2. 객체지향원리

2. 객체 지향 원리

객체 지향 원리는 추상화, 캡슐화, 일반화, 다형성으로 구성되어 있다.

 

2.1 추상화

추상화란?

• 어떤 영역에서 필요로 하는 속성이나 행동(기능)을 추출하는 작업을 의미
• 사물들의 공통된 특징을 추출해서 집합화를 수행
  • 예를 들어 자동차에는 아우디, 벤츠, 현대와 같은 사물들이 존재하고 이 사물들의 공통점은 모두 자동차이다. 따라서 아우디, 벤츠, 현대와 같은 사물들은 자동차라는 집합으로 추상화가 가능하다.

추상화의 필요성

자동차 종류마다 엔진 오일을 교환하는 방식이 다르다고 가정한다.

switch(자동차종류)
    case 아우디: // 아우디 엔진 오일을 교환하는 과정
    case 벤츠: // 벤츠 엔진 오일을 교환하는 과정

위와 같은 상태에서 BMW 자동차 엔진 오일을 교환하는 기능을 추가하라는 요구사항 요청 시 다음과 같이 수정될 수 있다. 아래와 같이 요구사항이 추가 될 시 수정사항이 많아져서 문제가 발생할 수 있다.

switch(자동차종류)
    case 아우디: // 아우디 엔진 오일을 교환하는 과정
    case 벤츠: // 벤츠 엔진 오일을 교환하는 과정
    case BMW: // BMW 엔진 오일을 교환하는 과정

 

추상화 개념 적용

아우디, 벤츠, BMW와 같은 클래스들의 추상화 개념으로 Car 클래스를 정의한다.

public void changeEngineOil(Car c){
	c.changeEngineOil();
}

위와 같이 매개변수로 Car 클래스의 자식 클래스인 아우디, 벤츠, BMW 객체가 들어와도 메소드 내용의 변경 없이 자동차 엔진 오일을 변경할 수 있다.

 

2.2 캡슐화

캡슐화란?

캡슐화는 정보은닉(Information Hiding)을 통해 필드 멤버와 메소드를 은닉시키고 높은 은닉도와 낮은 결합도를 갖도록 해주는 객체지향 설계 원리중 하나이다.

 

응집도

클래스나 모듈 안의 요소들이 얼마나 밀접하게 관련되어 있는지를 나타냄

 

결합도

어떤 기능을 실행하는데 다른 클래스나 모듈들에 얼마나 의존적인지를 나타냄

 

캡슐화(정보은닉)의 필요성

정보은닉을 수행하지 않으면 소프트웨어 결합이 많을수록 문제가 많이 발생한다.

public class ArrayStack{
    public int top;
    public int[] itemArray;
    public int stackSize;
    
    //...
}

public class StackClient{
	public static void main(String args[]){
    	ArrayStack st = new ArrayStack(10);
        st.itemArray[++st.top] = 20;
        System.out.println(st.itemArray[st.top]);	// 20
    }
}

위의 코드와 같이 ArrayStack의 필드 멤버(top, itemArray, StackSize)의 접근 제어자가 public으로 선언 시 push 메소드나 pop 메소드를 사용하지 않고 직접 배열에 값을 저장할 수 있다. 이와 같은 경우 Stack이라는 자료구조에 문제가 발생할 수 있다. 따라서 ArrayStack 클래스와 StackClient 클래스는 강한 결합이 발생한다.

 

캡슐화(정보은닉화)의 적용

다음과 같이 필드 멤버들의 접근 제어자를 private로 선언하여 캡슐화(정보 은닉화)를 수행한다.

public class ArrayStack{
    private int top;
    private int[] itemArray;
    private int stackSize;
    
    // ...
}

 

2.3 일반화

• 일반화 관계는 객체지향 프로그래밍 관점에서는 상속관계이다.
• 하지만 속성이나 기능의 재사용만 강조해서 사용하는 경우가 많다. 이는 일반화 관계를 한정되게 바라보는 시각이다.
• 일반화 관계는 자식 클래스를 외부로부터 정보 은닉화하는 캡슐화의 일종이다.

 

일반화의 필요성

아래 코드는 장바구니에 있는 과일 가격의 총합을 구하는 코드이다.

int sum = 0;
while(장바구니에 과일이 존재){
	switch(과일 종류){
    	case 사과:
            sum += 사과 가격
            break;
        case 바나나:
            sum += 바나나 가격
            break;
        case 포도:
            sum += 포도 가격
            break;
    }
}

위의 코드에서 만약 과일이 늘어난다면 소스 코드의 수정이 불가피하다.

