상속(inheritance)

상속의 정의와 장점

상속이란, 기존의 클래스를 재사용하여 새로운 클래스를 작성하는 것이다. 상속을 통해서 클래스를 작성하면 보다 적은 양의 코드로 새로운 클래스를 작성할 수 있고 코드를 공통적으로 관리할 수 있기 때문에 코드의 추가 및 변경이 매우 용이하다.

이러한 특징은 코드의 재사용성을 높이고 코드의 중복을 제거하여 프로그램의 생산성과 유지보수에 크게 기여한다.

class Child extends Parent {
	// ...
}

위 코드에서 두 클래스는 서로 상속 관계에 있다고 하며, 상속해주는 클래스를 조상 클래스 (위 코드에서는 Parent 클래스)라 하고 상속 받는 클래스를 자손 클래스라 한다.

조상 클래스 : 부모(parent)클래스, 상위(super)클래스, 기반(base)클래스
자손 클래스 : 자식(child)클래스, 하위(sub)클래스, 파생된(derived) 클래스

자손 클래스는 조상 클래스의 모든 멤버를 상속받기 때문에, Child클래스는 Parent클래스의 멤버들을 포함한다고 할 수 있다.

만일 Parent클래스에 age라는 정수형 변수를 멤버 변수로 추가하면, 자손 클래스는 조상의 멤버를 모두 상속받기 때문에, Child클래스는 자동적으로 age라는 멤버변수가 추가된 것과 같은 효과를 얻는다.

class Parent {
	int age;
}

class Child extends Parent { }

이번엔 반대로 자손인 Child클래스에 새로운 멤버로 play() 메서드를 추가해보자.

class Parent {
	int age;
}

class Child extend Parent {
	void play() {
		System.out.println("Let's play!");
	}
}

Child클래스에 새로운 코드가 추가되어도 조상인 Parent클래스는 아무런 영향도 받지 않는다. 여기서 알 수 있는 것처럼, 조상 클래스가 변경되면 자손 클래스는 자동적으로 영향을 받게 되지만, 자손클래스가 변경되는 것은 조상 클래스에 아무런 영항을 주지 못한다.

자손 클래스는 조상 클래스의 모든 멤버를 상속 받으므로 항상 조상 클래스보다 같거나 많은 멤버를 갖는다. 즉, 상속에 상속을 거듭할수록 상속받는 클래스의 멤버 개수는 점점 늘어나게 된다.

그래서 상속을 받는다는 것은 조상 클래스를 확장(extend)한다는 의미로 해석할 수 있다.

• 생성자와 초기화 블럭은 상속되지 않는다. 멤버만 상속된다.
• 자손 클래스의 멤버 개수는 조상 클래스보다 항상 같거나 많다.

이번엔 Parent클래스로부터 상속받는 Child2클래스를 새로 작성해보자. Child2클래스를 포함한 세 클래스간의 상속계층도는 다음과 같을 것이다.

class Parent { }
class Child extend Parent { }
class Child2 extend Parent { }

Child클래스로부터 상속받는 GrandChild라는 새로운 클래스를 추가한다면 상속계층도는 다음과 같을 것이다.

class Parent { }
class Child extends Parent { }
class Child2 extends Parent { }
class GrandChild extends Child { }

이제 Parent클래스에 전과 같이 정수형 변수인 age를 멤버 변수로 추가해보자

class Parent {
	int age;
}
class Child extends Parent { }
class Child2 extends Parent { }
class GrandChild extends Child { }

자손 클래스의 인스턴스를 생성하면 조상 클래스의 멤버와 자손 클래스의 멤버가 합쳐진 하나의 인스턴스로 생성된다.

클래스간의 관계 - 포함관계

상속이외에도 클래스를 재사용하는 또 다른 방법이 있는데, 그것은 클래스간에 포함(Composite)관계를 맺어 주는 것이다. 클래스 간의 포함관계를 맺어 주는 것은 한 클래스의 멤버변수로 다른 클래스 타입의 참조변수를 선언하는 것을 뜻한다.

class Circle {
	int x; // 원점의 x좌표
    int y; // 원점의 y좌표
    int r; // 반지름 (radius)
}

class Point {
	int x;
    int y;
}

위와 같은 코드를 Point 클래스를 재사용해서 Circle클래스를 작성한다면 다음과 같이 작성할 수 있다.

class Point {
	int x;
    int y;
}

class Circle {
	Point p = new Point(); // 원점
    int r; // 반지름 (radius)
}

이와 같이 클래스를 작성하는 데 다른 클래스를 멤버변수로 선언하여 포함시키는 것은 좋은 생각이다. 하나의 거대한 클래스를 작성하는 것보다 단위별로 여러 개의 클래스를 작성한 다음, 이 단위 클래스들을 포함관계로 재사용하면 보다 간결하고 손쉽게 클래스를 작성할 수 있다.

클래스간의 관계 결정하기

클래스를 작성하는데 있어서 상속관계를 맺어 줄 것인지 포함관계를 맺어 줄 것인지 결정하는 것은 때때로 혼돈스러울 수 있다.

class Circle {
	Point p = new Point(); // 원점
    int r; // 반지름 (radius)
}

아까 작성했던 코드를

class Circle extends Point {
	int r;
}

두 경우를 살펴보면 Point클래스를 포함시키거나 상속받도록 하는 것은 결과적으로 별 차이가 없어 보인다. 그럴때는 아래와 같이 생각하면 보다 관계가 명확해진다.

원(Circle)은 점(Point)이다.
원(Circle)은 점(Point)를 가지고 있다.

원은 원점(Point)과 반지름으로 구성되므로 위의 두 문장을 비교해 보면 첫 번째 문장보다 두 번째 문장이 더 옳다는 것을 알 수 있다.

상속관계 : ~은 ~이다.
포함관계 : ~은 ~을 가지고 있다.

단일 상속(Single inheritance)

자바에서는 오직 단일 상속만을 허용한다.

class TVCR extends TV, VCR { // 에러. 조상은 하나만 하용

}

Object 클래스 - 모든 클래스의 조상

Object클래스는 모든 클래스 상속계층도의 최상위에 있는 조상클래스이다. 다른 클래스로부터 상속 받지 않는 모든 클래스들은 자동적으로 Object 클래스로부터 상속받게 함으로써 이것을 가능하게 한다.

