남궁찬

질문이나 피드백 감사합니다.

객체지향 프로그래밍과 설계(7)

업데이트:

POCU의 개체지향 프로그래밍 및 설계 강의를 듣고 정리한 내용입니다.

아날로그 벽시계 모델링

상태와 메서드

상태

  • 시
  • 분
  • 초
  • 시침
  • 분침
  • 초침

동작

  • 현재 시간은?
  • 현재 시계 바늘의 위치는?
  • 시간을 바꾼다
  • 벽에 건다

중복되는 상태는 지우자!

  • 시/분/초침 각도는 시/분/초 상태로 도출 가능하다. 따라서 중복 제거
public class Clock {
    private byte hours = 12;
    private byte minutes = 0;
    private byte seconds = 0;

    public byte getHours() {
        return this.hours;
    }

    public void setHours(byte hours) {
        this.hours = hours;
    }

    public byte getMinutes() {
        return this.minutes;
    }

    public void setMinutes(byte minutes) {
        this.minutes = minutes;
    }

    public byte getSeconds() {
        return this.seconds;
    }

    public void setSeconds(byte seconds) {
        this.seconds = seconds;
    }

    public void setTime(byte hours, byte minutes, byte seconds) {
        setHours(hours);
        setMinutes(minutes);
        setSeconds(seconds);
    }
}

setter의 문제

  • 올바른 시/분/초 범위를 벗어난 값이 들어올 수 있음

무책임한 해결법

public void setHours(byte hours) {
    if (hours <= 0 || hours > 12) {
        throw new IllegalArgumentException("hours must be [1, 12]");
    }
    
    this.hours = hours;
}
  • 예외를 던지고 메서드 실행을 중단시킴

예외 없이 시간 바꾸기

  • 입력값이 최솟값, 최댓값을 넘지 못하게 제한한다. (clamp)
public void setHours(byte hours) {
    this.hours = clamp(hours, (byte) 1, (byte) 12);
}

public static byte clamp(byte number, byte min, byte max) {
    return (byte) Math.min(max, Math.max(min, number));
}
  • 최솟값을 넘으면 최댓값, 최솟값을 넘으면 최솟값으로 wrapping한다.
    • 최댓값과 최솟값을 연결
public void setHours(byte hours) {
    int value = hours -1;

    while (value < 0) {
        value += 12;
    }

    this.hours = (byte) (value % 12 + 1);
}

public void setMinutes(byte minutes) {
    while (minutes < 0) {
        minutes += 60;
    }

    this.minutes = (byte) (minutes % 60);
}

받아올림하는 시간 바꾸기

public void setMinutes(byte minutes) {
    int wrapCount = 0;

    while (minutes < 0) {
        --wrapCount;
        minutes += 60;
    }

    wrapCount += minutes / 60;

    this.minutes = (byte) (minutes % 60);

    if (wrapCount != 0) {
        setHours((byte)(this.hours + wrapCount));
    }
}

기존 코드와의 차이점

  • 이전 setter들은 다른 멤버변수를 사용하지 않음
  • 수정된 setter는 다른 멤버 변수에 의존
  • 따라서 setTime()내의 메서드 호출 순서가 중요해짐
    • 반드시 setHour() -> setMinutes() -> setSeconds()
  • 이러한 문제를 시간적 결합이라 함

시간적 결합을 해결한 시간 바꾸기

  • 모든 setter 제거
  • addSeconds() 메서드로 대체
public void addSeconds(short seconds) {
    final int HALF_DAY_IN_SECONDS = 60 * 60 * 12;

    int value = this.seconds + seconds;
    while (value < 0) {
        value += HALF_DAY_IN_SECONDS;
    }

    this.seconds = (byte) (value % 60);

    value = value / 60;
    value += this.minutes;

    this.minutes = (byte) (value % 60);

    value = value / 60;
    value += this.hours - 1;
    this.hours = (byte) (value % 12 + 1);
}

