[Java] 상속

szlee·2023년 12월 12일

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< 김영한의 실전 자바 - 기본편 > 강의를 보고 이해한 내용을 바탕으로 합니다.

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

    public void charge(){
        System.out.println("충전합니다.");
    }
}

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

    public void fillUp(){
        System.out.println("기름을 주유합니다.");
    }
}

위와 같이 전기차(ElectricCar)에는 이동(move()), 충전(charge()) 기능이 있고, 가솔린차(GasCar)는 이동(move()), 주유(fillUp()) 기능이 있다.

전기차와 가솔린차는 자동차(Car)의 좀 더 구체적인 개념이다.
반대로 자동차(Car)는 전기차와 가솔린차를 포함하는 추상적인 개념이다.
그래서인지 둘의 공통 기능이 보인다. 바로 이동(move())이다.
전기차든 가솔린차든 주유하는 방식이 다른 것이지 이동하는 것은 똑같다.
이러한 경우에 상속 관계를 사용하는 것이 효과적이다.

상속 관계

상속은 객체 지향 프로그래밍의 핵심 요소 중 하나로, ⭐️기존 클래스의 필드와 메서드를 새로운 클래스에서 ❗️재사용❗️하게 해준다.⭐️ 이름 그대로 기존 클래스의 속성과 기능을 물려받는 것이다. 상속을 사용하려면 extends키워드를 사용하면 된다. 그리고 extends대상은 ❗️하나만❗️ 선택할 수 있다.

상위 클래스(슈퍼 클래스) : 상속을 통해 자신의 필드와 메서드를 다른 클래스에게 제공하는 클래스
자식 클래스(서브 클래스) : 부모 클래스로부터 필드와 메서드를 상속받는 클래스

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



public class ElectricCar extends Car{ //하위 클래스1
    public void charge(){
        System.out.println("충전합니다.");
    }
}


public class GasCar extends Car{ //하위 클래스2

    public void fillUp(){
        System.out.println("기름을 주유합니다.");
    }
}

전기차와 가솔린차가 Car를 상속 받은 덕분에 electricCar.move(), garCar.move()를 사용할 수 있다.

하위 클래스는 상속 받을 상위 클래스를 알고 있지만, 상위 클래스는 하위 클래스의 정보를 모른다. 따라서 상위 클래스는 하위 클래스에 접근할 수 없다.
객체 세상에선 부모는 자식을 모른다😅

단일 상속

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

만약 비행기와 자동차를 상속 받아서 하늘을 나는 자동차를 만든다고 해보자.
위 그림처럼 다중 상속을 사용하게 되면 AirplaneCar입장에서 move()를 호출할 때 어떤 상위 클래스의 move()를 사용해야 할지 애매한 문제가 발생한다. (다이아몬드 문제)
그리고 다중 상속을 사용하면 클래스 계층 구조가 매우 복잡해질 수 있다.
이러한 문제점 때문에 자바는 클래스의 다중 상속을 허용하지 않는다. -> 인터페이스의 다중 구현을 허용하여 이러한 문제를 피한다.

상속과 메모리 구조 ⭐️

ElectricCar electricCar = new ElectricCar();

new ElectricCar()를 호출하면 ElectricCar 뿐만 아니라 상속 관계에 있는 Car까지 함께 포함해서 인스턴스를 생성한다.
참조값은 x001로 하나이지만 실제로 그 안에서는 Car, ElectricCar라는 두가지 클래스 정보가 공존하는 것이다.
상속이라고 해서 단순하게 상위의 필드와 메서드만 불려받는 것이 아니라, 부모 클래스도 함께 포함해서 생성된다.
외부에서 볼때는 하나의 인스턴스를 생성하고 있는 것 같지만 내부에서는 부모, 자식 모두 생성되고 공간도 구분된다.

electricCar.charge() 호출

electricCar.charge()를 호출하면 참조값을 확인해서 x001.charge()를 호출한다. 따라서 x001을 찾아서 charge()를 호출하면 된다.
그런데 상속 관계의 경우에는 내부에 부모와 자식이 모두 존재한다. 이 때 부모인 Car를 통해 charge()를 찾을지 아니면 ElectricCar를 통해 charge()를 찾을지 선택해야한다.
이때는 호출하는 변수의 타입(클래스)을 기준으로 선택한다.
electricCar 변수의 타입이 ElectricCar이므로 인스턴스 내부에 같은 타입인 ElectricCar를 통해 charge()를 호출한다.