오버라이딩(overiding)

오버라이딩이란?

조상 클래스로부터 상속받은 메서드의 내용을 변경하는 것을 오버라이딩이라고 한다. 상속받은 메서드를 그대로 사용하기도 하지만, 자손 클래스 자신에 맞게 변경해야하는 경우가 많다. 이럴 때 조상의 메서드를 오버라이딩한다.

class Point {
	int x;
    int y;
    
    String getLocation() {
    	return "x :" + x + ", y: "+ y;
	}
}

class Point3D extends Point {
	int z;
    
    String getLocation() { // 오버라이딩
    	return "x :" + x + "y :" + y + "z :" + z;
	}
}

오버라이딩의 조건

오버라이딩은 메서드의 내용만을 새로 작성하는 것이므로 메서드의 선언부는 조상의 것과 완전히 일치해야 한다.

자손 클래스에서 오버라이딩하는 메서드는 조상 클래스의 메서드와

• 이름이 같아야 한다.
• 매개변수가 같아야 한다.
• 반환타입이 같아야 한다.

한마디로 요약하면 선언부가 서로 일치해야 한다. 다만 접근 제어자와 예외는 제한된 조건 하에서만 다르게 변경할 수 있다.

1. 접근 제어자는 조상 클래스의 메서드보다 좁은 범위로 변경할 수 없다.
만일 조상 클래스에 정의된 메서드의 접근 제어자가 protected라면, 이를 오버라이딩하는 자손 클래스의 메서드는 접근 제어자가 protected나 public이어야 한다. 대부분의 경우 같은 범위의 젖ㅂ근 제어자를 사용한다. 접근 제어자의 접근범위를 넓은 것에서 좁은 것 순으로 나열하면 public, protected, (default), private 이다.

2. 조상 클래스의 메서드보다 많은 수의 예외를 선언할 수 없다.
아래의 코드를 보면 Child클래스의 parentMethod()에 선언된 예외의 개수가 조상인 Parent클래스의 parentMethod()에 선언된 예외의 개수보다 적으므로 바르게 오버라이딩 되었다.

class Parent {
	void parentMethod() throws IOException, SQLExcetpion {
    	...
	}
}

class Child extends Parent {
	void parentMethod() throws IOException {
    	...
	}
    ...
}

여기서 주의해야할 점은 단순히 선언된 예외의 개수의 문제가 아니라는 것이다.

class Child extends Parent {
	void parentMethod() throws Exception {
    	...
	}
    ...
}

만일 위와 같이 오버라이딩을 하였다면, 분명히 조상클래스에 정의된 메서드보다 적은 개수의 예외를 선언한 것처럼 보이지만 Exception은 모든 예외의 최고 조상이므로 가장 많은 개수의 예외를 던질 수 있도록 선언한 것이다.
그래서 예외의 개수는 적거나 같아야 한다는 조건을 만족시키지 못하는 잘못된 오버라이딩인 것이다.

조상 클래스의 메서드를 자손 클래스에서 오버라이딩할 때
1. 접근 제어자를 조상 클래스의 메서드보다 좁은 범위로 변경할 수 없다.
2. 예외는 조상 클래스의 메서드보다 많이 선언할 수 없다.
3. 인스턴스메서드를 static메서드로 또는 그 반대로 변경할 수 없다.

오버로딩 vs 오버라이딩

오버로딩과 오버라이딩은 서로 혼동하기 쉽지만 사실 그 차이는 명백하다. 오버로딩은 기존에 없는 새로운 메서드를 추가하는 것이고, 오버라이딩은 조상으로부터 상속받은 메서드의 내용을 변경하는 것이다.

오버로딩(overloading) : 기존에 없던 새로운 메서드를 정의하는 것(new)
오버라이딩(overriding) : 상속받은 메서드의 내용을 변경하는 것(change, modify)

super

super는 자손 클래스에서 조상 클래스로부터 상속받은 멤버를 참조하는데 사용되는 참조변수이다. 멤버변수와 지역번수의 이름이 같을 때 this를 붙여서 구별했듯이 상속받은 멤버와 자신의 멤버와 이름이 같을 때는 super를 붙여서 구별할 수 있다.

조상 클래스로부터 상속받은 멤버도 자손 클래스 자신의 멤버이므로 super대신 this를 사용할 수 있다. 그래도 조상 클래스의 멤버와 자손클래스의 멤버가 중복 정의되어 서로 구별해야하는 경우에만 super를 사용하는 것이 좋다.

super : 상속하는 부모의 멤버
this : 상속받는 자식의 멤버

super() - 조상 클래스의 생성자

this()와 마찬가지로 super() 역시 생성자이다. this()는 같은 클래스의 다른 생성자를 호출하는 데 사용되지만, super()는 조상 클래스의 생성자는 호출하는데 사용된다.

자손 클래스의 인스턴스를 생성하면, 자손의 멤버와 조상의 멤버가 모두 합쳐진 하나의 인스턴스가 생성된다. 그래서 자손 클래스의 인스턴스가 조상 클래스의 멤버들을 사용할 수 있는 것이다. 이 때 조상 클래스 멤버의 초기화 작업이 수행되어야 하기 때문에 자손 클래스의 생성자에서 조상 클래스의 생성자가 호출되어야 한다.

생성자가 첫 줄에서 조상클래스의 생성자를 호출해야하는 이유는 자손 클래스의 멤버가 조상 클래스의 멤버를 사용할 수도 있으므로 조상의 멤버들이 먼저 초기화되어 잇어야 하기 때문이다.

이와 같은 조상 클래스 생성자의 호출은 클래스의 상속관계를 거슬러 올라가면서 계속 반복된다. 마지막으로 모든 클래스의 최고 조상인 Object클래스의 생성자인 Object()까지 가서야 끝이 난다.

그래서 Object클래스를 제외한 모든 클래스의 생성자는 첫 줄에 반드시 자신의 다른 생성자 또는 조상의 생성자를 호출해야 한다. 그렇지 않으면 컴파일러는 생성자의 첫 줄에 super();를 자동적으로 추가할 것이다.

