객체 지향 프로그래밍 object-oriented programming(OOP)

• 프로그램 설계 방법론으로 프로그램을 단순히 데이터와 처리 방법으로 나누는 것이 아니라, 프로그램을 수 많은 객체(object)라는 기본 단위로 나누고 이들을 상호 작용으로 서술하는 방식

• 큰 문제를 작게 쪼개는 것이 아니라, 먼저 작은 문제들을 해결할 수 있는 객체들을 만든 뒤, 이 객체들을 조합해서 큰 문제를 해결하는 상향식(bottom-up) 해결법을 도입. 이 객체라는 것을 일단 한번 독립성, 신뢰성이 높게 만들어 놓기만 하면 그 이후에는 그 객체를 수정없이 재사용할 수 있으므로 개발 기간과 비용이 대폭 줄어들게 된다.

1. 특성

• 캡슐화(encapsulation) : 변수와 함수를 하나의 단위로 묶는 것을 의미한다. 즉, 데이터의 번들링(bundling)이다. 대개 프로그래밍 언어에서 이 번들링은 클래스를 통해서 구현되고, 해당 클래스의 인스턴스 생성을 통해 클래스 안에 포함된 멤버 변수와 메소드에 쉽게 접근할 수 있다.

• 정보 은닉(information hiding) : 프로그램의 세부 구현을 외부로 드러나지 않도록 특정 모듈 내부로 감추는 것이다. 내부 구현은 감추고 모듈 내에서의 응집도를 높이며, 외부로 노출을 최소화하여 모듈간의 결합도를 떨어뜨려 유연함과 유지보수성을 높이는 개념이다. 많은 객체 지향 언어에서 사용되는 클래스를 기준으로 보면, 클래스 외부에서는 바깥으로 노출된 특정 메소드에만 접근이 가능하며 클래스 내부에서 어떤 식으로 처리가 이루어지는지는 알지 못하도록 설계한다.

  • public : 클래스의 외부에서 사용가능.
  • protected : 다른 클래스에게는 노출되지 않지만, 상속받은 자식 클래스에게는 노출
  • private : 클래스 내부에서만 사용되며 외부로 노출되지 않음

• 상속(inheritance) : 상속은 자식 클래스가 부모 클래스의 특성과 기능을 그대로 물려받은 것이다. 기능의 일부분을 변경해야할 경우 자식 클래스에서 상속받은 그 기능만을 수정해서 다시 정의하게 되는데, 이러한 작업을 오버라이딩(overriding)이라고 한다. 상속은 캡슐화를 유지하면서도 클래스의 재사용이 용이하도록 해준다.

• 다형성(polymorphism) : 하나의 변수, 또는 하나의 변수가 상황에 따라 다른 의미로 해석

  • 서브타입 다형성(subtype polymorphism) : 기초 클래스 또는 어떤 인터페이스를 구현하는 상위 클래스를 생성하고, 해당 클래스를 상속받는 다수의 하위 클래스들을 만들어 상위 클래스의 포인터나 참조변수 등이 하위클래스의 객체를 참조하게 하는 것이다.이 때 각각의 하위 클래스는 상위 클래스의 메소드 위에 자신의 메소드를 덮어쓰는 메소드 오버라이딩(method overriding)을 수행하며, 상위 클래스의 참조변수가 어떤 하위 클래스의 객체를 참조하느냐에 따라 호출되는 메소드가 달라진다.

  • 매개변수 다형성(parametric polymorphism) : 타입을 매개변수로 받아 새로운 타입을 되돌려주는 기능이다. 타입 매개변수를 정의한 클래스 혹은 메소드는 사용할 때 매개변수에 타입을 지정하게 되며, 컴파일 시 지정한 타입에 따라 해석된다.