electricCar.move() 호출

electricCar.move()를 호출하면 먼저 x001참조로 이동한다.
내부에는 Car, ElectricCar 두가지 타입이 있다.
이때 호출하는 변수인 electricCar의 타입이 ElectricCar이므로 이 타입을 선택한다.
그런데 ElectricCar에는 move()메서드가 없다. 상속 관계에서는 자식 타입에 해당 기능이 없으면 부모 타입으로 올라가서 찾는다. 이 경우 ElectricCar의 부모인 Car로 올라가서 move()를 찾는다. 부모인 Car에 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]

상속 관계의 객체를 생성하면 그 내부에는 부모, 자식 모두 생성된다.
상속 관계의 객체를 호출할 때 대상 타입을 정해야 한다. 이때 호출자의 타입을 통해 대상 타입을 찾는다.
현재 타입에서 기능을 찾지 못하면 상위 타입으로 기능을 찾아서 실행한다. 기능을 찾지 못하면 컴파일 오류가 발생한다.

상속과 기능 추가


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

    //추가
    public void openDoor(){
        System.out.println("문을 엽니다.");
    }
}




public class HydrogenCar extends Car{
    public void fillHydrogen(){
        System.out.println("수소를 충전합니다.");
    }
}




public class CarMain {

    public static void main(String[] args) {
        ElectricCar electricCar = new ElectricCar();
        electricCar.move();
        electricCar.charge();
        electricCar.openDoor();

        GasCar gasCar = new GasCar();
        gasCar.move();
        gasCar.fillUp();
        gasCar.openDoor();

        HydrogenCar hydrogenCar = new HydrogenCar();
        hydrogenCar.move();
        hydrogenCar.fillHydrogen();
        hydrogenCar.openDoor();
    }
}

Car에 문을 여는 기능을 추가하고 이를 확장한 HydrogenCar를 추가하였다.

상속 관계 덕분에 중복은 줄어들고, 새로운 수소차를 편리하게 확장한 것을 알 수 있다.
상위 클래스만 바꾸면 모든 하위 클래스가 혜택을 받는다.

상속과 메서드 오버라이딩

상위 타입의 기능을 하위에서는 다르게 재정의 하고 싶을 수 있다.
예를 들어 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 상위에서 받은 기능을 하위에서 재정의 하는 것을 메서드 오버라이딩(overriding)이라고 한다.

public class ElectricCar extends Car {

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

ElectricCar에 메서드 이름은 같지만 새로운 기능을 쓸 수 있도록 move() 메서드를 새로 만들었다. => 메서드 오버라이딩.
이제 ElectricCar의 move()를 호출하면 Car의 move()가 아니라 ElectricCar의 move()가 호출된다.

@Override
이 애노테이션은 상위 클래스의 메서드를 오버라이드하는 것임을 나타낸다.
오버라이딩한 메서드 위에 이 애노테이션을 붙여야한다.
컴파일러는 이 애노테이션을 보고 메서드가 정확히 오버라이드 되었는지 확인한다.(메서드 명이 같은지 등..)
오버라이딩 조건을 만족시키지 않으면 컴파일 에러를 발생시킨다.
따라서 실수로 오버라이딩을 못하는 경우를 방지해준다.
이 기능이 필수는 아니지만 코드의 명확성을 위해 붙여주는 것이 좋다.

Car의 move()메서드를 ElectricCar에서 오버라이딩 했다.

오버라이딩과 메모리 구조

1. electricCar.move()를 호출한다.
2. 호출한 electricCar의 타입은 ElectricCar이다. 따라서 내부의 ElectricCar타입에서 시작한다.
3. ElectricCar타입에 move() 메서드가 있으므로 해당 메서드를 실행한다. 이때 실행할 메서드를 이미 찾았으므로 부모 타입을 찾지 않는다.

오버로딩과 오버라이딩😅

메서드 오버로딩(overloading) : 메서드 이름이 같고 파라미터가 다른 메서드를 여러개 정의. 오버로딩의 사전적 의미는 과적(과하게 물건을 담았다).
메서드 오버라이딩(overriding) : 하위 클래스에서 상위 클래스의 메서드를 재정의. 따라서 상속 관계에서 사용한다. 부모의 기능을 자식이 다시 정의하는 것이다.
오버라이딩을 단순히 해석하면 무언가를 넘어서 타는 것을 말한다. 자식의 새로운 기능이 부모의 기존 기능을 넘어 타서 기존 기능을 새로운 기능으로 덮어버린다고 이해하면 된다.