Object클래스를 제외한 모든 클래스의 생성자 첫 줄에 생성자, this() 또는 super(), 를 호출해야 한다. 그렇지 않으면 컴파일러가 자동적으로 super();를 생성자의 첫 줄에 삽입한다.

인스턴스를 생성할 때는 클래스를 선택하는 것만큼 생성자를 선택하는 것도 중요하다.

1. 클래스 - 어떤 클래스의 인스턴스를 생성할 것인가?
2. 생성자 - 선택한 클래스의 어떤 생성자를 이용해서 인스턴스를 생성할 것이다?

package와 import

패키지(package)

패키지란, 클래스의 묶음이다. 패키지에는 클래스 또는 인터페이스를 포함시킬 수 있으며, 서로 관련된 클래스들끼리 그룹 단위로 묶어 놓음으로써 클래스를 호율적으로 관리할 수 있다. 같은 이름의 클래스 일지라도 서로 다른 패키지에 존재하는 것이 가능하므로, 자신만의 패키지 체계를 유지함으로써 다른 개발자가 개발한 클래스 라이브러리의 클래스와 이름이 충돌하는 것을 피할 수 있다.

지금까지는 단순히 클래스 이름으로만 클래스를 구분 했지만, 사실 클래스의 실제 이름(full name)은 패키지명을 포함한 것이다.

클래스가 물리적으로 하나의 클래스파일(.class)인 것과 같이 패키지는 물리적으로 하나의 디렉토리이다. 그래서 어떤 패키지에 속한 클래스는 해당 디렉토리에 존재하는 클래스 파일(.class)이어야 한다.

• 하나의 소스파일에는 첫 번째 문장으로 단 한 번의 패키지 선언만을 허용한다.
• 모든 클래스는 반드시 하나의 패키지에 속해야 한다.
• 패키지는 점(.)을 구분자로 하여 계층구조로 구성할 수 있다.
• 패키지는 물리적으로 클래스 파일(.class)을 포함하는 하나의 디렉토리이다.

패키지의 선언

클래스나 인터페이스의 소스파일(.java)의 맨 위에 다음과 같이 한 줄만 적어주면 된다.

package 패키지명;

import문

import문의 역할은 컴파일러에게 소스파일에 사용된 클래스의 패키지에 대한 정보를 제공하는 것이다.

import문의 선언

모든 소스파일(.java)에서 import문은 package문 다음에, 그리고 클래스 선언문 이전에 위치해야 한다. import문은 package문과 달리 한 소스파일에 여러 번 선언할 수 있다.

일반적인 소스파일(.java)의 구성은 다음의 순서로 되어있다.
1. package문
2. import문
3. 클래스 선언

import를 선안하는 방법은 다음과 같다.

import 패키지명.클래스명;
// 또는
import 패키지명.*;

같은 패키지에서 여러 개의 클래스가 사용될 때, import문을 여러번 사용하는 대신 패키지명.*을 사용해서 지정된 패키지에 속하는 모든 클래스를 패키지명 없이 사용할 수 있다.

static import문

import문을 사용하면 클래스의 패키지명을 생략할 수 있는 것과 같이 static import문을 사용하면 static멤버를 호출할 때 클래스 이름을 생략할 수 있다. 특정 클래스의 static 멤버를 자주 사용할 때 편리하다.

import static java.lang.Integer.*;
import static java.lang.Math.random;
import static java.lang.System.out;

System.out.println(Math.random());

위의 코드를 아래와 같이 변경할 수 있다.

out.println(random());

제어자(modifier)

제어자란?

제어자(modifier)는 클래스, 변수 또는 메서드의 선언부에 함께 사용되어 부가적인 의미를 부여한다. 제어자의 종류는 크게 접근 제어자와 그 외의 제어자로 나눌 수 있다.

접근 제어자 : public, protected, default, private
그 외 : static, final, abstract, native, transient, synchronized, volatile, strictfp

static - 클래스의, 공통적인

static은 클래스의 또는 공통적인의 이미를 가지고 있다. 인스턴스변수는 하나의 클래스로부터 생성되었더라도 각기 다른 값을 유지하지만 클래스 변수(static 멤버변수)는 인스턴스에 관계없이 같은 값을 갖는다. 그 이유는 하나의 변수를 모든 인스턴스가 공유가 공유하기 때문이다.

static이 붙은 멤버변수와 메서드, 그리고 초기화 블럭은 인스턴스가 아닌 클래스에 관계된 것이기 때문에 인스턴스를 생성하지 않고도 사용할 수 있다.
인스턴스메서드와 static메서드의 근본적인 차이는 메서드 내에서 인스턴스 멤버를 사용하는가의 여부에 있다.

static이 사용될 수 있는 곳 - 멤버변수, 메서드, 초기화 블럭

final - 마지막의, 변경될 수 없는

final은 마지막의 또는 변경될 수 없는의 의미를 가지고 있으며 거의 모든 대상에 사용될 수 있다.

변수에 사용되면 값을 변경할 수 없는 상수가 되며, 메서드에 사용되면 오버라이딩을 할 수 없게 되고 클래스에 사용되면 자신을 확장하는 자손클래스를 정의하지 못하게 된다.

final이 사용될 수 있는 곳 : 클래스, 메서드, 멤버변수, 지역변수

abstract - 추상의, 미완성의

abstract는 미완성의 의미를 가지고 있다. 메서드의 선언부만 작성하고 실제 수행내용은 구현하지 않은 추상 메서드를 선언하는데 사용된다.

abstract가 사용될 수 있는 곳 - 클래스, 메서드

접근 제어자(access modifier)

접근 제어자는 멤버 또는 클래스에 사용되어, 해당하는 멤버 또는 클래스를 외부에서 접근하지 못하도록 제한하는 역할을 한다.

접근 제어자가 default임을 알리기 위해 실제로 default를 붙이지는 않는다. 클래스나 멤버변수, 메소드, 생성자에 접근 제어자가 지정되어 있지 않다면, 접근제어자가 default임을 뜻한다.

