객체지향의 사실과 오해 | 03. 타입과 추상화

yeonk·2022년 12월 15일

OOP

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참고사항: 조영호님의 객체지향의 사실과 오해를 읽고 정리한 글입니다.

일단 컴퓨터를 조작하는 것이 추상화를 구축하고, 조작하고, 추론하는 것에 관한 모든 것이라는 것을 깨닫고 나면 (훌륭한) 컴퓨터 프로그램을 작성하기 위한 중요한 전제 조건은 추상화를 정확하게 다루는 능력 이라는 것이 명확해진다.
- 키스 데블린

추상화를 통한 복잡성 극복

추상화란 어떤 양상, 세부사항, 구조를 좀 더 명확하게 이해하기 위해 특정 절차나 물체를 의도적으로 생략하거나 감춤으로써 복잡도를 극복하는 방법.
객체지향 패러다임은 객체라는 추상화를 통해 현실의 복잡성을 극복.

추상화의 목적: 불필요한 부분을 무시함으로써 현실에 존재하는 복잡성을 극복하는 것
추상화의 수준, 이익, 가치는 목적에 의존적
복잡성을 다루기 위해 추상화는 두 차원에서 이뤄진다.
- 첫 번째 차원: 구체적인 사물들 간의 공통점은 취하고 차이점은 버리는 일반화를 통해 단순하게 만드는 것
- 두 번째 차원: 중요한 부분을 강조하기 위해 불필요한 세부 사항을 제거함으로써 단순하게 만드는 것

객체지향과 추상화

객체란 특정한 개념을 적용할 수 있는 구체적인 사물을 의미한다. 개념이 객체에 적용됐을 때 객체를 개념의 인스턴스라고 한다.

개념(concept): 공통점을 기반으로 객체들을 묶기 위한 그릇
- 개념을 이용하면 객체를 여러 그룹으로 분류(classification) 가능
- 객체가 개념 그룹의 일원이 될 때 객체를 그 개념의 인스턴스(instance)라고 함
- 개념은 객체를 분류할 수 있는 틀을 제공

개념의 세 가지 관점

개념은 특정한 객체가 어떤 그룹에 속할 것인지를 결정한다.

어떤 객체에 어떤 개념이 적용됐다고 할 때는 그 개념이 부가하는 의미를 만족시킴으로써 다른 객체와 함께 해당 개념의 일원이 됐다는 것을 의미한다.

객체의 분류 장치로서의 개념과 세 가지 관점
- 심볼 (symbol): 개념을 가리키는 간략한 이름이나 명칭
- 내연 (intension): 개념의 완전한 정의를 나타내며 내연의 의미를 이용해 객체가 개념에 속하는지 여부를 확인 가능
- 외연 (extension): 개념에 속하는 모든 객체의 집합(set)

개념을 구성하는 심볼, 내연, 외연은 객체의 분류 방식에 대한 지침을 제공한다.

객체를 분류하기 위한 틀

분류란 객체에 특정한 개념을 적용하는 작업이다.

어떤 객체를 어떤 개념으로 분류할지가 객체지향의 품질을 결정한다.

객체를 적절한 개념에 따라 분류한 애플리케이션은 유지보수가 용이하고 변경에 유연하게 대처할 수 있다.

개념을 통해 객체를 분류하는 과정은 추상화의 두 가지 차원을 모두 사용한다.

타입

타입은 개념이다

타입(type): 사물이나 객체에 적용할 수 있는 아이디어나 관념

어떤 객체에 타입을 적용할 수 있을 때 그 객체를 타입의 인스턴스라고 한다.

타입의 인스턴스는 타입을 구성하는 외연인 객체 집합의 일원이 된다.

타입이 없는 체계 안에서 모든 데이터는 일련의 비트열(bit string)으로 구성된다.

타입 시스템의 목적은 데이터가 잘못 사용되지 않도록 제약사항을 부과하는 것이다.

타입과 관련된 두가지 중요한 사실
- 타입은 데이터가 어떻게 사용되느냐에 관한 것이다.
  - 따라서 데이터가 어떤 타입에 속하는지를 결정하는 것은 데이터에 적용할 수 있는 작업이다.
  - 어떤 데이터에 어떤 연산자를 적용할 수 있느냐가 그 데이터의 타입을 결정한다는 점이다.
- 타입에 속한 데이터를 메모리에 어떻게 표현하는지 외부로부터 철저하게 감춰진다.
  - 개발자는 해당 데이터 타입의 표현 방식을 몰라도 데이터를 사용하는 데 지장이 없다.

프로그래밍 언어 관점에서 데이터 타입 정의
- 데이터 타입은 메모리 안에 저장된 데이터의 종류를 분류하는 데 사용하는 메모리 집합에 관한 메타데이터다.
- 데이터에 대한 분류는 암시적으로 어떤 종류의 연산이 해당 데이터에 대해 수행될 수 있는지를 결정한다.

객체와 타입

데이터 타입에 관한 두가지 조언은 객체 타입을 이야기할 때도 동일하게 적용된다.

