'김영한의 실전 자바 - 기본편' 강의를 들으면서 복습할만한 내용을 정리하였다.

10. 상속

10.1 상속 관계

상속은 객체 지향 프로그래밍의 핵심 요소 중 하나로, 기존 클래스의 필드와 메서드를 새로운 클래스에서 재사용하게 해준다. 이름 그대로 기존 클래스의 속성과 기능을 그대로 물려받는 것이다. 상속을 사용하려면 extends 키워드를 사용하면 된다. 그리고 extends 대상은 하나만 선택할 수 있다.

용어 정리

• 부모 클래스 (슈퍼 클래스) : 상속을 통해 자신의 필드와 메서드를 다른 클래스에 제공하는 클래스

• 자식 클래스 (서브 클래스) : 부모 클래스로부터 필드와 메서드를 상속받는 클래스

상속 예)

• Car 부모 클래스

public class Car {
	public void move() {
 		System.out.println("차를 이동합니다.");
    }
}

• ElectricCar 자식 클래스

public class ElectricCar extends Car {
	public void charge() {
    	System.out.println("충전합니다.");
    }
}

• GasCar 자식 클래스

public class GasCar extends Car {
	public void fillUp() {
 		System.out.println("기름을 주유합니다.");
    }
}

상속 구조도

전기차와 가솔린차가 Car를 상속 받은 덕분에 전기차와 가솔린차는 move()를 사용할 수 있다.

상속은 부모의 기능을 자식이 물려 받는 것이다. 따라서 자식이 부모의 기능을 물려 받아서 사용할 수 있다. 반대로 부모 클래스는 자식 클래스에 접근할 수 없다. 자식 클래스는 부모 클래스의 기능을 물려 받기 때문에 접근할 수 있지만, 그 반대는 아니다. 부모 코드를 보면 자식에 대한 정보가 하나도 없다. 반면에 자식 코드는 extends Car 를 통해서 부모를 알고 있다.

단일 상속

자바는 다중 상속을 지원하지 않는다. 그래서 extends 대상은 하나만 선택할 수 있다. 부모를 하나만 선택할 수 있다는 뜻이다. 물론 부모가 또 다른 부모를 하나 가지는 것은 괜찮다.

만약 다중 상속을 사용하게 되면 어떤 부모의 속성과 메서드를 사용해야 할지 애매한 문제가 발생한다. 이것을 다이아몬드 문제라 한다. 그리고 다중 상속을 사용하면 계층 구조가 매우 복잡해질 수 있다. 이런 문제점 때문에 자바는 클래스의 다중 상속을 허용하지 않는다. 대신에 인터페이스의 다중 구현을 허용해서 이러한 문제를 피한다.

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10.2 상속과 메모리 구조

상속 관계를 객체로 생성할 때 메모리 구조를 확인해보자.

ElectricCar electricCar = new ElectricCar();

new ElectricCar() 를 호출하면 ElectricCar 뿐만 아니라 상속 관계에 있는 Car 까지 함께 포함해서 인스턴스를 생성한다. 참조값은 x001로 하나지만 실제로 그 안에서는 Car, ElectricCar 라는 두가지 클래스 정보가 공존하는 것이다.

상속이라고 해서 단순하게 부모의 필드와 메서드만 물려 받는게 아니다. 상속 관계를 사용하면 부모 클래스도 함께 포함해서 생성된다. 외부에서 볼때는 하나의 인스턴스를 생성하는 것 같지만 내부에서는 부모와 자식이 모두 생성되고 공간도 구분된다.

• electricCar.charge() 호출

electricCar.charge() 를 호출하면 참조값을 확인해서 x001.charge() 를 호출한다. 따라서 x001 을 찾아서 charge() 를 호출하면 되는 것이다. 그런데 상속 관계의 경우에는 내부에 부모와 자식이 모두 존재한다. 이때 부모인 Car 를 통해서 charge()를 찾을 지 아니면 ElectricCar 를 통해서 charge()를 찾을지 선택해야 한다.

이때는 호출하는 변수의 타입(클래스)을 기준으로 선택한다. electricCar 변수의 타입이 ElectricCar 이므로 인스턴스 내부에 같은 타입인 ElectricCar 를 통해서 charge() 를 호출한다.