접근 제어자가 사용될 수 있는 곳 - 클래스, 멤버변수, 메서드, 생성자

private : 같은 클래스 내에서만 접근 가능하다.
default : 같은 패키지 내에서만 접근이 가능하다.
protected : 같은 패키지 내에서, 그리고 다른 패키지의 자손클래스에서 접근이 가능하다.
public : 접근제한이 전혀 없다.

범위가 넓은 쪽에서 좁은 쪽의 순서로 왼쪽부터 나열하면 다음과 같다.
public > protected > (default) > private

접근 제어자를 이용한 캡슐화

클래스나 멤버, 주로 멤버에 접근 제어자를 사용하는 이유는 클래스의 내부에 선언된 데이터를 보호하기 위해서이다.

데이터가 유효한 값을 유지하도록, 또는 비밀번호와 같은 데이터를 외부에서 함부로 변경하지 못하도록 하기 위해서는 외부로부터의 접근을 제한하는 것이 필요하다.

이것을 데이터 감추기(data hiding)라고 하며, 객체지향개념의 캡슐화(encapsulation)에 해당하는 내용이다.

또 다른 이유는 클래스 내에서만 사용되는, 내부 작업을 위한 임시로 사용되는 멤버변수나 부분작업을 처리하기 위한 메서드 등의 멤버들을 클래스 내부에 감추기 위해서이다. 외부에서 접근할 필요가 없는 멤버들을 private으로 지정하여 외부에 노출시키지 않음으로써 복잡성을 줄일 수 있다.

접근 제어자를 사용하는 이유

• 외부로부터 데이터를 보호하기 위해서
• 외부에는 불필요한, 내부적으로만 사용되는, 부분을 감추기 위해서

생성자의 접근 제어자

생성자에 접근 제어자를 사용함으로써 인스턴스의 생성을 제한할 수 있다. 보통 생성자의 접근 제어자는 클래스의 접근 제어자와 같지만, 다르게 지정할 수도 있다.

생성자의 접근 제어자를 private로 지정하면 외부에서 생성자에 접근할 수 없으므로 인스턴스를 생성할 수 없게 된다. 그래도 클래스 내부에서는 인스턴스를 생성할 수 있다.

class Singelton {
	private Singleton() {
    	...
	}
    ...
}

대신 인스턴스를 생성해서 반환해주는 public메서드를 제공함으로써 외부에서 이 클래스의 인스턴스를 사용하도록 할 수 있다. 이 메서드는 public인 동시에 static이어야한다.

class Singleton {
	...
    // getInstance()에서 사용될 수 있도록 인스턴스가 미리 생성되어야 하므로 static이어야 한다.
    private static singleton s = new Singleton();
    
    private Singleton() {
    	...
	}
    
    // 인스턴스를 생성하지도 않고 호출할 수 있어야 하므로 static이어야 한다.
    public static Singleton getInstance() {
    	return s;
	}
}

이처럼 생성자를 통해 직접 인스턴스를 생성하지 못하게 하고 public 메서드를 통해 인스턴스에 접근하게 함으로써 사용할 수 있는 인스턴스의 개수를 제한할 수 있다.

또한 가지, 생성자가 private인 클래스는 다른 클래스의 조상이 될 수 없다. 왜냐하면, 자손클래스의 인스턴스를 생성할 때 조상클래스의 생성자를 호출해야만 하는데, 생성자의 접근 제어자가 private이므로 자손클래스에서 호출하는 것이 불가능하기 때문이다.

그래서 클래스 앞에 final을 더 추가하여 상속할 수 없는 클래스라는 것을 알리는 것이 좋다.

public final class Math {
	private Math() {
    	...
    }
}

제어자(modifier)의 조합

대상	사용가능한 제어자
클래스	public, (default), final, abstract
메서드	모든 접근 제어자, final, abstract, static
멤버변수	모든 접근 제어자, final, static
지역변수	final

제어자를 조합해서 사용할 때 주의해야 할 사항

1. 메서드에 static과 abstract를 함께 사용할 수 없다.
static메서드는 몸통이 있는 메서드에만 사용할 수 있기 때문이다.

2. 클래스에 abstract와 final을 동시에 사용할 수 없다.
클래스에 사용되는 final은 클래스를 확장할 수 없다는 의미이고 abstract 상속을 통해서 완성되어야 한다는 의미이므로 서로 모순되기 때문이다.

3. abstract메서드의 접근 제어가자 private일 수 없다.
abstract메서드는 자손클래스에서 구현해주어야 하는데 접근 제어자가 private이면, 자손클래스에서 접근할 수 없기 때문이다.

4. 메서드에 private과 final을 같이 사용할 필요는 없다.
접근 제어자가 private인 메서드는 오버라이딩될 수 없기 때문이다. 이 둘 중 하나만 사용해도 의미가 충분하다.

다형성(polymorphism)

다형성이란?

상속과 함께 객체지향 개념의 중요한 특징 중의 하나인 다형성에 대해서 배워보도록 하자. 다형성은 상속과 깊은 관계가 있으므로 학습하기에 앞서 상속에 대해 충분히 알고 있어야 한다.

객체 지향개념에서 다형성이랑 여러 가지 형태를 가질 수 있는 능력을 의미하며, 자바에서는 한 타입의 참조변수로 여러 타입의 객체를 참조할 수 있도록 함으로써 다형성을 프로그램적으로 구현하였다.

이를 좀 더 구체적으로 말하자면, 조상클래스 타입의 참조변수로 자손클래스의 인스턴스를 참조할 수 있도록 하였다는 것이다.

class Tv {
	boolean power;
    int channel;
    
    void power() { power = !power; }
    void channelUp() { ++channel; }
    void channelDown() { --channel; }
}

class CaptionTv extends Tv {
	String text;
    void caption() {
		...
	}
}

Tv클래스와 CaptionTv클래스가 이와 같이 정의되어 있을 때, 두 클래스간의 관계를 그림으로 나타내면 아래와 같다.

클래스 Tv와 CaptionTv는 서로 상속관계에 있으며, 이 두 클래스의 인스턴스를 생성하고 사용하기 위해서는 다음과 같이 할 수 있다.