첫째, 어떤 객체가 어떤 타입에 속하는지를 결정하는 것은 객체가 수행하는 행동이다.

둘째, 객체의 내부적인 표현은 외부로부터 철저하게 감춰진다.

행동이 우선이다.

객체를 결정하는 것은 행동이다.
데이터는 단지 행동을 따를 뿐이다.
이것이 객체를 객체답게 만드는 가장 핵심적인 원칙이다.

객체가 어떤 행동을 하느냐에 따라 객체의 타입이 결정된다.

같은 타입에 속한 객체는 행동만 동일하다면 서로 다른 데이터를 가질 수 있다.

동일한 행동이란 동일한 책임을 의미하며, 동일한 책임이란 동일한 메시지 수신을 의미한다.

→ 다형성!

다형성이란 동일한 요청에 대해 서로 다른 방식으로 응답할 수 있는 능력을 뜻함
동일한 메시지를 서로 다른 방식으로 처리하기 위해서는 객체들은 동일한 메시지를 수신할 수 있어야 하기 때문에 결과적으로 다형적인 객체들은 동일한 타입(또는 타입 계층)에 속하게 된다.

데이터의 내부 표현 방식과 무관하게 행동만이 고려 대상이라는 사실은 외부에 데이터를 감춰야 한다는 것을 의미.

따라서 훌륭한 객체지향 설계는 외부에 행동만을 제공하고 데이터는 행동 뒤로 감춰야 한다.

→ 캡슐화!

타입의 계층

일반화(generalization)/특수화(specialization) 관계

타입과 타입 사이에는 일반화/특수화 관계가 존재할 수 있다.
객체지향 패러다임을 통해 세상을 바라보는 거의 대부분의 경우에 분류와 일반화/특수화 기법을 동시에 적용하게 된다.

일반화와 특수화는 동시에 일어난다.
객체지향에서 일반화/특수화 관계를 결정하는 것은 객체의 상태를 표현하는 데이터가 아니라 행동하는 것 이다.

두 타입 간에 일반화/특수화 관계가 성립하려면 한 타입이 다른 타입보다 더 특수하게 행동해야 하고 반대로 한 타입은 다른 타입보다 더 일반적으로 행동해야 한다.

일반적인 타입은 특수한 타입에 비해 더 적은 수의 행동을 가지며 특수한 타입은 일반적인 타입에 비해 더 많은 행동을 가진다.
단, 특수한 타입은 일반적인 타입이 할 수 있는 모든 행동을 동일하게 수행할 수 있어야 한다.

일반화/특수화 관계에서 일반적인 타입은 특수한 타입보다 더 적은 수의 행동을 가지지만 더 큰 크기의 외연 집합을 가진다.
특수한 타입은 일반적인 타입보다 더 많은 수의 행동을 가지지만 더 적은 크기의 외연 집합을 가진다.

슈퍼타입과 서브타입

일반화/특수화 관계에서 좀 더 일반적인 타입을 슈퍼타입(Sypertype) 이라고 하고 좀 더 특수한 타입을 서브타입(Subtype) 이라고 한다.

어떤 타입이 다른 타입의 서브타입이 되기 위해서는 행위적 호환성을 만족시켜야 한다.

일반적으로 서브타입은 슈퍼타입의 행위와 호환되기 때문에 서브타입은 슈퍼타입을 대체할 수 있어야한다.

서브타입은 슈퍼타입의 행위에 특수한 자신만의 행동을 추가하는 것이므로 슈퍼타입의 행동은 서브타입에게 자동으로 상속된다.

두 가지 모델

타입을 사용하는 이유는 인간의 인지능력으로는 시간에 따라 동적으로 변하는 객체의 복잡성을 극복하기가 너무 어렵기 때문이다.

타입을 이용하면 객체의 동적인 특성을 추상화할 수 있다.

결국 타입은 시간에 따른 객체의 상태 변경이라는 복잡성을 단순화할 수 있는 효과적인 방법인 것이다.

동적 모델과 정적 모델

객체를 생각할 때 우리는 두 가지 모델을 고려한다.
객체지향 애플리케이션을 설계하고 구현하기 위해서는 객체 관점의 동적 모델과 객체를 추상화한 타입 관점의 정적 모델을 적절히 혼용해야 한다.

동적 모델

객체의 스냅샷(snapshot): 객체가 특정 시점에 가지는 어떤 상태
스냅샷처럼 실제로 객체가 살아움직이는 동안 상태가 어떻게 변하고 어떻게 행동하는지를 포착하는 것을 동적 모델(dynamic model) 이라고 한다.

정적 모델

객체가 가질 수 있는 모든 상태와 모든 행동을 시간에 독립적으로 표현하는 것이다. 이런 모델을 타입 모델 (type diagram)이라고 한다.
이 모델은 동적으로 변하는 객체의 상태가 아니라 객체가 속한 타입의 정적인 모습을 표현하기 때문에 정적 모델(static model)이라고도 한다.