JAVA - 객체지향 프로그래밍( OOP )

객체지향 프로그래밍 ( OOP : Object-Oriented Programming ) :
。프로그램을 여러개의 객체( Object )으로 분할 및 구성하여, 해당 객체들이 서로 상호작용하여 동작하는 방식의 프로그래밍 패러다임
▶ 프로그램의 데이터 및 데이터에 접근하는 코드를 클래스 단위로 모듈화하여 각 클래스끼리 상호작용을 수행
▶ 클래스는 여러 프로그램에서 재사용하는것도 가능해져 효율성 증대

。 절차적 프로그래밍를 개선한 방식

ex ) Python , C++ , Java , C# , JavaScript.. etc

。 실제 세계에 존재하는 객체 ( Object )를 프로그램 상에서 추상화하여 표현.
▶ 실세계의 객체의 상태 ( state )와 행위 ( behavior )을 프로그램상에서 객체로서 variable , method로 표현.

。기존 절차적 프로그래밍의 경우 단순한 프로그램의 경우는 문제 없지만, 소프트웨어 위기를 통한 소프트웨어의 규모가 증대되고, 복잡해져 절차적 프로그래밍을 수행 시 대규모 소프트웨어의 유지보수를 원활하게 수행하기가 어려워짐.
▶ 객체지향 프로그래밍을 통해 프로그램을 다수의 객체로 구현하여 서로 상호작용하도록 구현

• 절차적 프로그래밍 ( Procedural Programming )
  。프로그램 전체를 유기적으로 연결되도록하는 프로그래밍 패러다임으로서 순차적 처리를 지향
  ▶ 객체지향 프로그래밍은 프로그램을 클래스 단위로 모듈화하여 각 클래스끼리 상호작용을 수행
  
  。컴퓨터 처리구조와 유사해 실행속도가 빠르다.
  
  。프로그램의 규모가 커질수록 유지보수가 어렵고 , 가독성이 떨어진다.
  ▶ 대규모 프로젝트에 부적합.
  
  
• 소프트웨어 위기 ( Software Crisis )
  。SW기술의 발전에 비해 급격한 HW기술의 발전으로 인하여 사용자의 요구사항이 다양해지면서 해결할 문제가 더욱 복잡해졌으나, 이를 충족하지 못하는 현상.

패키지 ( Package ) , 모듈 ( Module )
。SW의 전체 구조를 표현하기 위해 관련된 응집도 높은 클래스집합을 하나의 논리적단위로 묶는 구성요소
▶ 내부의 클래스들을 감춤으로써 시스템구조를 추상화하여 단순

Class : Conceptualization ( 개념화 )
。객체지향 패러다임에서 가장 기초가 되는 개념으로서 프로그램을 구성하는 코드단위

。 설계도 개념으로서 실세계의 객체의 상태 ( state )와 행위 ( behavior )를 프로그램상에서 객체로서 variable , method로 표현.
▶ Design Abstraction에 대응.

。속성 : 고유정보 / 상태정보로 구성
▶ 고유정보 : 클래스 고유 상태로서 변하지 않음.
▶ 상태정보 : 동적으로 변하는 상태

。Class의 이름은 보통 명사를 사용.

。Object를 정의하는 형틀(template)로서 속성(Data)와 동작(Method)를 포함하여 재사용성과 유지보수성을 증진.
▶ 인스턴스화( Instantiate ) : Class를 통해 객체를 생성하는 행위

。Class는 단일 상속만 가능.
▶ 다중 상속은 Interface를 통해 수행.

。클래스의 필드 , 메소드는 각각 instance와 static 요소가 존재.