Tv t = new Tv();
CaptionTv c = new CatpionTv();

지금까지 우리는 생성된 인스턴스를 다루기 위해서, 이느턴스의 타입과 일치하는 타입의 참조변수만을 사용했다. 즉 Tv인스턴스를 다루기 위해서는 Tv타입의 참조변수를 사용하고, CatpionTv인스턴스를 다루기 위해서는 CatpionTv타입의 참조변수를 사용했다.

이처럼 인스턴스의 타입과 참조변수의 타입이 일치하는 것이 보통이지만, Tv와 CatpionTv클래스가 서로 상속관계에 있을 경우, 다음과 같이 조상 클래스 타입의 참조변수로 자손 클래스의 인스턴스를 참조하도록 하는 것도 가능하다.

Tv t = new CatpionTv(); // 조상 타입의 참조변수(Tv t)로 자손 인스턴스(new CatpionTv)를 참조

그러면 이제 인스턴스를 같은 타입의 참조변수로 참조하는 것과 조상타입의 참조변수로 참조하는 것은 어떤 차이가 있는지에 대하 알아보자.

CaptionTv c = new CatpionTv();
Tv t = new CatpionTv();

참조변수 t의 인스턴스가 CatpionTv타입이라 할지라도, CatpionTv인스턴스의 모든 멤버를 사용할 수 없다.

즉 생성된 CatpionTv인스턴의의 멤버 중에서 Tv클래스에 정의 되지 않은 멤버, text와 caption()은 참조변수 t로 사용이 불가능하다.

둘 다 같은 타입의 인스턴스지만 참조변수의 타입에 따라 사용할 수 있는 멤버의 개수가 달라진다.

반대로 아래와 같이 자손타입의 참조변수가 조상타입의 인스턴스를 참조하는 것은 가능할까?

CaptionTv c = new Tv();

그렇지 않다. 위의 코드를 컴파일 하면 에러가 발생한다. 그 이유는 실제 인스턴스인 Tv의 멤버 개수보다 참조변수 c가 사용할 수 있는 멤버 개수가 더 많기 때문이다.

CatpionTv클래스에는 text와 caption()이 정의되어 있으므로 참조변수 c로는 c.text, c.catpion()과 같은 방식으로 c가 참조하고 있는 인스턴스에서 사용하려 할 수 있다.

하지만, c가 참조하고 있는 인스턴스는 Tv타입이고, Tv타입의 인스턴스에는 text와 caption()이 존재하기 않기 때문에 이들을 사용하려면 문제가 발생한다.

조상타입의 참조변수로는 자손타입의 인스턴스를 참조할 수 있다.
반대로 자손타입의 참조변수로 조상타입의 인스턴스를 참조할 수는 없다.

참조변수의 형 변환

자손타입 -> 조상타입(Up-casting) : 형변환 생략가능
자손타입 <- 조상타입(Down-casting) : 형변환 생략 불가

class Car {
	...
}

class FireEngine extends Car {
	...
}

class Ambulance extends Car {
	...
}

FireEngine f;
Ambulance a;
a = (Ambulance)f; // 에러. 상속관계가 아닌 클래스간의 형 변환 불가
f = (FireEngine)a; // 에러. 상속관계가 아닌 클래스간의 형 변환 불가

Car car = null;
FireEngine fe = new FireEngine();
FireEngine fe2 = null;

car = fe;	// car = (Car)fe;에서 형변환 생략됨. 업캐스팅
fe2 = (FireEngine)car; // 형변환 생략불가. 다운 캐스팅

인스턴스를 가지고 있는 참조변수를 형 변환시

class Test {
	public static void main(String args[]) {
		Car car = new Car();
        Car car2 = null;
        FireEngine fe = null;
        
        car.drive();
        fe = (FireEngine) car; // 8번째 줄. 컴파일은 성공. 실행시 에러 발생
        fe.drive();
        car2 = fe;
        car2.drive();
	}
}

실행 시 에러가 발생하는 이유는 조상타입의 참조변수를 자손타입의 참조변수로 형변환한 것이기 때문에 문제가 없어 보이지만, 문제가 참조변수 car가 참조하고 있는 인스턴스가 Car타입의 인스턴스라는데 있다.

서로 상속관계에 있는 타입간의 형변환은 양방향으로 자유롭게 수행될 수 있으나, 참조변수가 가리키는 인스턴스의 자손타입으로 형변환은 허용되지 않는다.
그래서 참조변수가 가리키는 인스턴스의 타입이 무엇인지 확인하는 것이 중요하다.

instanceof 연산자

참조변수가 참조하고 있는 인스턴스의 실제 타입을 알아보기 위해 instanceof 연산자를 사용한다. 주로 조건문에 사용되며, instanceof 의 왼쪽에는 참조변수를 오른쪽에는 타입(클래스명)이 피연산자로 위치한다. 그리고 연산의 결과를 boolean값인 true와 false 중의 하나를 반환한다.

instanceof 를 이용한 연산결과로 true를 얻었다는 것은 참조변수가 검사한 타입으로 형변환이 가능하다는 것을 뜻한다.

void doWork(Car c) {
	if (c instanceof FireEngine) {
		FireEngine fe = (FireEngine) c;
        fe.water();
        ...
	}
    else if (c instanceof Ambulance) {
		Ambulance a = (Ambulance) c;
        a.siren();
        ...
	}
    ...
}

위의 코드는 Car타입의 참조변수 c를 매개변수로 하는 메서드이다. 이 메서드가 호출될때, 매개변수로 Car클래스 또는 그 자손 클래스의 인스턴스를 넘겨받겠지만 메서드 내에서는 정확히 어떤 인스턴스인지 알 길이 없다. 그래서 instanceof 연산자를 이용해서 참조변수 c가 가르키고 있는 인스턴스의 타입을 체크하고, 적절히 형변환한 다음에 작업을 해야한다.

참조변수와 인스턴스의 연결

조상 타입의 참조변수와 자손 타입의 참조변수의 차이점이 사용할 수 있는 멤버의 개수에 있다고 배웠다. 여기서 한 가지 더 알아두어야 할 내용이 있다.