• electricCar.move() 호출

electricCar.move() 를 호출하면 먼저 x001 참조로 이동한다. 내부에는 Car, ElectricCar 두가지 타입이 있다. 이때 호출하는 변수인 electricCar 의 타입이 ElectricCar 이므로 이 타입을 선택한다.

그런데 ElectricCar 에는 move() 메서드가 없다. 상속 관계에서는 자식 타입에 해당 기능이 없으면 부모 타입으로 올라가서 찾는다. 이 경우 ElectricCar 의 부모인 Car 로 올라가서 move()를 찾는다. 부모인 Car 에 move()가 있으므로 부모에 있는 move() 메서드를 호출한다.

만약 부모에서도 해당 기능을 찾지 못하면 더 상위 부모에서 필요한 기능을 찾아본다. 부모에 부모로 계속 올라가면서 필드나 메서드를 찾는 것이다. 물론 계속 찾아도 없으면 컴파일 오류가 발생한다.

정리

1. 상속 관계의 객체를 생성하면 그 내부에는 부모와 자식이 모두 생성된다.

2. 상속 관계의 객체를 호출할 때, 대상 타입을 정해야 한다. 이때 호출자의 타입을 통해 대상 타입을 찾는다.

3. 현재 타입에서 기능을 찾지 못하면 상위 부모 타입으로 기능을 찾아서 실행한다. 기능을 찾지 못하면 컴파일 오류가 발생한다.

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10.3 상속과 메서드 오버라이딩

부모 타입의 기능을 자식에서는 다르게 재정의 하고 싶을 수 있다. 예를 들어서 자동차의 경우 Car.move() 라는 기능이 있다. 이 기능을 사용하면 단순히 "차를 이동합니다."라고 출력한다. 전기차의 경우 보통 더 빠르기 때문에 전기차가 move() 를 호출한 경우에는 "전기차를 빠르게 이동합니다."라고 출력을 변경하고 싶다.

이렇게 부모에게서 상속 받은 기능을 자식이 재정의 하는 것을 메서드 오버라이딩(Overriding)이라 한다.

Car

public class Car {
	
    public void move() {
 		System.out.println("차를 이동합니다.");
    }
    
    public void openDoor() {
 		System.out.println("문을 엽니다.");
    }
}

ElectricCar

public class ElectricCar extends Car {

    @Override
 	public void move() {
 		System.out.println("전기차를 빠르게 이동합니다.");
    }
    
 	public void charge() {
 		System.out.println("충전합니다.");
    }
}

ElectricCar 는 부모인 Car의 move() 기능을 그대로 사용하고 싶지 않다. 메서드 이름은 같지만 새로운 기능을 사용하고 싶다. 그래서 ElectricCar의 move() 메서드를 새로 만들었다. 이렇게 부모의 기능을 자식이 새로 재정의하는 것을 메서드 오버라이딩이라 한다. 이제 ElectricCar의 move()를 호출하면 Car 의 move() 가 아니라 ElectricCar 의 move() 가 호출된다.

@Override

@ 이 붙은 부분을 애노테이션이라 한다. 애노테이션은 주석과 비슷한데, 프로그램이 읽을 수 있는 특별한 주석이라 생각하면 된다.

이 애노테이션은 상위 클래스의 메서드를 오버라이드하는 것임을 나타낸다. 이름 그대로 오버라이딩한 메서드 위에 이 애노테이션을 붙여야 한다.

컴파일러는 이 애노테이션을 보고 메서드가 정확히 오버라이드 되었는지 확인한다. 오버라이딩 조건을 만족시키지 않으면 컴파일 에러를 발생시킨다. 따라서 실수로 오버라이딩을 못하는 경우를 방지해준다.

오버라이딩과 클래스

Car의 move() 메서드를 ElectricCar에서 오버라이딩 했다.

오버라이딩과 메모리 구조

1. electricCar.move()를 호출한다.

2. 호출한 electricCar 의 타입은 ElectricCar 이다. 따라서 인스턴스 내부의 ElectricCar 타입에서 시작한다.

3. ElectricCar 타입에 move() 메서드가 있다. 해당 메서드를 실행한다. 이때 실행할 메서드를 이미 찾았으므로 부모 타입을 찾지 않는다.

오버로딩(Overloading)과 오버라이딩(Overriding)

• 메서드 오버로딩 : 메서드 이름이 같고 매개변수(파라미터)가 다른 메서드를 여러개 정의하는 것을 메서드 오버로딩(Overloading)이라 한다. 같은 이름의 메서드를 여러개 정의했다고 이해하면 된다.