• Method
  。클래스의 행위에 해당하는 클래스 내 함수
  
  。 일반적인 함수와는 다른 개념
  ▶ 클래스 내 함수 = 메서드 / 독립적으로 존재하여 기능한 경우 함수
  
  
• 클래스 관계

  • is-a 관계
    。클래스 간 상속관계를 지시
    ▶ 자식클래스 is-a 부모클래스
    
    。is-a 관계의 경우 상속으로 표현하여 상속관계를 설정
    
    。UML Class Diagram에서는 부모-자식 관계를 화살표를 사용하여 다음처럼 표현.
    ▶ 자식 Class → 부모 Class 방향으로 지시
    
    
  • has-a 관계
    。클래스 간 포함관계를 지시
    ▶ 한 객체가 다른 객체에 속하는 포함관계 인 경우
    ▶ 고수준클래스 has-a 저수준클래스
    
    。has-a 관계 인 경우 한 클래스( ex. Car ) 내부에서 다른 클래스( Engine )의 객체를 멤버 변수로 포함하여 구성관계를 설정
    ex ) car has-a engine
    

• 
  
  
• 설계추상화 ( Design Abstraction ) : 복잡한 시스템을 단순화하고 조직화하여 핵심적인 요소만 남기고 불필요한 세부 사항을 숨기는 설계 방식
  
  
• 인스턴스 : instance , 정적 : static
  。Instance Method / Instance Field :
  클래스 객체 생성 시 함께 생성되어 Heap 영역을 차지
  ▶ 각 클래스 객체마다 독립
  
  클래스 객체에서 호출
  
  。Static Method / Static Field
  각 클래스 당 유일하게 존재하며 Static 영억을 차지
  ▶ 동일 클래스의 다른 객체를 생성하더라도 동일한 static 요소를 참조
  
  클래스 자체에서 호출

  static :
  。선언된 데이터의 메모리 할당을 컴파일 시점에서 수행할 것을 의미
  ▶ 프로그램 수명주기동안 메모리 수명 유지

객체지향 프로그래밍( OOP ) 4가지 특징
。클래스의 4가지 특징으로도 간주 가능.

。캡슐화 , 추상화 , 상속 , 다형성

• 캡슐화 ( Encapsulation ) :
  。클래스의 객체의 변수 또는 Method를 캡슐로 감싸서 안보이게 하는 정보은닉 개념
  ▶ 최소한의 정보만 외부에 노출
  
  。캡슐화는 높은 응집도와 낮은 결합도를 유지
  
  。하나의 Class 안에 관련된 Data와 Method를 포함 및 외부에서 해당 Class의 객체 참조 시 Data를 오직 Method를 통해 참조하도록 하는 것.
  ▶ 생성한 객체의 속성을 함부로 변경하지 않기 위해서 캡슐화를 수행
  
  。객체의 데이터를 접근한정자 ( Access Modifier )의 private로 설정하여 숨기고 Method( = Getter )를 public으로 설정하여 해당 Method로만 데이터에 접근하도록 제한.
  ex) 자동차의 속도, 방향 같은 데이터는 private로서 외부객체가 이용할 수 없고, 가속페달, 운전대 같은 Method는 pulibc으로서 외부객체가 이용 가능.
  
  
• 추상화 ( Abstraction ) :
  。어떤 주요 세부사항을 명확하게 이해하기 위해 중요하지 않은 절차 또는 물체를 의도적으로 생략하여 복잡도를 감소하는 방법
  ▶ 불필요한 부분을 무시하여 현실에 존재하는 복잡도를 극복
  
  。일반화(Generalization)는 추상화를 위한 도구
  
  。추상화 방법 : abstract class, interface
  
  。클래스 정의 시 불필요한 정보는 생략하고 속성 중 필요한 정보만 중점을 두어 개략화하여 핵심만 표현

  • 제어 추상화 ( Control Abstraction )
    。제어 흐름의 저수준 세부사항을 숨기고 고수준의 제어구조만 노출하는 것
    ▶ 사용자가 특정 Method를 사용 시 Method 내부의 Logic을 자세히 모르더라도 호출하는 방법과 어떤 결과를 도출하는지 알기만하면 되는 것을 의미
    
    ex ) Arrays.sort()를 사용 시 내부의 로직을 이해할 필요 없이 단순히 매개변수로 배열을 전달하여 해당 배열이 정렬이 수행되는것만 알면 되는 것
    
    
  • 데이터 추상화( Data Abstraction )
    。대상을 보다 간단한 개념으로 일반화하는 과정을 의미
    ▶ 복잡한 데이터 구조를 일반화하여 간단하고 이해하기 쉬운 형태로 변환하는 과정
    
    ex ) 갤럭시폰 → 휴대폰 → 통신기기로 데이터 추상화를 수행

• 
  
  
• 상속 ( Inheritance ) :
  。특정 클래스가 가진 속성 ( Member Variable, Method )을 다른 클래스에게 부모 - 자식 관계로 상속하는 것을 의미
  ▶ 특정 Class의 속성을 Code-Reuse하여 다른 Class에게 간결하고 효과적으로 구현 및 기능을 확장.
  