조상 클래스에 선언된 멤버변수와 같은 이름의 인스턴스변수를 자손 클래스에 중복으로 정의했을 때, 조상타입의 참조변수로 자손 인스턴스를 참조하는 경우와 자손타입의 참조변수로 자손 인스턴스를 참조하는 경우는 서로 다른 결과를 얻는다.

메서드의 경우 조상 클래스의 메서드를 자손의 클래스에서 오버라이딩한 경우에도 참조변수의 타입에 관계없이 항상 실제 인스턴스의 메서드(오버라이딩된 메서드)가 호출되지만, 멤버변수의 경우 참조변수의 타입에 따라 달라진다.

매개변수의 다형성

참조변수의 다형적인 특징인 메서드의 매개변수에도 적용된다. 아래와 같이 Product, Tv, Computer, Audio, Buyer 클래스가 정의되어 있다고 가정하자.

class Product {
	int price;
    int bonusPoint;
}
class Tv extends Product {}
class Computer extends Product {}
class Audio extends Product {}

class Buyer {
	int money = 1000;
    int bonusPoint = 0;
}

Product 클래스는 Tv, Audio, Computer 클래스의 조상이며, Buyer 클래스는 제품(Product)을 구입하는 사람을 클래스로 표현한 것이다.

Buyer 클래스에 물건을 구입하는 기능이 메서드를 추가해보자. 구입할 대상이 필요하므로 매개변수로 구입할 제품을 넘겨받아야 한다. Tv를 살 수 있도록 매개변수를 Tv 타입으로 변견하였다.

void buy(Tv t) {
	// Buyer가 가진 돈 (money)에서 제품의 가격(t.price)만큼 뺀다.
    money = money - t.price;
    
    // Buyer의 보너스점수 (bonusPoint)에 제품의 보너스점수(t.bonusPoint)를 더한다.
    bonusPoint = bonusPoint + t.bonusPoint;
}

buy(Tv t)는 제품을 구입하면 제품을 구입한 사람이 가진 돈에서 제품의 가격을 빼고, 보너스점수는 추가하는 작업을 하도록 작성되었다. 그런데 buy(Tv t)로는 Tv밖에 살 수 없기 때문에 아래와 같이 다른 제품들도 구입할 수 있는 메서드가 추가로 필요하다.

void buy(Computer c) {
	money = money - c.price;
    bonusPoint = bonusPoint + c.bonusPoint;
}

void buy(Audio a) {
	money = money - a.price;
    bonusPoint = bonusPoint + a.bonusPoint;
}

이렇게 되면, 제품의 종류가 늘어날 때마다 Buyer클래스에는 새로운 buy메서드를 추가해주어야 할 것이다.

그러나 메서드의 매개변수에 다형성을 적용하면 아래와 같이 하나의 메서드로 간단히 처리할 수 있다.

void buy(Product p) {
	money = money - p.price;
    bonusPoint = bonusPoint + p.bonusPoint;
}

추상클래스(abstract class)

추상클래스란?

클래스를 설계도에 비유한다면, 추상클래스는 미완성 설계도에 비유할 수 있다. 미완성 설계도란, 단어의 뜻 그대로 완성되지 못한 채로 남겨진 설계도를 말한다.

클래스가 미완성이라는 것은 멤버의 개수에 관계된 것이 아니라, 단지 미완성 메서드(추상메서드)를 포함하고 있다는 의미이다.

미완성 설계도로 완성된 제품을 만들 수 없듯이 추상클래스로 인스턴스는 생성할 수 없다. 추상클래스는 상속을 통해서 자손클래스에 의해서만 완성될 수 있다.

추상클래스는 키워드 abstract를 붙이기만 하면 된다. 이렇게 함으로써 이 클래스를 사용할 때, 클래스 선언부의 abstract를 보고 이 클래스에는 추상메서드가 있으니 상속을 통해서 구현해주어야 한다는 것을 쉽게 알 수 있을 것이다.

abstract class 클래스이름 {
	...
}

추상메서드(abstract method)

메서드는 선언부와 구현부(몸통)로 구성되어 있다고 했다. 선언부만 작성하고 구현부는 작성하지 않은 채로 남겨 둔 것이 추상메서드이다. 즉, 설계만 해놓고 실제 수행될 내용은 작성하지 않았기 때문에 미완성 메서드인 것이다.

메서드를 이와 같이 미완성 상태로 남겨 놓는 이유는 메서드의 내용이 상속받는 클래스에 따라 달라질 수 있기 때문에 조상 클래스에서는 선언부만 작성하고, 주석을 덧붙여 어떤 기능을 수행할 목적으로 작성되었는지 알려 주고, 실제 내용은 상속받는 클래스에서 구현하도록 비워 두는 것이다. 그래서 추상클래스를 상속받는 자손 클래스는 조상의 추상 메서드를 상황에 맞게 적절히 구현해주어야 한다.

추상메서드 역시 키워드 abstract를 앞에 붙여 주고, 추상메서드는 구현부가 없으므로 괄호 {} 대신 문장의 끝을 알리는 ;을 적어준다.

/* 주석을 통해 어떤 기능을 수행할 목적으로 작성하였는지 설명한다. */
abstract 리턴타입 메서드이름();

추상클래스로부터 상속받는 자손클래스는 오버라이딩을 통해 조상인 추상클래스의 추상 메서드를 모두 구현해주어야 한다. 만일 조상으로부터 상속받은 추상메서드 중 하나라도 구현하지 않는다면, 자손클래스 역시 추상크래스로 지정해 주어야한다.

abstract class Player { // 추상클래스
	abstract void play(int pos); // 추상메서드
    abstract void stop(); // 추상메서드
}

class AudioPlayer extends Player {
	void play(int pos) { ... } // 추상메서드를 구현
    void stop() { ... } // 추상메서드를 구현
}

abstract class AbstractPlayer extends Player {
	void play(int pos) { ... } // 추상메서드를 구현
}

추상클래스의 작성

여러 클래스에 공통적으로 사용될 수 있는 클래스를 바로 작성하긷 하고, 기존의 클래스의 공통적인 부분을 뽑아서 추상클래스로 만들어 상속하도록 하는 경우도 있다.