 

일반화의 적용

위의 코드에서 사과, 바나나, 포도와 같은 클래스들을 일반화를 적용하여 Fruit이라는 클래스로 일반화를 적용한다.

Fruit 클래스의 인스턴스는 사과, 바나나, 포도 인스턴스를 저장할 수 있기 때문에 아래와 같이 변경할 수 있다.

public int computeTotalPrice(LinkedList<Friuit> f){
    int total = 0;
    iterator<Fruit> itr = f.iterator();
    
    while(itr.hasNext()){
    	Fruit curFruit = itr.next();
        total += curFruit.calculatePrice();
    }
}

위와 같이 변경하면 어떤 과일 클래스가 추가된다 하더라도 computeTotalPrice의 메소드 내용은 변경되지 않는다.

calculatePrice 메소드는 실제 과일 객체의 종류에 따라 다르게 수행된다. 이는 다형성에 따른 것이다.

 

일반화와 캡슐화의 관계

캡슐화는 필드 멤버 또는 메소드에 대해서 private 접근 제어자를 정의하여 외부로부터 정보를 은닉한다. 일반화는 상속 관계를 통하여 외부로부터 자식 클래스의 정보를 은닉하여 보호한다. 즉, 일반화는 캡슐화의 확장된 버전이라고 생각한다.

 

아래 그림과 같이 사람 클래스는 아우디, 벤츠, BMW와 같은 클래스들을 직접적으로 참조하지 않고 오직 상위 클래스인 자동차 클래스와만 참조된다.

 

2.4 다형성

다형성이란?

다형성은 서로 다른 클래스의 객체가 같은 메시지를 받았을 때 각자의 방식으로 동작하는 능력이다.

예를 들어 고양이, 강아지에게 talk()이라는 메소드를 전달할때 고양이 객체는 '야옹'이라고 울고, 강아지 객체는 '멍멍'이라고 울것이다. 즉, 모두 같은 메소드 연산을 수행하지만 행동 방식이 모두 다른 것을 다형성이라고 한다.

 

다형성을 적용하지 않은 코드

class Dog{
	public void bark(){...}
}
class Cat{
	public void meow(){...}
}
public class Client{
	public static void main(String args[]){
    	Dog d = new Dog();
        Cat c = new Cat();
        d.bark();
        c.bark();
    }
}

위와 같이 다형성을 적용하지 않는다면 클래스별(Dog, Cat)로 다르게 처리해주어야 한다. 이때 새로운 동물이 추가된다면 소스코드의 변경의 영향을 받을 수 밖에 없다.

 

다형성을 적용한 코드

abstract class Pet{
	public abstract void talk();
}
class Dog extends Pet{
	public void talk(){
    	System.out.println("멍멍"):
    }
}
class Cat extends Pet{
	public void talk(){
    	System.out.println("야옹");
    }
}
public class Client{
	public static void main(String args[]){
    	Pet[] pets = {new Dog(), new Cat()};
        
        for(Pet p : pets){
        	p.talk();
        }
    }
}

위와 같이 Dog, Cat의 상위 클래스로 Pet 추상 클래스를 정의하고 추상 메소드로 talk() 메서드를 정의한다.

자식 클래스인 Dog, Cat 클래스는 talk() 메서드를 오버라이드하여 자신만의 메소드 내용을 수행한다.

위와 같이 가능한 이유는 일반화 관계에 있을때 부모 클래스의 참조 변수가 자식 클래스의 객체를 참조가 가능하기 때문이다.

 

객체지향원리 정리

1. 추상화

• 사물들의 공통된 속성과 기능을 추출하는 작업

2. 캡슐화

• 외부의 클래스가 한 클래스의 필드 멤버들의 접근을 막기 위한 정보 은닉화 과정

3. 일반화

• 캡슐화의 일종으로 외부의 클래스가 자식 클래스의 접근을 차단하기 위해서 상위 클래스를 정의하는 작업

4. 다형성

• 서로 다른 객체들이 같은 메시지를 받았을 때 각자의 방식으로 수행하는 능력

 

References

JAVA 객체 지향 디자인 패턴