다형성은 무엇인가? 왜 중요한가?

Polymorphism

poly + morph + ism: 다양한 + 변하다 + 상태 = 다양한 형태로 변할 수 있는 능력

• 많은 사람들이 OOP의 핵심이라 여기는 특징
• 같은 지시를 내렸는데 다른 종류의 개체가 동작을 달리 하는 것
• 어떤 함수 구현이 실행될지 실행중에 결정된다.
  • late binding (늦은 바인딩)
  • C에서 생각해보면 함수 포인터와 비슷함
  • 일반적인 함수 호출은 early binding
    • 컴파일 중에 결정됨
• 다형성의 혜택을 받으려면 상속 관계가 필요
  • 부모 개체에서 함수 signature를 선언
  • 자식 개체에서 그 함수를 overriding
• 다른 종류의 개체를 편하게 저장 및 처리 가능
• 상속은 다형성의 필요 조건

무늬 vs. 실체

Animal animal = new Dog()
animal.shout()

• 무늬: Animal
• 실체: Dog
• 이 경우 실체에 정의된 shout() 함수를 호출하게 된다.
• 즉, 실제 개체에 구현된 메서드를 호출한다.
• 단, 당연히 부모 클래스에서 정의한 method signature에 대해서 다형성이 적용된다.
• 자식 클래스에서 따로 정의한 method에 대해서는 접근이 불가하다.
• 즉, overriding 한 녀석에 대해서 적용된다.
  • 당연히 선택사항이다.

Overriding vs. Overloading

• Overriding: 상속 관계에서 자식 개체가 부모 개체에 정의된 메서드를 재정의하여 사용하는 것, Method signature는 동일
• Overloading: 같은 메서드 이름을 가지고, Parameter(매개변수)의 길이, 개수들이 달라지는 것

다형성의 장점

• 절차적일 경우 if문 사용하여 분기해주어야 한다.
• 자료형의 코드가 클래스 안에 들어가여 캡슐화된다.
• 유지 보수성이 높아진다.
• 새로운 클래스추가시, 클래스 코드만 추가하면 된다.
• 클라이언트가 작성할 코드가 줄어든다.

조건문을 사용하면 OO가 아니다?

• 극단적인 사람들임
• 주장: if는 구조적 프로그래밍의 일부니, 모든 것을 다형성을 바꿔야 한다
• "모든 것": 오답
• 완전히 잘못된 주장.
• 클래스 내부 코드를 작성할 때 조건문 없이 작성하기 매우 어렵다.
• 그리고 굳이 모든걸 OO로 만들어야 할 이유가 없다.

늦은 바인딩 vs. 이른 바인딩

• late binding == dynamic binding
  • 어떤 구현이 딸려올지는 모름. 실행중에 결정해줌
• early binding == static binding
  • 어떤 구현이 실행되어야 하는지 정해져있음
  • C에서 동작하는 함수 호출 방식

C 함수 포인터와의 비교

• C에서 늦은 바인딩이 가능하기는 하다.
• 바로 함수 포인터를 사용하면 된다.

// 가장 마지막에 비교 함수 포인터를 넣어줌
quickSort(users, NUM_USERS, sizeof(userdata_t), compare_age_id);

int compare_age_id(const void* p0, const void* p1) {
    const userdata_t* user0 = p0;
    const userdata_t* user1 = p1;

    if (user0->age == user1->age) {
        return user0->id - user1->id;
    }

    return user0->age - user1->age;
}

• quickSort같은 경우, 두 요소의 대소를 비교하는 과정에 함수포인터를 넣어준다.
• 두개의 void pointer를 parameter로 받으며, 반환형은 int여야 한다.
• 이러한 타입의 함수 포인터를 넣어주면 되고, 이 구현은 각각의 활용도에 따라 달라진다.
• 그리고 실행중에 결정된다. 그렇기 때문에 늦은 바인딩이다.

C에서의 다형성

• 비주류 언어에서는 method signature가 동일하지 않아도 다형성을 지원할 수 있다.
• 이 말의 의미는, C에서 하는 다형성을 말하는 것이다.
• C는 OO언어가 아님에도 불구하고 다형성이 가능하다.
• C가 먼저 나오고 OO가 나중에 등장했다.
• 그럼 C에서 다형성과 같은 방식으로 사용하던 것을 구조적으로만 바꿔서 사용하는 것이 아닐까? 하는 생각이 들 수 있다.
• 정답이다.

C에 없는 기능은 하드웨어에 없다.

• C는 가장 단순하고 하드웨어와 가까운 언어이다.
• 그렇기 때문에, C에 있는 이유는 하드웨어에 있을 가능성이 높다.
• 만약에 없으면 하드웨어에 없을 가능성이 높다.
• 그런데 C에 없는 기능이 Java, C#, C++에 있다. 그럼 이건 뭐지?
• 다른 프로그래머가 만들어준 기능이다.
• 예를 들어, Java에만 있는 기능은 C의 기능을 조합해서 만든 것
• 그 기능을 만든 사람: Java Compilter와 JVM을 만든 엔지니어
• 즉, 컴파일러와 JVM이 함수 포인터 같은 것을 대신 전달해주는 것이 전부다.

Java와 C의 기본 함수 호출 방식 비교

• C
  • 이른 바인딩
  • 원하면 늦은 바인딩 가능(함수 포인터 전달)
• Java
  • 기본적으로는 늦은 바인딩(물론 이른바인딩도 가능하긴 함)
  • == 가상 메서드 (virtual method): C++에서 보통 사용하는 용어
    • 자식 클래스에서 동작을 overriding할 수 있는 메서드
    • 다형적인 메서드

Reference

• Pocu Academy
• Polymorphism (computer science)