메서드 오버라이딩 조건

메서드 오버라이딩은 다음과 같은 까다로운 조건을 가지고 있다.

메서드 이름 : 메서드 이름이 같아야 한다.
메서드 매개변수(파라미터) : 매개변수(파라미터) 타입, 순서, 개수가 같아야한다.
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.
- 상위 클래스의 메서드가 protected로 선언되어 있으면 하위 클래스에서 이를 public 또는 protected로 오버라이드 할 수 있지만, private또는 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.
- final메서드는 재정의를 금지시킨다.
- private메서드는 해당 클래스에서만 접근 가능하기 때문에 하위 클래스에서 보이지 않는다. 따라서 오버라이딩 할 수 없다.(private은 본인 클래스 안으로 숨겨버린 것! 그래서 밖에선 아예 모른다🤫)
생성자 오버라이딩 : 생성자는 오버라이딩 할 수 없다.

상속과 접근 제어

접근 제어자 종류

private : 모든 외부 호출을 막는다. 같은 클래스 내에서만
default : 같은 패키지 안에서 호출 가능
protected : 같은 패키지 안에서 호출을 허용하는데 패키지가 달라도 상속 관계의 호출은 허용
public : 모든 외부 호출을 허용

package extends1.access.parent;

public class Parent {

    public int publicValue;
    protected int protectedValue;
    int defaultValue;
    private int privateValue;

    public void publicMethod() {
        System.out.println("Parent.publicMethod");
    }
    protected void protectedMethod() {
        System.out.println("Parent.protectedMethod");
    }
    void defaultMethod() {
        System.out.println("Parent.defaultMethod");
    }
    private void privateMethod() {
        System.out.println("Parent.privateMethod");
    }

    public void printParent(){
        System.out.println("==Parent 메서드 안==");
        System.out.println("publicValue = " + publicValue);
        System.out.println("protectedValue = " + protectedValue);
        System.out.println("defaultValue = " + defaultValue);
        System.out.println("privateValue = " + privateValue);

        //부모 메서드 안에서 모두 접근 가능
        defaultMethod();
        privateMethod();
    }
}

package extends1.access.child;

import extends1.access.parent.Parent;

public class Child extends Parent{
    public void call(){
        publicValue = 1;
        protectedValue = 1; //상속 관계 or 같은 패키지
        //defaultValue = 1; //다른 패키지 접근 불가, compile error
        //privateValue = 1; //접근 불가, compile error

        publicMethod();
        protectedMethod(); //상속 관계 or 같은 패키지
        //defaultMethod(); //다른 패키지 접근 불가, compile error
        //privateMethod(); //접근 불가, compile error

        printParent();

    }
}

둘의 패키지가 다르다는 부분에 유의하자.

package extends1.access;

import extends1.access.child.Child;

public class ExtendsAccessMain {
    public static void main(String[] args) {
        Child child = new Child();
        child.call();
    }
}

자식 클래스인 Child에서 부모 클래스인 Parent에 얼마나 접근할 수 있는지 확인해보자.

publicValue = 1; 부모의 public필드에 접근한다. public이므로 접근할 수 있다.
protectedValue = 1; 부모의 protected필드에 접근한다. 자식과 부모는 다른 패키지이지만 상속관계이므로 접근할 수 있다.
defaultValue = 1; 부모의 default필드에 접근한다. 자식과 부모가 다른 패키지이므로 접근할 수 없다.
privateValue = 1; 부모의 private필드에 접근한다. private은 모든 외부 접근을 막으므로 자식이라도 호출할 수 없다.

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.

super

부모 참조

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

public class Parent {
    public String value = "parent";

    public void hello(){
        System.out.println("Parent Hello");
    }
}

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); //this생략가능
        System.out.println("super value = " + super.value);

        this.hello();
        super.hello();
    }
}

call()메서드를 보면

this는 자기 자신의 참조를 뜻한다. this는 생략할 수 있다.
super는 부모 클래스에 대한 참조를 뜻한다.
필드 이름과 메서드 이름이 같지만 super를 사용해서 부모 클래스에 있는 기능을 사용할 수 있다.

public class Super1Main {
    public static void main(String[] args) {
        Child child = new Child();
        child.call();
    }
}

실행 결과를 보면 super를 사용한 경우 부모 클래스의 기능을 사용한 것을 확인할 수 있다.