    • 템플릿(template) : C++에서 사용하는 개념으로, 타입 매개변수를 입력한 타입으로 치환한 코드를 생성하는 방식이다. 타입 뿐 아니라 변수도 입력할 수 있으며, 객체 내부에서 연산이나 함수 호출을 할 수 있지만, 해당 연산이나 함수가 정의되지 않은 타입을 매개변수로 넣으면 컴파일 에러가 발생하며 컴파일이 느려지고 파일이 커진다.
    • 제네릭(generic) : Java와 C# 등에 도입된 개념으로, 지정한 타입 매개변수에 해당하는 타입만을 사용하겠다고 약속하는 방식이다. 타입 매개변수가 특정 객체를 상속할 경우 상속하는 객체의 함수는 호출할 수 있지만 그렇지 않을 경우 타입 매개변수로 지정된 객체의 멤버에는 접근할 수 없다.

  • 임시 다형성(ad hoc polymorphism)

    • 함수 오버로딩(function overloading) : C++과 C#, Java에서는 함수 오버로딩을 통해 동일한 이름의 함수를 매개변수에 따라 다른 기능으로 동작하도록 할 수 있다. 함수 오버로딩을 너무 많이 사용하면 전체적인 코드의 유지보수가 어려워지므로, 템플릿 또는 제네릭으로 대체하는 것이 일반적이다.
    • 연산자 오버로딩(operator overloading) : C++, C# 등에서는 연산자를 오버로딩해서 기본 연산자가 해당 클래스에 맞는 역할을 수행하게 하는 것이 가능하다. Java에서는 연산자의 오버로딩이 불가능하다.

  • 강제 다형성(coercion polymorphism)

    • 묵시적 형 변환(implicit type coercion) : 'double a = 30;'이라는 식이 실행되면 int형 값 30은 double로 묵시적 형 변환이 이루어진다. double은 int보다 크기가 큰 자료형이므로, 이러한 형 변환을 자료형 승급(type promotion)이라고 한다. C++의 변환 생성자에 의한 형 변환도 묵시적 변환에 속하며, 이를 막으려면 생성자 앞에 explicit 키워드를 추가해야 한다.
    • 명시적 형 변환(explicit type coercion) : 'double a = (double)30;'이라는 식은 위와 동일한 결과를 내지만, (double)을 통해 int형 값 30이 double형으로 변환됨을 명시적으로 표현하였다.

2. 장점과 단점

1. 장점

• 프로그램을 유연하게 변경하고 용이하게 만든다.

• 프로그램의 개발과 보수를 간편하게 만든다.

• 직관적인 코드 분석을 가능하게 한다.

  => 강한 응집력(strong cohesion)과 약한 결합력(weak coupling)을 지향한다.

  • 응집력(cohesion) : 프로그램의 한 요소가 특정 목적을 위해 밀접하게 연관된 기능들이 모여서 구현되어 있고, 지나치게 많은 일을 하지 않으면 그것을 응집력이 높다고 표현한다.
  • 결합력(coupling) : 프로그램 코드의 한 요소가 다른 것과 얼마나 강력하게 연결되어 있는지, 얼마나 의존적인지를 나타내는 정도

2. 단점

• 처리 속도가 상대적으로 느림

• 객체가 많아지면 용량이 커짐

• 설계 시 많은 시간과 노력이 필요

  =>

  • 기능을 묶으면 결국 함수 호출이 추가로 들어가거나 계산식 중간에 포인터 연산 등이 필요해지며, 멤버 함수 같은 경우 어느 객체의 함수인지 지정해야 하기 때문에 추가 포인터 크기와 연산 비용이 들어간다.
  • 메모리 할당을 배열로 하지 못하게 되니 따로따로 생성하게 되는데 이렇게 각각의 객체의 생성과 파괴가 반복되면 메모리 단편화라는 문제가 생기게 된다
  • 객체 하나하나를 따로 나누는데 주력하다보니 서로 비슷한 처리를 하는 코드가 서로를 건드릴 수 없게 되었고 이를 해결하기 위해 getter(접근자: 값을 반환하는 메소드), setter(설정자: 필드에 값을 저장하는 메소드)사용이 너무 많아졌다. 이 과정에서 캡슐화가 깨지고 그냥 public으로 공개한 경우나 마찬가지인 상태가 되어 의미가 퇴색