모든 상태를 초 단위로 저장하도록 변경

public class Clock {
    private int seconds;

    public byte getHours() {
        int hours = this.seconds / 60 / 60;

        return hours == 0 ? 12 : (byte) hours;
    }

    public byte getMinutes() {
        return (byte) (this.seconds / 60 % 60);
    }

    public byte getSeconds() {
        return (byte) (this.seconds % 60);
    }

    public void addSeconds(short seconds) {
        final int HALF_DAY_IN_SECONDS = 60 * 60 * 12;

        int value = this.seconds + seconds;
        while (value < 0) {
            value += HALF_DAY_IN_SECONDS;
        }

        this.seconds = value % HALF_DAY_IN_SECONDS;
    }
}

+ 클래스 내부의 상태는 항상 유효한 상태를 유지해야 한다. setter에서 유효하지 않은 상태인지 검사한 뒤 항상 유효한 상태로만 만들어야 한다.

디지털 벽시계 모델링

  • 아날로그 시계와 공통되는 부분은 부모 클래스로
  • 차이점은 부모 클래스를 상속받은 새 클래스로

차이점

  1. 오전/오후 구분 및 출력
  2. 시간 맞추는 방식
  3. 7세그먼트 디스플레이를 이용한 시간 출력

오전/오후 구분하기

public class DigitalClock extends Clock {
    public boolean isBeforeMidday() {
        return (super.seconds / (DAY_IN_SECONDS / 2) == 0);
    }
}

디지털 벽시계 시간 맞추기

시/분/초를 따로 설정한다

  1. 시/분/초 별로 1씩 증가
  2. 숫자를 직접 입력

7세그먼트 디스플레이

각 선분의 on/off 여부를 저장하는 방법

  1. 불리언 요소를 7개 가진 배열
  2. 비트 플래그
    • enum과 EnumSet 이용
  3. SevenSegmentDisplay 클래스
    • 불리언 배열 / 비트 플래그 모두 가능
public class DigitalClock extends Clock {
    public boolean isBeforeMidday() {
        return (super.seconds / (DAY_IN_SECONDS / 2) == 0);
    }

    public SevenSegmentDisplay[] getHourDisplay() {
        return convertToTwoDigitDisplay(getHours());
    }

    private SevenSegmentDisplay[] convertToTwoDigitDisplay(byte number) {
        SevenSegmentDisplay[] displays = new SevenSegmentDisplay[2];

        for (int i = 1; i >= 0; --i) {
            byte digit = (byte) (number % 10);
            displays[i] = new SevenSegmentDisplay(digit);
            number /= 10;
        }
        return displays;
    }
}

상속 모델링을 할 때는 자식 클래스를 먼저 설계한 뒤 자식 클래스들을 공통점을 토대로 부모 클래스를 설계하도록 하자.

다중 상속

손목시계를 모델링한다고 하면, 어떤 클래스를 상속받아야 할까?

  • 손목시계가 디지털이라면? 아날로그라면?
    • 벽시계, 손목시계마다 따로따로 클래스를 생성?
      • 중복 발생

자바는 다중상속을 지원하지 않는다.

  • 잘못 사용하면 매우 복잡해짐
    • 최상위 부모를 여러번 상속..

자바에서는 상속만으로 이러한 문제를 해결하기 까다롭다.

다중 상속이 생기는 이유

전혀 다른 양상의 특징을 상속받으려 함

  • 최상위 부모 : 시간을 기록하는 기능
  • 아날로그 vs 디지털 : 현재 시간을 ‘어떻게’ 표현하는가
  • 벽시계 vs 손목시계 : 시계를 ‘어디에’ 장착하는가

해결 방법

  1. wear()와 mount()를 추상화
    • 둘 다 어딘가에 붙이는 개념
    • attach() 메서드로 합치자
  2. 인터페이스
    • 곧 배운다.

깊은 상속의 어려움

  • 1단계 상속
    • 여러 클래스로부터 공통 부분을 뽑아내 일반화/추상화
  • 2단계 상속
    • 이미 일반화시킨 것에서 다시 공통 부분을 뽑아내 일반화/추상화
  • n단계 상속
    • 2단계 반복

상속 단계가 증가할수록 추상화 능력이 더 필요

  • 인간에게 익숙한 방법이 아님
  • 추상화가 깊어지면 실체를 찾기 어려워 실수할 가능성 증가

Reference

POCU 강의

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참고

Dremel 논문

September 16 2024

Dremel: Interactive Analysis of Web-Scale Datasets