객체지향 프로그래밍과 설계(9)

POCU의 개체지향 프로그래밍 및 설계 강의를 듣고 정리한 내용입니다.

다형성

• 어떤 형태가 다양한 형태로 변할 수 있는 성질
• 같은 지시를 내렸는데 다른 종류의 객체가 동작을 달리하는 것
• 어떤 함수 구현이 실행될지는 런타임에 결정됨
  • late binding
• 일반적인 함수 호출은 early binding
  • 컴파일 타임에 결정됨
• 다형성의 혜택을 받으려면 상속 관계가 필요
  • 부모 객체에서 함수 시그니처를 선언
  • 자식 객체에서 함수를 다르게 구현(overriding)

무늬 vs 실체

public class Animal {
    public void shout() {
        System.out.println("나 동물이다~");
    }
}

public class Bird extends Animal {
    public void shout() {
        System.out.println("삐약");
    }
}

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

Animal animal = new Cat();
animal.shout(); // 뭘 호출?

• 변수 자료형이 아닌 실제 개체 자료형의 shout()를 호출한다.

어떤 객체가 다양한 형태로 변할 수 있는 능력

• 어떤 객체 : 부모 클래스형의 변수, 참조 중인 객체
• 다양한 형태 : 실제 객체에 구현된 메서드

코드로 본 다형성의 의미

1. 겉보기에는 같은 형으로 보이는 객체들
2. 그 객체들에 동일한 명령을 내림
3. 그러나 객체의 실제 형에 따라 알아서 다른 행동을 함

겉보기에는 같은 형

• 상속 관계를 의미
• 부모형으로 자식 객체를 참조할 떄에 한함
• 상속 관계가 없는 객체들도 포함 안됨
• 상속은 다형성에 필요한 선수 조건

객체들에 내리는 동일한 명령

public class Cat extends Animal {
    public void shout() {
        System.out.println("야옹");
    }
    public void purr() {
        System.out.println("그르르");
    }
}

Animal animal = new Cat();

animal.shout(); // OK
animal.purr(); // 컴파일 에러
((Cat) animal).purr(); // OK

• 부모 클래스에서 메서드의 시그니처를 정해줘야 함
• 자식 클래스에서 그 메서드의 구현을 덮어씀
  • 오버라이딩
• 자식 클래스에서 메서드 재정의를 하지 않으면 부모의 메서드를 그대로 사용

오버라이딩은 선택사항

부모의 동작을 유지하면서 오버라이딩할 수 있다.

public class Sloth extends Animal {
    public void shout() {
        System.out.println("냅둬~");
        
        super.shout();
    }
}

• 생성자 내 super()와 다르게 반드시 첫번째 줄에서 호출할 필요 없다.

다형성의 장점

• 각 자료형의 코드가 클래스 안에 들어가니 캡슐화 증가
• 유지보수성 또한 높아짐
• 새로운 클래스를 추가할 때 클래스 코드만 추가하면 됨
• 클라이언트가 작성할 코드가 줄어듦

늦은 바인딩 vs 이른 바인딩

늦은 바인딩

public void keepShouting(Animal animal, int count) {
    for (int i = 0; i < count; ++i){
       animal.shout();
    }
}

• 실제로 호출되는 메서드 구현이 프로그램 실행 중에 결정된다는 의미
• 동적 바인딩이라고도 함
• 가상 메서드라고도 함
  • 자식 클래스에서 동작을 오버라이딩할 수 있는 메서드
  • 다형적인 메서드

이른 바인딩

• 정적 바인딩이라고도 함
• C의 함수호출 방식
• 어떤 함수 구현을 호출해야 할지가 빌드 중에 결정됨
• C에서 가능한 이유는 다형성을 지원하지 않기 때문이다!

함수 포인터

C에서 동적 바인딩을 하게끔 하는 기능. Java의 동적 바인딩 또한 C의 함수 포인터로 동작한다.

• C에 없는 기능은 하드웨어에 없다.
• 즉. 컴파일러와 JVM이 함수 포인터 같은 걸 대신 전달해주는 것

성능 비교

둘 중 CPU 최적화가 더 잘 될 가능성이 높은 것은?

• 이른 바인딩
  • 컴파일러가 실제로 어떤 함수를 호출해야 하는지 앎
  • 따라서 컴파일 중에 충분한 시간을 들여 최적화를 할 수 있음

오버라이딩 막기

public class Athlete {
  public final int getHeight() {
    return this.height;
  }

  public final double getWeight() {
    return this.weight;
  }
}

public class BasketballPlayer extends Athlete {
  public int getHeight() { // 컴파일 에러!
    return super.getHeight() + 5 ;
  }
}

final : 수정 못 해! 그대로 써!

• 메서드 앞에 final을 붙이면 자식에서 오버라이딩 불가
  • C의 함수 호출과 동일하게 동작
  • 이른 바인딩 가능

final 키워드 의미

1. 변수 앞에 붙는다
2. 메서드 앞에 붙는다
3. 클래스 앞에 붙는다
   • 더 이상 상속하지 못함
   • 자식 클래스 존재 불가
   • 따라서, 오버라이딩 불가능

final은 기본적으로 붙인다

• 변수, 메서드, 클래스 가능하면 모두 final을 붙이는 게 좋다.
• 나중에 상속 및 변경해야 하는 상황이 오면 final을 빼도 됨
• 예외
  • 상속 및 변경을 할 개연성이 높은 클래스 및 메서드
  • 소스코드 없이 외부에 제공하는 라이브러리

Object 클래스

• Java 클래스는 모두 Object로부터 상속받음
• 따라서 Object에 있는 메서드들은 어떤 클래스에서도 오버라이딩 가능

toString() 메서드

• 사람이 읽기 편하게 해당 객체를 문자열로 표현
• 기본 구현
  • getClass().getName() + '@' + Integer.toHexString(hashCode())
• 공식 문서에서는 모든 클래스에서 이 메서드를 오버라이딩하라 권장

equals 메서드

• 문자열의 동치 비교할 때 이미 본 메서드
• 기본 구현
  • this == obj
  • 단순한 주소 비교
  • 실제 객체 속의 데이터를 일일이 비교하지 않음
• 클래스마다 같다는 의미가 다를 수 있음
  • 클래스 속 데이터를 비교해야 한다면 오버라이딩 필요
  • String 클래스도 오버라이딩했음
  • 이 때, hashCode()도 반드시 같이 오버라이딩해야 함

hashCode() 메서드

• 객체를 대표하는 해시값을 32비트 정수로 반환
  • 동치인 두 객체는 해시값이 같음
  • 동치가 아닌 두 객체도 해시값이 같을 수 있음(해시 충돌)
• 기본 구현
  • 객체의 주소를 반환

목적

• Java가 자체 제공하는 HashMap 클래스에서 사용하려고
  • key로 사용하는 객체의 해시값이 필요
• 덕분에 얻은 이득
  • 빠른 비교용으로 사용 가능(클래스가 제대로 구현했을 경우에만)
  • 단, 두 객체가 같지 않음만 빠르게 판단 가능

오버라이딩 예

public int hashCode() {
    return this.firstName.hashCode() ^ (this.lastName.hashCode() << 16);
}

• 이미 문자열에 해시 코드 있으니 가져다 xor
• 단순히 xor만 하면 firstName과 lastName의 위치만 바꿔도 같은 값
• 따라서 16비트만큼 왼쪽으로 비트 이동(shift)

Reference

POCU 강의