• 메서드 오버라이딩 : 메서드 오버라이딩은 하위 클래스에서 상위 클래스의 메서들 재정의하는 과정을 의미한다. 따라서 상속 관계에서 사용한다. 부모의 기능을 자식이 다시 정의하는 것이다. 기존 기능을 새로운 기능으로 덮어버린다고 이해하면 된다. 오버라이딩을 우리말로 번역하면 무언가를 다시 정의한다고 해서 재정의라 한다. 상속 관계에서는 기존 기능을 다시 정의한다고 이해하면 된다.

메서드 오버라이딩 조건

@Override 애노테이션을 활용하면 웬만한 조건을 다 검사해준다.

• 메서드 이름 : 메서드 이름이 같아야 한다.

• 메서드 매겨변수(파라미터) : 매개변수(파라미터) 타입, 순서, 개수가 같아야 한다.

• 반환 타입 : 반환 타입이 같아야 한다. 단 반환 타입이 하위 클래스 타입일 수 있다.

• 접근 제어자 : 오버라이딩 메서드의 접근 제어자는 상위 클래스의 메서드보다 더 제한적이어서는 안된다. 예를 들어, 상위 클래스의 메서드가 protected 로 선언되어 있으면 하위 클래스에서 이를 public 또는 protected로 오버라이드할 수 있지만, private 또는 default로 오버라이드 할 수 없다.

• 예외 : 오버라이딩 메서드는 상위 클래스의 메서드보다 더 많은 체크 예외를 throws로 선언할 수 없다. 하지만 더 적거나 같은 수의 예외, 또는 하위 타입의 예외는 선언할 수 있다.

• static, final, private : 키워드가 붙은 메서드는 오버라이딩 될 수 없다.

  • static은 클래스 레벨에서 작동하므로 인스턴스 레벨에서 사용하는 오버라이딩이 의미가 없다. 쉽게 이야기해서 그냥 클래스 이름을 통해 필요한 곳에 직접 접근하면 된다.
  • final 메서드는 재정의를 금지한다.
  • private 메서드는 해당 클래스에서만 접근 가능하기 때문에 하위 클래스에서 보이지 않는다. 따라서 오버라이딩 할 수 없다.

• 생성자 오버라이딩 : 생성자는 오버라이딩 할 수 없다.

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10.4 상속과 접근 제어

접근 제어자 종류

• private : 모든 외부 호출을 막는다.

• default(pacakage-private) : 같은 패키지안에서 호출은 허용한다.

• protected : 같은 패키지안에서 호출을 허용한다. 패키지가 달라도 상속 관계의 호출은 허용한다.

• public : 모든 외부 호출을 허용한다.

접근 제어와 메모리 구조

본인 타입에 없으면 부모 타입에서 기능을 찾는데, 이때 접근 제어자가 영향을 준다. 왜냐하면 객체 내부에서는 자식과 부모가 구분되어 있기 때문이다. 결국 자식 타입에서 부모 타입의 기능을 호출할 때, 부모 입장에서 보면 외부에서 호출한 것과 같다.

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10.5 super - 부모 참조

부모와 자식의 필드명이 같거나 메서드가 오버라이딩 되어 있으면, 자식에서 부모의 필드나 메서드를 호출할 수 없다. 이때 super 키워드를 사용하면 부모를 참조할 수 있다. super 는 이름 그대로 부모 클래스에 대한 참조를 나타낸다.

Parent

public class Parent {

	public String value = "parent";
    
 	public void hello() {
 		System.out.println("Parent.hello");
    }
}

Chlid

public class Child extends Parent {
	
    public String value = "child";
    
    @Override
 	public void hello() {
		System.out.println("Child.hello");
    }
    
 	public void call() {
    	System.out.println("this value = " + this.value); //this 생략 가능
		System.out.println("super value = " + super.value);
 		this.hello(); //this 생략 가능
		super.hello();
    }
}

super 메모리 그림

child.call()

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10.6 super - 생성자

상속 관계의 인스턴스를 생성하면 결국 메모리 내부에는 자식과 부모 클래스가 각각 만들어진다. Child 를 만들면 부모인 Parent 까지 함께 만들어지는 것이다. 따라서 각각의 생성자도 모두 호출되어야 한다.