생성자

상속 관계의 인스턴스를 생성하면 결국 메모리 내부에는 자식과 부모 클래스가 각각 만들어진다. 따라서 각각의 생성자도 모두 호출되어야한다.

상속 관계를 사용하면 자식 클래스의 생성자에서 부모 클래스의 생성자를 반드시 호출해야한다.
상속 관계에서 부모의 생성자를 호출할 때는 super(...)를 사용하면 된다.

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

ClassA는 최상위 부모 클래스이다.

public class ClassB extends ClassA{
    public ClassB(int a) {
        //super(); // 매개변수 없는 기본생성자 생략 가능 (자바가 알아서 만들어줌)
        System.out.println("ClassB 생성자 a=" +a);
    }

    public ClassB(int a, int b){
        //super(); // 매개변수 없는 기본생성자 생략 가능
        System.out.println("ClassB 생성자 a=" +a + "b=" +b);
    }
}

ClassB는 ClassA를 상속받았다. 상속을 받으면 생성자의 첫줄에 super(...)를 사용해서 부모 클래스의 생성자를 호출해야한다.

예외로 생성자 첫줄에 this(...)를 사용할 수는 있다. 하지만 super(...)는 자식의 생성자 안에서 언젠가는 반드시 호출해야한다.


public class Super2Main {
 public static void main(String[] args) {
     ClassB classB = new ClassB(100);
 }
}

public class ClassC extends ClassB{
 public ClassC(){
     super(10, 20); // ClassB에 기본생성자 없음
     System.out.println("ClassC 생성자");
 }
}

public class ClassB extends ClassA{
 public ClassB(int a) {
     this(a,0); //나의 다른 생성자 호출해줘
     System.out.println("ClassB 생성자 a=" +a);
 }

 public ClassB(int a, int b){
     super();
     System.out.println("ClassB 생성자 a=" +a + " b=" +b);
 }
}

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.

public class ClassC extends ClassB{
    public ClassC(){
        super(10, 20); // ClassB에 기본생성자 없음
        System.out.println("ClassC 생성자");
    }
}

ClassC는 ClassB를 상속 받았다. ClassB는 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)을 통해 부모 클래스의 ClassB(int a, int b) 생성자를 선택했다.
ClassC의 부모인 ClassB에는 기본 생성자가 없다. 따라서 부모의 기본 생성자를 호출하는 super()를 사용하거나 생략할 수 없다.


실행결과

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

생성자의 실행 순서가 최상위 부모부터 실행되어 하나씩 아래로 내려온다.
따라서 초기화는 최상위 부모부터 이루어진다. 왜냐하면 자식 생성자의 첫줄에서 부모의 생성자를 호출해야하기 때문이다.

[정리]

상속 관계의 생성자 호출은 결과적으로 상위 -> 하위 순서로 실행된다. 따라서 상위의 데이터를 먼저 초기화하고 그 다음에 하위의 데이터를 초기화한다.
상속 관계에서 하위 클래스의 생성자 첫 줄에 반드시 super(...)를 호출해야한다. 단 기본 생성자(super())인 경우 생략할 수 있다.

클래스와 메서드에 사용되는 `final`

클래스에 final : 상속 끝!

final로 선언된 클래스는 확장될 수 없다. 다른 클래스가 final로 선언된 클래스를 상속받을 수 없다.
ex) public final class MyFinalClass {...}

메서드에 final : 오버라이딩 끝!

final로 선언된 메서드는 오버라이드 될 수 없다. 상속받은 서브 클래스에서 이 메서드를 변경할 수 없다.
ex) public final void myFinalMethod() {...}

szlee

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Java

상속 관계

단일 상속

상속과 메모리 구조 ⭐️

[정리]

상속과 기능 추가

상속과 메서드 오버라이딩

오버라이딩과 메모리 구조

오버로딩과 오버라이딩😅

메서드 오버라이딩 조건

상속과 접근 제어

접근 제어와 메모리 구조

super

부모 참조

생성자

[정리]

클래스와 메서드에 사용되는 `final`

클래스에 final : 상속 끝!

메서드에 final : 오버라이딩 끝!

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상속과 메서드 오버라이딩

오버라이딩과 메모리 구조

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상속과 접근 제어

접근 제어와 메모리 구조

super

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클래스와 메서드에 사용되는 `final`