  。서로 다른 클래스를 하나의 공통된 카테고리로 묶을 수 있음
  ▶ 인터페이스 , 추상클래스의 경우 해당 범주가 되는것을 목적으로 한다.
  
  。Java에서는 자식 extends 부모()를 통해 부모 Class의 속성을 상속.
  
  。Class는 단일 상속만 가능.
  ▶ 다중 상속은 Interface를 통해 수행.
  
  。기능 확장 시 is-a 관계로서 상속을 수행하며 has-a 관계 일때는 상속을 수행하지 않는다
  ▶ has-a 관계 인 경우 한 클래스( ex. Car )에서 다른 클래스( Engine )의 객체를 멤버 변수로 포함하여 구성관계를 설정
  ex ) car has-a engine
  
  。부모로부터 상속받은 attribute에 더해서 추가적으로 attribute를 선언 가능.
  ▶ abstract를 통해 부모로부터 상속받을 attribute들 중 불필요한 attribute를 숨길수 있다.
  ▶ 부모클래스의 변수를 참조 시 부모클래스 변수는 private가 아닌 protected 접근제한자로 선언하여 자식클래스에서 접근가능하도록 설정

  • 부모 : ( Parent = Super Class = ancestor )
    。일반화 : Generalization :
    。객체들의 공통적인 특징을 추출해서 정의하고 필요없는 기능을 제거하여 하나의 묶음으로 정의하는 과정
    
    
  • 자식 : ( Child = Sub Class = descendant )
    。구체화 : Specialization
    
    
  • self
    。특정 instance의 자신을 지칭하는 변수.
    
    
  • super
    。부모 Class의 instance를 지칭하는 변수.
    ▶ 자식 Class에서 부모 Class의 Member( Field, Method, Constructor )를 가져올 때 활용됨.
    
    super(생성자매개변수) : 자식 Class에서 부모 Class의 생성자를 호출 시 사용하는 함수
    super.메소드명() : 부모 Class의 Method를 호출
    super.변수명 : 부모 Class의 변수를 호출.

• 
  
  
• 다형성 ( Polymorphism ) :
  。동일한 데이터 타입 / 인터페이스에 대해 여러 가지 데이터 타입 유형의 객체를 처리할 수 있는 능력
  ▶ 동일한 메서드에 대해서 매개변수로 입력된 객체 Type에 따라 서로 다른 동작을 수행하는 것 ( 메서드 오버로딩 )
  
  。부모 Class에서 정의된 Method를 자식 Class에서 상속한 동일 이름의 Method에서 기능을 재정의하여 활용이 가능함( 메서드 오버라이딩 )을 의미.
  ▶ 부모 Class Method를 상속한 자식 Class의 동일 Method가 메소드 오버라이딩을 통해 다양한 용도로 실행될 수 있으므로 붙여진 이름.
  
  。다형성을 활용 시 부모 Class에서는 Method를 상속할 자식 Class에 구애받지 않고도 코드를 임의로 작성할 수 있는 장점이 존재.
  ▶ 자식클래스에서 메서드 오버라이딩을 통해 재정의가 가능하므로
  
  。또한 상속할 자식 Class에서는 상속한 Method를 재정의함으로써 구체적으로 명시하여 사용이 가능하므로 결합도가 낮은 유연한 프로그램 구축 시 도움이된다.

  • 메소드 오버라이딩 ( Method Overriding ) :
    。부모 Class에서 정의된 Method를 자식 Class에서 재정의( override ) 하는것을 의미.
    ▶ 메서드 내용만 수정하며 반환자 / 메서드명 / 매개변수 등을 수정 시 그저 함수 하나 생성하는 것.
    
