[코드스테이츠 백엔드 44기 SEB BE] 13일차

오태호·2023년 3월 2일

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다형성(Polymorphism)

하나의 객체가 여러가지 형태를 가질 수 있는 성질
한 타입의 참조 변수를 통해 여러 타입의 객체를 참조할 수 있도록 만든 것
상위 클래스 타입의 참조변수를 통해 하위 클래스의 객체를 참조할 수 있도록 허용한 것
다형성을 사용하는 이유
- 다형성을 잘 활용하면 많은 중복되는 코드를 줄이고 보다 편리하게 코드를 작성할 수 있다!

class Animal {
    public void print() {
        System.out.println("Animal 클래스");
    }
}

class Dog extends Animal {
    public void print() {
        System.out.println("Dog 클래스");
    }
}

class Cat extends Animal {
    public void print() {
        System.out.println("Cat 클래스");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Animal animal = new Animal();
        Animal dog = new Dog();
        Cat cat = new Cat();
    }
}

Animal 타입의 참조변수 dog를 보면 Dog 클래스의 인스턴스를 생성하고 dog에 할당
- 상위 클래스를 참조변수의 타입으로 지정하여 참조변수가 사용할 수 있는 멤버의 개수는 상위 클래스의 멤버의 수가 된다

상위 클래스의 타입으로 하위 클래스의 타입의 객체를 참조할 수 있지만 그 반대는 성립하지 않는다!
- 실제 참조하고 있는 인스턴스의 멤버를 기준으로 참조 변수의 타입의 멤버가 실제 인스턴스의 멤버 수보다 작은 것은 사용할 수 있는 기능을 줄이는 것이기에 허용
- 그러나 그 반대는 참조하고 있는 인스턴스에 실제로 구현된 기능이 없으므로 사용이 불가하다

메서드 오버라이딩 및 메서드 오버로딩 또한 다형성의 한 예시
- 둘 다 같은 이름의 메서드를 재사용 또는 덮어쓰기로 다르게 사용
- 이는 하나의 객체가 여러가지 형태를 가질 수 있는 성질인 다형성의 의미와 궤를 같이하는 것

참조 변수의 타입 변화

참조 변수의 타입 변환은 사용할 수 있는 멤버의 개수를 조절하는 것
타입 변환 시 충족되어야 할 조건
1. 서로 상속 관계에 있는 상위 클래스 - 하위 클래스 사이에만 타입 변환 가능
2. 하위 클래스 타입에서 상위 클래스 타입으로의 타입 변환(업 캐스팅)은 형변환 연산자(괄호)를 생략할 수 있다
3. 상위 클래스에서 하위 클래스 타입으로 변환(다운 캐스팅)은 형변환 연산자(괄호)를 반드시 명시해야 한다
  - 다운 캐스팅은 업 캐스팅이 되어있는 참조 변수에 한해서 가능

class Animal {
    public void print() {
        System.out.println("Animal 클래스");
    }

    public sleep() {
        System.out.println("자는 중...");
    }
}

class Dog extends Animal {
    public void print() {
        System.out.println("Dog 클래스");
    }

    public void howl() {
        System.out.println("멍멍");
    }
}

class Cat extends Animal {
    public void print() {
        System.out.println("Cat 클래스");
    }

    public void play() {
        System.out.println("노는 중...");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Dog dog = new Dog();
        Animal animal = (Animal)dog;
        Cat cat = (Cat)animal;
    }
}

instanceof 연산자

참조 타입의 타입 변환, 즉 캐스팅이 가능하니 여부를 반환하는 문법 요소
캐스팅 가능 여부 판단
1. 객체를 어떤 생성자로 만들었는가
2. 클래스 사이에 상속관계가 존재하는가