상속 관계를 사용하면 자식 클래스의 생성자에서 부모 클래스의 생성자를 반드시 호출해야 한다. (규칙)

ClassA 최상위 부모 클래스

public class ClassA {
 	
    public ClassA() {
 		System.out.println("ClassA 생성자");
    }
}

ClassB

public class ClassB extends ClassA {
	
    public ClassB(int a) {
 		super(); //기본 생성자 생략 가능
		System.out.println("ClassB 생성자 a="+a);
    }
    
 	public ClassB(int a, int b) {
 		super(); //기본 생성자 생략 가능
		System.out.println("ClassB 생성자 a="+a + " b=" + b);
    }
}

• ClassB는 ClassA를 상속 받았다. 상속을 받으면 생성자의 첫줄에 super(...) 를 사용해서 부모 클래스의 생성자를 호출해야 한다.
  • 예외로 생성자 첫줄에 this(...) 를 사용할 수는 있다. 하지만 super(...) 는 자식의 생성자 안에서 언젠가는 반드시 호출해야 한다.
• 부모 클래스의 생성자가 기본 생성자(파라미터가 없는 생성자)인 경우에는 super() 를 생략할 수 있다.
  • 상속 관계에서 첫줄에 super(...) 를 생략하면 자바는 부모의 기본 생성자를 호출하는 super() 를 자동으로 만들어준다.
  • 참고로 기본 생성자를 많이 사용하기 때문에 편의상 이런 기능을 제공한다.

ClassC

public class ClassC extends ClassB {

	public ClassC() {
    	super(10, 20);
 		System.out.println("ClassC 생성자");
    }
}

• ClassC 는 ClassB를 상속 받았다. ClassB에는 다음 두 생성자가 있다.

  • ClassB(int a)
  • ClassB(int a, int b)

• 생성자는 하나만 호출할 수 있다. 두 생성자 중에 하나를 선택하면 된다.

  • super(10, 20) 를 통해 부모 클래스의 ClassB(int a, int b) 생성자를 선택했다.

• 참고로 ClassC의 부모인 ClassB에는 기본 생성자가 없다. 따라서 부모의 기본 생성자를 호출하는 super()를 사용하거나 생략할 수 없다.

ClassC classC = new ClassC(); 실행 과정

• 실행 결과

ClassA 생성자
ClassB 생성자 a=10 b=20
ClassC 생성자

실행해보면 ClassA -> ClassB -> ClassC 순서로 실행된다. 생성자의 실행 순서가 결과적으로 최상위 부모부터 실행되어서 하나씩 아래로 내려오는 것이다. 따라서 초기화는 최상위 부모부터 이루어진다. 왜냐하면 자식 생성자의 첫줄에서 부모의 생성자를 호출해야 하기 때문이다.

1 ~ 3 까지의 과정

new ClassC() 를 통해 ClassC 인스턴스를 생성한다. 이때 ClassC()의 생성자가 먼저 호출되는 것이 맞다. 하지만 ClassC()의 생성자는 가장 먼저 super(...)를 통해 ClassB(...)의 생성자를 호출한다. ClassB() 의 생성자도 부모인 ClassA() 의 생성자를 가장 먼저 호출한다.

4 ~ 6 까지의 과정

ClassA()의 생성자는 최상위 부모이다. 생성자 코드를 실행하면서 "ClassA 생성자" 를 출력한다. ClassA() 생성자 호출이 끝나면 ClassA()를 호출한 ClassB(...) 생성자로 제어권이 돌아간다. ClassB(...) 생성자가 코드를 실행하면서 "ClassB 생성자 a=10 b=20"를 출력한다. 생성자 호출이 끝나면 ClassB(...) 를 호출한 ClassC()의 생성자로 제어권이 돌아간다. ClassC() 가 마지막으로 생성자 코드를 실행하면서 "ClassC 생성자" 를 출력한다.

정리

• 상속 관계의 생성자 호출은 결과적으로 부모에서 자식 순서로 실행된다. 따라서 부모의 데이터를 먼저 초기화하고 그 다음에 자식의 데이터를 초기화한다.

• 상속 관계에서 자식 클래스의 생성자 첫줄에 반드시 super(...) 를 호출해야 한다. 단 기본 생성자(super())인 경우 생략할 수 있다.