    
  • 메소드 오버로딩 ( Method Overloading )
    。각각의 매개변수, 반환자 등 이 다른 동일명칭의 메소드를 여러개로 정의

Class 종류

• 추상 클래스 ( Abstract Class )
  。특정 클래스들을 묶어 카테고리 역할을 수행하는 클래스
  ▶ 인터페이스와 유사한 역할을 수행
  ▶ 단 인터페이스와의 차이점은 단일상속 , 다른 위계구조를 가지면 카테고리를 묶을 수 없으며 내부에 변수를 선언가능하고 메소드의 세부동작을 지정가능한 특징을 가짐
  
  。상속할 수 있는 상위 Class의 역할로서만 기능하며 객체를 직접 생성 불가능하고 오직 업캐스팅으로 생성가능
  ▶ 동물의 개 같은 경우 카테고리로서, 자신의 객체가 존재하지 않지만, 이 특징을 상속하는 구체화된 진돗개는 객체가 존재
  
  Abstract Method : Class가 Abstract Method를 한개라도 포함하고 있으면, 반드시 Abstract Class로 선언되어야하며, Abstract Method가 정의되있는 경우, Abstract Class를 상속한 Class는 반드시 해당 Abstract Method를 구현해야한다.
  
  
• Sealed Class :
  。Abstract Class와 반대의 개념으로서, 더이상 상속을 할 수 없도록 선언한 최종 Class.
  ▶ 자식 Class를 더 이상 가질 수 없다.
  
  Sealed Method : 더 이상 Override를 수행하지 못하도록 선언된 Method.
  
  
• final Class :
  。접근제한자 final을 붙여서 선언한 Class로서 더 이상 자식클래스를 가질 수 없는 Class
  ▶ 해당 클래스를 다른 클래스에서 상속할 수 없도록 설정
  
  
• 중첩 클래스 ( Nested Class )
  。Class 또는 Interface 내부에서 선언한 클래스
  
  。감싸고 있는 Outer Class의 멤버변수에 접근 시 유용함.
  ▶ Outer Class에서 선언된 캡슐화된 멤버변수를 중첩클래스를 통해 다른 외부 클래스로 전달하는 용도로 종종 사용

  Nested Class 종류

  • Static Nested Class
    。static으로 선언된 중첩 클래스
    ▶ Outer Class의 instance를 생성하지 않아도 Static Nested Class의 instance만 따로 생성하여 사용 가능
    
    。Static Nested Class 기준 Outer Class에서 static으로 선언된 멤버변수만 Static Nested Class에서 접근가능

  class Outer {
      static class StaticNested {
          void display() {
              System.out.println("정적 중첩 클래스");
          }
      }
  }
  // 사용
  Outer.StaticNested sn = new Outer.StaticNested();
  sn.display();

          .

  • 내부 클래스 ( Inner Class )
    。static을 선언하지 않은 중첩클래스
    ▶ 다른 클래스에서 Outer Class의 instance를 선언 후 해당 Inner Class의 instance를 생성하여 사용
    
    。Innr Class 기준 Outer Class의 private를 포함한 모든 멤버변수에 접근가능

  class Outer {
      int outerValue = 10;
      class Inner {
          void show() {
              System.out.println("외부 값: " + outerValue);
          }
      }
  }
  // 사용
  Outer outer = new Outer();
  Outer.Inner inner = outer.new Inner();
  inner.show();

            .

  • 지역 클래스 ( Local Inner Class )
    。지역변수처럼 Method 내부에 선언되는 클래스
    ▶ Method 실행 중에만 사용가능

   class Outer {
      void outerMethod() {
          class LocalInner {
              void msg() {
                  System.out.println("지역 내부 클래스");
              }
          }
          LocalInner local = new LocalInner();
          local.msg();
      }
  }

Class의 Method 종류
。Method의 이름은 보통 동사를 사용

• 생성자 : ( Contructor ) : 접근제한자 Class명(매개변수)
  。 Class의 Instance가 생성 시 자동으로 호출되어 Instance의 변수를 초기화하는 Method.
  ▶ 주로 Class의 instance 생성 시 매개변수를 전달 받아 Member Variable의 초기값을 지정 시 활용됨.
  
  。 Source Code에서 명시적으로 호출이 불가능.
  。반환값을 가질 수 없으며 Class 이름과 동일한 이름을 사용.
  