참조변수 instanceof 타입

반환값이 true라면 검사한 타입으로 변환이 가능함을 뜻하고 반환값이 false라면 검사한 타입으로 변환이 불가함을 뜻한다
- 참조 변수가 null이라면 false를 반환

class Animal {
    public void print() {
        System.out.println("Animal 클래스");
    }

    public sleep() {
        System.out.println("자는 중...");
    }
}

class Dog extends Animal {
    public void print() {
        System.out.println("Dog 클래스");
    }

    public void howl() {
        System.out.println("멍멍");
    }
}

class Cat extends Animal {
    public void print() {
        System.out.println("Cat 클래스");
    }

    public void play() {
        System.out.println("노는 중...");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Animal dog = new Dog();
        System.out.println(dog instanceof Object); // true
        System.out.println(dog instanceof Animal); // true
        System.out.println(dog instanceof Cat); // false
        System.out.println(dog instanceof Dog); // true
    }
}

추상화(Abstraction)

객체의 공통적인 속성과 기능을 추출하여 정의하는 것
상속 vs 추상화
- 상속
  - 하위 클래스를 정의하는데 상위 클래스를 사용
- 추상화
  - 기존 클래스들의 공통적인 요소를 뽑아서 상위 클래스를 만들어내는 것

추상화의 장점
- 공통적인 속성과 기능을 모아서 정의해주면
  1. 코드의 중복을 줄일 수 있다
  2. 보다 효과적으로 클래스 간의 관계를 설정할 수 있다
  3. 유지/보수가 용이해진다
인터페이스 및 추상 클래스를 사용해 추상화를 구현할 수 있다

abstract 제어자

자바의 제어자는 접근 제어자와 기타 제어자로 구분될 수 있는데, abstract 제어자는 기타 제어자 중 빈번하게 사용되는 제어자
abstract는 주로 클래스와 메서드를 형용하는 키워드로 사용된다
- 추상 메서드(abstract method) : 메서드 앞에 abstract가 붙은 경우
- 추상 클래스(abstract class) : 클래스 앞에 abstract가 붙은 경우

어떤 클래스에 추상 메서드가 포함되어 있다면 해당 클래스는 자동으로 추상 클래스가 된다

abstract class AbstractExample {
    abstract void print();
}

추상 메서드
- 메서드의 시그니처만 존재하고 바디가 없는 메서드
- abstract 키워드를 메서드 이름 앞에 붙여 해당 메서드가 추상 메서드임을 표시한다

추상 클래스
- 메서드 바디가 완성이 되기 전까지 이를 기반으로 객체 생성을 할 수 없다!

추상 클래스

메서드 시그니처만 존재하고 바디가 선언되지 않은 추상 메서드를 포함하는 '미완성 설계도'
미완성된 구조이므로 이를 기반으로 객체를 생성할 수 없다!

추상 클래스는 왜 만드는가?
1. 상속 관계에 있어 새로운 클래스를 작성하는데 유용
  - 메서드의 내용이 상속받는 클래스에 따라 종종 달라진다
  - 상위 클래스에 선언부만 작성하고, 실제 구현은 상속을 받는 하위 클래스에서 구현하도록 한다
  - 이에 따라, 설계하는 상황이 변하더라도 보다 유연하게 대응할 수 있다
  - 즉, 오버라이딩을 통해 추상 클래스로부터 상속받은 추상 메서드의 내용을 구현하여 메서드를 완성시킬 수 있고 이렇게 완성된 클래스를 기반으로 객체를 생성
2. 추상 클래스는 추상화를 구현하는데 핵심적인 역할을 수행
  - 여러 사람이 개발하는 경우, 공통된 속성과 기능임에도 다른 변수와 메서드로 정의되어 오류가 발생할 수 있는데 이러한 오류를 미연에 방지할 수 있다
  - 상속계층도의 상층부에 위치할수록 추상화의 정도가 높고 아래로 내려갈수록 구체화된다

final 키워드

필드, 지역 변수, 클래스 앞에 위치할 수 있으며 위치에 따라 의미가 조금씩 달라진다
- 클래스 앞에 위치 : 변경 또는 확장이 불가능한 클래스, 상속을 할 수 없음
- 메서드 앞에 위치 : 오버라이딩 불가
- 변수 앞에 위치 : 값 변경이 불가한 상수
변경이 불가능하고 확장할 수 없다는 점에서는 유사하다

인터페이스(Interface)

