 공약수를 구해야 하는데 이를 구하는 방법으로 유클리드 호제법이 있다는 것을 알게되었다.

유클리드 호제법이란?
2개의 자연수(또는 정식) a, b에 대해서 a를 b로 나눈 나머지를 r이라하면(단, a>b), a와 b의 최대공약수는 b와 r의 최대공약수와 같다. 이 성질에 따라, b를 r로 나눈 나머지 r'를 구하고, 다시 r을 r'로 나눈 나머지를 구하는 과정을 반복하여 나머지가 0이 되었을 때 나누는 수가 a와 b의 최대공약수이다.

먼저 두 분수의 합을 구한다.

분모끼리 곱한 후 분자는 각각 다른 분모와 곱한 값을 더한다.

int numer3 = (numer1*denom2)+(numer2*denom1); //분자
int denom3 = denom1 * denom2; //분모

분자, 분모의 최대 공약수를 구하는 메서드 작성

최대공약수를 구하기 위해 유클리드 호제법 사용

public static int getGcd(int p, int q){
            if (q == 0) return p;
            return getGcd(q, p % q);
}

코드의 흐름
- int p 를 int q로 나누었을 때 나머지의 값이 0이면 return p;
- 아니라면 다시 (q, p % q)로 호출해서 과정을 반복한다.
- 반복하다 보면 나머지가 0이 되는 순간이 온다.
- 그 때 남은 p의 값이 바로 최대공약수이다.

해당 값을 기약분수로 만든다.
- 최대공약수를 분자, 분모에 각각 나누어준다.
- 전체코드는 이렇다.

class Solution {
    public int[] solution(int numer1, int denom1, int numer2, int denom2) {
        int[] answer = {};
        answer = new int[2];
        int numer3 = (numer1*denom2)+(numer2*denom1);
        int denom3 = denom1 * denom2;
                
        int gcd = getGcd(numer3, denom3);
        
        answer[0] = numer3/gcd;
        answer[1] = denom3/gcd;
        
        return answer;
    }
    
    public static int getGcd(int p, int q){
            if (q == 0) return p;
            return getGcd(q, p % q);
    }
}