추상 : 낱낱의 구체적 표상이나 개념에서 공통된 성질을 뽑아 이를 일반적은 개념으로 파악하는 정신 작용

상속이 자손 클래스를 만드는데 조상 클래스를 사용하는 것이라면, 이와 반대로 추상화는 기존의 클래스의 공통부분을 뽑아내서 조상 클래스를 만드는 것

추상화 : 클래스간의 공통점을 찾아내서 공통의 조상을 만드는 작업
구체화 : 상속을 통해 클래스를 구현, 확장하는 작업

인터페이스

인터페이스란?

인터페이스란 일종의 추상클래스이다. 인터페이스는 추상클래스처럼 추상메서드를 갖지만 추상클래스보다 추상화 정도가 높아서 추상클래스와 달리 모몽을 갖춘 일반 메서드 또는 멤버변수를 구성원으로 가질 수 없다. 오직 추상메서드와 상수만을 멤버로 가질 수 있으며, 그 외의 다른 어떠한 요소도 허용하지 않는다.

인터페이스의 작성

인터페이스를 작성하는 것은 클래스를 작성하는 것과 같다. 다만 키워드로 class 대신 interface를 사용한다는 것만 다르다. 그리고 interface 에도 클래스와 같이 제어자로 pulic 또는 default 를 사용할 수 있다.

interface 인터페이스이름 {
	public static final 타입 상수이름 = 값;
    public abstract 메서드이름(매개변수 목록);
}

일반적인 클래스의 멤버들과 달리 인터페이스의 멤버들은 다음과 같은 제약사항이 있다.

• 모든 멤버변수는 public static final 이어야 하며, 이를 생략할 수 있다.
• 모든 메서드는 public abstract 이어야 하며, 이를 생략할 수 있다.
  단, static 메서드와 디폴트 메서드는 예외(JDK 1.8부터)

인터페이스에 정의된 모든 멤버에 예외없이 적용되는 사항이기 때문에 제어자를 생략할 수 있는 것이며, 편의상 생략하는 경우가 많다. 생략된 제어자는 컴파일 시에 컴파일러가 자동적으로 추가해준다.

인터페이스 상속

인터페이스는 인터페이스로부터만 상속받을 수 있으며, 클래스와는 달리 다중상속, 즉 여러 개의 인터페이스로부터 상속을 받는 것이 가능하다.

interface Movable {
	void move(int x, int y)
}

interface Attackable {
	void attack(Unit u)
}

interface Fightable extends Movable, Attackable {
	...
}

클래스의 상속과 마찬가지로 자손 인터페이스(Fightable)는 조상 인터페이스(Moveable, Attackable)에 정의된 멤버를 모두 상속받는다.

그래서 Fightable자체에는 정의된 멤버가 하나도 없지만 조상 인터페이스로부터 상속 받은 두 개의 추상 메서드, move(int x, int y)와 attack(Unit u)을 멤버로 갖게 된다.

인터페이스의 구현

인터페이스도 추상클래스처럼 그 자체로는 인스턴스를 생성할 수 없으며, 추상클래스가 상속을 통해 추상메서드를 완성하는 것처럼, 인터페이스도 자신이 정의된 추상메서드의 몸통을 만들어주는 클래스를 작성해야 하는데, 그 방법은 추상클래스가 자신을 상속받는 클래스를 정의하는 것과 다르지 않다. 인터페이스는 구현한다는 의미의 키워드 implements를 사용한다.

class 클래스이름 implements 인터페이스이름 {
	// 인터페이스에 정의된 추상메서드를 구현해야 한다.
}

만일 구현하는 인터페이스의 메서드 중 일부만 구현한다면, abstract를 붙여서 추상클래스로 선언해야 한다.

abstract class Fighter implements Fightable {
	public void move(int x, int y) {
    	...
    }
}

그리고 다음과 같이 상속과 구현을 동시에 할 수도 있다.

class Fighter extends Unit implements Fightable {
	public void move(int x, int y) { ... }
    public void attack(Unit u) { ... }
}

인터페이스를 이용한 다중상속

두 조상으로부터 상속받는 멤버 중에서 멤버변수의 이름이 같거나 메서드의 선언부가 일치하고 구현 내용이 다르다면 이 두 조상으로부터 상속받는 자손클래스는 어느 조상의 것을 상속받게 되는 것인지 알 수 없다. 어느 한 쪽으로부터의 상속을 포기하던가, 이름이 충돌하지 않도록 조상클래스를 변경하는 수밖에 없다.

그래서 다중상속은 장점도 있지만 단점이 더 크다고 판단하였기 때문에 자바에서는 다중상속을 허용하지 않는다.

인터페이스를 이용한 다형성

다형성에 대해 학습할 때 자손클래스의 인스턴스를 조상타입의 참조변수로 참조하는 것이 가능하다는 것을 배웠다.

인터페이스 역시 이를 구현한 클래스의 조상이라 할 수 있으므로 해당 인터페이스 타입의 참조변수로 이를 구현한 클래스의 인스턴스를 참조할 수 있으며, 인터페이스 타입으로의 형변환도 가능하다.

인터페이스 Fightable을 클래스 Fighter가 구현했을 때, 다음과 같이 Fighter인스턴스를 Fightable타입의 참조변수로 참조하는 것이 가능하다.

Fightable f = (Fightable) new Fighter();
// 또는
Fightable f = new Fighter();

따라서 인터페이스는 다음과 같이 메서드의 매개변수의 타입으로 사용될 수 있다.

void attack(Fightable f) {
	...
}

인터페이스 타입의 매개변수가 갖는 의미는 메서드 호출 시 해당 인터페이스를 구현한 클래스의 인스턴스를 매개변수로 제공해야한다는 것이다.

그래서 attack 메서드를 호출할 때는 매개변수로 Fightable 인터페이스를 구현한 클래스의 인스턴스를 넘겨주어야 한다.

class Fighter extends Unit implements Fightable {
	public void move(int x, int y) { ... }
    public void attack(Fightable f) { ... }
}

위와 같이 Fightable 인터페이스를 구현한 Fighter 클래스가 있을 때, attack 메서드의 매개변수로 Fighter 인스턴스를 넘겨 줄 수 있다. 즉, attack(new Fighter())와 같이 할 수 있다는 것이다.