두 개의 다른 대상 사이를 연결한다는 의미
서로 다른 두 시스템/장치/소프트웨어 등을 이어주는 부분 또는 그런 접속 장치

인터페이스 vs 추상 클래스
- 공통점 : 추상화를 구현하는 데에 활용된다
- 차이점 : 인터페이스는 추상 클래스에 비해 더 높은 추상성을 가진다
- 추상 클래스
  - 메서드 바디가 없는 추상 메서드를 하나 이상 포함한다는 점 외에는 기본적으로 일반 클래스와 동일
- 인터페이스
  - 기본적으로 추상 메서드와 상수만을 멤버로 가질 수 있음 -> 즉, 추상 클래스에 비해 추상화 정도가 더 높다고 할 수 있음
  - Java 8 이후로 default/static 메서드를 인터페이스에 포함시킬 수 있다

인터페이스의 기본 구조

public interface Car {
    public static final int wheelNum = 4;
    // final int wheelNum = 4;
    // static int wheelNum = 4;

    public abstract void ride();
    void powerUp();
}

interface 키워드를 사용하여 만들어지고 구현부가 완성되지 않은 추상 메서드와 상수만으로 구성된다
내부의 모든 필드는 public static final로 정의되고, static/default 메서드를 제외하고는 모든 메서드는 public abstract로 정의됨
- 모든 인터페이스의 필드와 메서드에는 위 요소가 내포되어 있으므로 일부분 또는 전부 생략 가능
  - 컴파일러가 자동으로 생략된 부분을 추가

인터페이스의 구현

인터페이스는 그 자체로 인스턴스를 생성할 수 없고, 메서드 바디를 정의하는 클래스를 따로 작성해야 한다
- 이 과정은 상속과 기본적으로 동일하지만, implements 키워드를 사용한다

class 클래스명 implements 인터페이스명 {
    ... // 인터페이스에 정의된 모든 추상 메서드를 구현
}

특정 인터페이스를 구현한 클래스는 해당 인터페이스에 정의된 모든 추상 메서드를 구현해야만 한다!
- 어떤 클래스가 특정 인터페이스를 구현한다
  - 해당 인터페이스가 가진 모든 추상 메서드들을 해당 클래스 내에서 오버라이딩하여 바디를 완성한다

인터페이스의 다중 구현

상속
- 단일 상속
- 다중 상속 불가
  - 하위 클래스는 단 하나의 상위 클래스만 상속받을 수 있다
인터페이스
- 다중 구현 가능
  - 하나의 클래스가 여러 개의 인터페이스를 구현할 수 있다
- 인터페이스는 인터페이스로부터만 상속이 가능
- 클래스와 달리 Object 클래스와 같은 최고 조상이 존재하지 않음

class 클래스명 implements 인터페이스명1, 인터페이스명2, ... {
    ...
}

인터페이스의 다중 구현이 가능한 이유
- 다중 상속이 불가능한 이유
  - 부모 클래스에 동일한 이름의 필드 또는 메서드가 존재하는 경우 충돌이 발생
- 인터페이스는 애초에 미완성된 멤버를 갖고 있으니 충돌이 발생할 여지가 없고, 따라서 다중 구현이 가능하다

특정 클래스는 다른 클래스로부터 상속을 받으면서 동시에 인터페이스를 구현할 수 있다

interface Car {
    public abstract void powerUp();
}

abstract class Sedan {
    public abstract void fuelUp();
}

class Grandeur extends Sedan implements Car {
    public void powerUp() {
        System.out.println("시동 걸기");
    }

    public void fuelUp() {
        System.out.println("가솔린");
    }
}

class Malibu extends Sedan implements Car {
    public void powerUp() {
        System.out.println("시동 걸기");
    }

    public void fuelUp() {
        System.out.println("디젤");
    }
}

인터페이스의 장점

기능이 가지는 역할과 구현을 분리시켜 사용자 입장에서는 복잡한 구현의 내용 또는 변경과 상관없이 해당 기능을 사용할 수 있다
- 사용자로 하여금 복잡한 기능의 구현이나 교체/변경을 신경쓰기 않고 손쉽게 해당 기능을 사용할 수 있다
- 개발자로 하여금 선언과 구현을 분리시켜 개발시간을 단축하고, 독립적인 프로그래밍을 통해 한 클래스의 변화가 다른 클래스에 미치는 영향을 최소화할 수 있다