  
• 소멸자 : ( Destructor ) :
  。Runtime 시 자동으로 호출되어 사용하지 않는 Instance를 파괴하는 역할의 Method.
  ▶ 더 이상 사용되지 않는 객체가 메모리의 Heap 영역을 계속 차지하고 있다면 메모리공간이 부족해지므로, 이를 Garbage Collector에 의해 자동으로 Garbage Collection하여 점유하던 메모리를 사용가능하도록 설정.

인터페이스 ( Interface ) :
。추상클래스와 유사한 용도로 특정 클래스들을 묶어 카테고리 역할을 수행
▶ 추상클래스와 달리 서로 완전히 다른 부모 클래스에 속해 위계구조가 다른 클래스도 하나의 카테고리로 묶을 수 있다.
▶ 또한 여러 클래스에 대해 다중상속을 수행할 수 있다.

。추상클래스와 동일하게 그 자체로 객체를 생성하지 못하나, 인터페이스를 구현한 클래스 객체를 통해 객체를 생성할 수 있음.
▶ 객체를 직접 생성 불가능하고 오직 업캐스팅으로 생성가능
ex ) Queue<Integer> q = new LinkedList<Integer>();

。복수 이상의 Class에 대해 공통기능을 구현하는 용도로서 해당 공통기능을 Interface에 구현하여 복수 이상의 서로 다른 Class에 상속하여 공통적인 기능을 지닐 수 있도록 구현하는 용도로 설계.
▶ 위계구조상 서로 연관이 없는 Class 간의 공통적인 성질을 정의할 필요가 있을때 해당 성질이 구현된 Interface를 동일하게 상속

▶ Bird , Airplane , Super-man은 서로 다른 부모를 가짐으로써 위계구조를 가지는 클래스이지만, 공통적으로 하늘을 비행하는 특징이 존재하므로, 해당 특징을 구현한 Interface를 상속하여 공통적으로 구현.

。Interface는 구현 메소드만을 포함하며 Interface를 상속 시 Interface 내부의 메소드를 모두 구현해야한다.

。Interface는 명명규칙으로서 관습적으로 대문자 I로 시작.
▶ C# 기준

。Class는 단일상속만 가능하므로, Interface를 통해 여러 Class에 대해 다중상속을 수행한다.
▶ 서로 다른 계보를 가지는 Object에게 공통성질을 부여하여 하나의 카테고리로 분류를 수행 시 효과적

。정보은닉성 ( Infromation Hiding ) : 외부객체에 대해 고수준의 Interface를 통해 어떻게 이용할 수 있는정도만 알려주고, 저수준의 세부 내부로직은 숨기는 성질을 의미

• 인터페이스가 다중상속을 지원하는 이유
  。클래스 단일상속의 이유는 다이아몬드 문제로서, 동일한 메서드 시그니처를 지닌 메서드를 가진 부모에게 상속 받으면 ambiguous가 발생하는 문제가 존재
  
  。인터페이스 다중상속의 경우도 결국 ambiguous가 발생하지만, 그러나 구현이 된 인터페이스 메서드를 우선적으로 참조하므로, 문제가 크게 발생하지 않는다.
  
  
• 인터페이스 / 추상클래스가 객체를 만들 수 없는 이유?
  。추상메서드에 실행 로직을 정의할 수 없으므로 new를 통해 인터페이스 또는 추상클래스의 구현체를 생성할 수 없다.
  ▶ 이때, 익명클래스를 통해 추상메서드의 실행 로직을 정의하는 경우 인터페이스 객체를 직접 생성할 수 있음.