그리고 다음과 같이 메서드의 리턴타입으로 인터페이스의 타입을 지정하는 것 역시 가능하다.

Fightable method() {
	...
    Fighter f = new Fighter();
    return f;
}

리턴타입이 인터페이스라는 것은 메서드가 해당 인터페이스를 구현한 클래스의 인스턴스를 반환한다는 것을 의미한다.

인터페이스의 장점

• 개발시간을 단축시킬 수 있다.
  일단 인터페이스가 작성되면, 이를 사용해서 프로그램을 작성하는 것이 가능하다. 메서드를 호출하는 쪽에서는 메서드의 내용에 관계없이 선언부만 알면 되기 때문이다.
  그리고 동시에 다른 한 쪽에서는 인터페이스를 구현하는 클래스를 작성하게 하면, 인터페이스를 구현하는 클래스가 작성될 때가지 기다리지 않고도 양쪽에서 동시에 개발을 진행할 수 있다.

• 표준화가 가능하다.
  프로젝트에 사용되는 기본 틀을 인터페이스로 작성한 다음, 개발자들에게 인터페이스를 구현하여 프로그램을 작성하도록 함으로써 보다 일관되고 정형화된 프로그램의 개발이 가능하다.

• 서로 관계없는 클래스들에게 관계를 맺어 줄 수 있다.
  서로 상속 관계에 있지도 않고, 같은 조상클래스를 가지고 있지 않은 서로 아무런 관계도 없는 클래스들에게 하나의 인터페이스를 공통적으로 구현하도록 함으로써 관계를 맺어 줄 수 있다.

• 독립적인 프로그래밍이 가능하다.
  인터페이스를 이용하면 클래스의 선언과 구현을 분리시킬 수 있기 때문에 실제 구현에 독립적인 프로그램을 작성하는 것이 가능하다. 클래스와 클래스간의 직접적인 관계를 인터페이스를 이용해서 간접적인 관계로 변경하면, 한 클래스의 변경이 관련된 다른 클래스에 영향을 미치지 안흔ㄴ 독립적인 프로그래밍이 가능하다.

인터페이스의 이해

• 클래스를 사용하는 쪽(User)과 클래스를 제공하는 쪽(Provider)이 있다.
• 메서드를 사용(호출)하는 쪽(User)에서는 사용하려는 메서드(Provider)의 선언부만 알면 된다.

내부 클래스(inner class)

내부 클래스는 클래스 내에 선언된다는 점을 제외하고는 일반적인 클래스와 다르지 않다. 다만 앞으로 배우게 될 내부 클래스의 몇 가지 특징만 잘 이해하면 실제로 활용하는데 어려움이 없을 것이다.

내부 클래스란?

내부 클래스는 클래스 내에 선언된 클래스이다. 클래스에 다른 클래스를 선언하는 이유는 간단하다. 두 클래스가 서로 긴밀한 관계에 있기 때문이다.

한 클래스를 다른 클래스의 내부 클래스로 선언하면 두 클래스의 멤버들 간에 서로 쉽게 접근할 수 있다는 장점과 외부에는 불필요한 클래스를 감춤으로써 코드의 복잡성을 줄일 수 있다는 장점을 얻을 수 있다.

내부 클래스의 장점

• 내부 클래스에서 외부 클래스의 멤버들을 쉽게 접근할 수 있다.
• 코드의 복잡성을 줄일 수 있다.(캡슐화)

class A {
	...
}

class B {
	...
}

class A { // 외부 클래스
	...
    class B { // 내부 클래스
		...
	}
}

내부 클래스의 종류와 특징

내부 클래스의 종류는 변수의 선언위치에 따른 종류와 같다. 내부 클래스는 마치 변수를 선언하는 것과 같은 위치에 선언할 수 있으며, 변수의 선언위치에 따라 인스턴스변수, 클래스변수(static변수), 지역변수로 구분되는 것과 같이 내부 클래스도 선언위치에 따라 다음과 같이 구분되어 진다. 내부 클래스의 유호범위와 성질이 변수와 유사하므로 서로 비교해보면 이해하는 많은 도움이 된다.

내부 클래스	특 징
인스턴스 클래스 (instance class)	외부 클래스의 멤버변수 선언위치에 선언하며, 외부 클래스의 인스턴스 멤버처럼 다루어진다. 주로 외부 클래스의 인스턴스 멤버들과 관련된 작업에 사용될 목적으로 선언한다.
스태틱 클래스 (static class)	외부 클래스의 멤버변수 선언위치에 선언하며, 외부 클래스의 static 멤버처럼 다루어진다. 주로 외부 클래스의 static 멤버, 특히 static 메서드에서 사용될 목적으로 선언된다.
지역 클래스 (local class)	외부 클래스의 메서드나 초기화블럭 안에 선언하며, 선언된 영역 내부에서만 사용될 수 있다.
익명 클래스 (anonymous class)	클래스의 선언과 객체의 생성을 동시에 하는 이름없는 클래스(일회용)

내부 클래스의 선언

class Outer {
	int iv = 0;
    static int cv = 0;
    
    void myMethod() {
    	int lv = 0;
	}
}

class Outer {
	class InstanceInner {}
    static class StaticInner {}
    
    void myMethod() {
    	class LocalInner {}
	}
}

내부 클래스의 제어자와 접근성

class Outer {
	private class InstanceInner {}
    protected static class StaticInner {}
    
    void myMethod() {
    	class LocalInner {}
	}
}

익명 클래스 (anonymous class)

익명 클래스는 특이하게도 다른 내부 클래스들과는 달리 이름이 없다. 클래스의 선언과 객체의 생성을 동시에 하기 때문에 단 한번만 사용될 수 있고 오직 하나의 객체만을 생성할 수 있는 일회용 클래스이다.

new 조상클래스이름() {
	// 멤버 선언
}

// 또는

new 구현인터페이스이름() {
	// 멤버 선언
}