 @FunctionalInterface
 public interface Ainterface{
 	void a(); // 추상메서드   
 }
 //
Ainterface concrete = new Ainterface(
 	@Override
    public void a(){
    	// 실행로직
    }
 );

▶ 다음처럼 new를 통해서 interface 구현체를 직접 생성할 수 있음,

 Ainterface concrete = () -> {
    // 실행로직 
 };

▶ 람다 표현식으로 축약해서 구현할 수 있음

인터페이스에서 구현가능한 Method
。JAVA 8에서는 구현메소드뿐만 아닌 static , default 키워드가 붙은 메소드도 구현가능

• Default Method
  。기존 인터페이스를 구현하는 클래스는 인터페이스 내 구현메소드를 모두 강제로 구현해야하는 문제가 존재하여 메소드를 함부로 정의할 수 없다.
  ▶ 인터페이스 분리원칙( ISP )에 위배
  
  。Java 8에서 등장한 암시적 public method로서 인터페이스를 구현하는 클래스는 해당 default method를 구현하지 않아도 되는 특징이 존재
  ▶ ISP를 준수하면서 default method를 통해 인터페이스에 자유롭게 메소드를 추가가능
  
  。Default Method는 주로 JPA에서 활용
  
  。default method는 구현클래스 객체를 생성 후 업캐스팅을 통해 인터페이스 구현체 도출 시 default method를 호출하여 사용할 수 있음

interface IFunctional{
	default String unit(){
		return "디폴트메서드 호출";
	}
}
class dummy implements IFunctional { }
public class Main {
	public static void main(String[] args) {
        // 업캐스팅하여 인터페이스 구현체 생성
		IFunctional functional = new dummy();		
		 // default method 호출
        System.out.println(functional.unit());
	}
}

• JPA에서 Default Method 활용사례
  。특정 DB와 상호작용하는 긴 네이밍을 가진 메소드를 간단하게 축약해서 대리로 호출하는 용도로 활용
  
  。또한 해당 외부에 노출되지않도록 캡슐화하는 역할을 수행

  interface IFunctional{
  	int getIDJPAfromDBusingJPA();
  	default void getID(){
  		// 외부에서 getID()를 호출 시 내부에서 getIDJPAfromDBusingJPA()를 대신호출
  		getIDJPAfromDBusingJPA();
  	}
  }

• 
  
  
• Static Method
  。static은 인스턴스에 속하지 않으므로 인터페이스 객체를 생성하지않아도 호출될 수 있음
  ▶ Class의 Static Method와 개념적으로 거의 동일

interface IFunctional{
	static int add(int a , int b){
		return a + b;
	}
}
public class Main {
	public static void main(String[] args) {
		System.out.println(IFunctional.add(3,4)); // 7 도출
	}
}

객체 ( Object = Instance ) : Realization ( 실제화 )
。Class를 기반으로 인스턴스화 ( Instantiate )하여 생성된 객체.
▶ Class에서 정의된 field와 Method에 대한 데이터를 지님

。new 키워드를 활용하여 객체를 생성하며 해당 키워드 사용 시 Heap 영역 내부에 공간을 할당.
▶ 모든 객체는 Heap 영역 내부에 저장된다.



▶ Class와 Object 관계

final 키워드 :
。변수 , method , class에 선언하여 활용

• final 변수 :
  。객체참조변수 , 변수에 선언하며 한번 값이 할당 될 경우 그 이후에 재할당을 금지
  ▶ 상수와 의미가 유사
  
  。객체참조변수에 선언 시 참조대상객체의 주소가 고정되어있으므로 할당이 불가능하지만, 객체 내부 값은 변경가능
  
  。 final을 통해 변수에 불변속성을 부여할 수 있으나, 일부 자료구조 객체( Map , Set 등 )의 경우 보장이 안되므로 자료구조객체.of(값)을 통해 불변성을 보장하는 객체를 생성

  • 상수와 차이점?
    。final 변수 : 각 클래스 객체에서 인스턴스 변수로서 메모리 할당되어 Heap 영역에 저장
    ▶ 객체생성시점부터 프로그램 수명주기 동안 메모리 할당
    
    。상수 ( static final ) : 유일한 클래스 변수로서 Static 영역에서 저장
    ▶ Compile Time부터 프로그램 수명주기 동안 메모리 할당

• 
  
  
• final 메소드 :
  。선언된 메소드를 자식클래스에서 메소드 오버라이드 할 수 없도록 설정.
  ex ) 템플릿 메소드 패턴에서 템플릿메소드를 자식클래스에서 메소드 오버라이딩을 방지하기위해 사용
  
  
• final 클래스
  。 더 이상 자식클래스를 가질 수 없는 Class
  ▶ 해당 클래스를 다른 클래스에서 상속할 수 없도록 설정