Java

[실전 자바 - 기본편] 다형성2

kittity 2024. 9. 9. 22:07

김영한의 실전 자바 - 기본편 강의를 듣고 정리한 내용입니다.

인프런김영한의 실전 자바 - 기본편 강의 | 김영한 - 인프런

 

김영한의 실전 자바 - 기본편 강의 | 김영한 - 인프런

김영한 | 실무에 필요한 자바 객체 지향의 핵심 개념을 예제 코드를 통해 쉽게 학습합니다., 국내 개발 분야 누적 수강생 1위, 제대로 만든 김영한의 실전 자바[사진][임베딩 영상]단순히 자바 문

www.inflearn.com

 

1. 다형성 활용

  • 아주 단순하고 전통적인 동물 소리 문제로 접근해보자.

1.1 예시

  • Animal
    package poly.ex2;
public class Animal {
	public void sound() {
		System.out.println("동물 울음 소리");
	}
}
  • Dog
    package poly.ex2;
public class Dog extends Animal {
	@Override
	public void sound() {
		System.out.println("멍멍");
	}
}
  • Main
    package poly.ex2;
	public class AnimalPolyMain3 {
	public static void main(String[] args) {
		Animal[] animalArr = {new Dog(), new Cat(), new Caw()};
		for (Animal animal : animalArr) {
			soundAnimal(animal);
		}
	}
	
	//동물이 추가 되어도 변하지 않는 코드
	private static void soundAnimal(Animal animal) {
		System.out.println("동물 소리 테스트 시작");
		animal.sound();
		System.out.println("동물 소리 테스트 종료");
	}
}
  • 다형적 참조 덕분에 animal 변수는 자식인 Dog , Cat , Caw 의 인스턴스를 참조할 수 있다. (부모는 자식을 담을 수 있다)
  • 메서드 오버라이딩 덕분에 animal.sound() 를 호출해도 Dog.sound() , Cat.sound() ,Caw.sound() 와 같이 각 인스턴스의 메서드를 호출할 수 있다. 만약 자바에 메서드 오버라이딩이 없었다면 모두 Animal 의 sound() 가 호출되었을 것이다.
다형성 덕분에 이후에 새로운 동물을 추가해도 다음 코드를 그대로 재사용 할 수 있다. 물론 다형성을 사용하기 위해 새로운 동물은 Animal 을 상속 받아야 한다.

1.2 남은 문제

  • Animal 클래스를 생성할 수 있는 문제
    • Animal 클래스는 동물이라는 클래스이다. 이 클래스를 다음과 같이 직접 생성해서 사용할 일이 있을까?
    • java Animal animal = new Animal();
    • 하지만 Animal 도 클래스이기 때문에 인스턴스를 생성하고 사용하는데 아무런 제약이 없다. 누군가 실수로 new Animal() 을 사용해서 Animal 의 인스턴스를 생성할 수 있다는 것이다. 이렇게 생성된 인스턴스는 작동은 하지만 제대로된 기능을 수행하지는 않는다.
  • Animal 클래스를 상속 받는 곳에서 sound() 메서드 오버라이딩을 하지 않을 가능성
    • 예를 들어서 Animal 을 상속 받은 Pig 클래스를 만든다고 가정해보자. 우리가 기대하는 것은 Pig 클래스가 sound() 메서드를 오버라이딩 해서 "꿀꿀" 이라는 소리가 나도록 하는 것이다. 그런데 개발자가 실수로 sound() 메서드를 오버라이딩 하는 것을 빠트릴 수 있다.

추상 클래스와 추상 메서드를 통해 해결

 

2. 추상 클래스1

2.1 추상 클래스

  • 추상 클래스는 이름 그대로 추상적인 개념을 제공하는 클래스이다. 따라서 실체인 인스턴스가 존재하지 않는다.
  • 대신에 상속을 목적으로 사용되고, 부모 클래스 역할을 담당한다.
  • abstract 키워드
    • abstract class AbstractAnimal {...}

추상 클래스는 기존 클래스와 완전히 같다. 다만 new AbstractAnimal() 와 같이 직접 인스턴스를 생성하지 못하는 제약이 추가된 것이다.

2.2 추상 메서드

  • 부모 클래스를 상속 받는 자식 클래스가 반드시 오버라이딩 해야 하는 메서드를 부모 클래스에 정의할 수 있다. 이것을 추상 메서드라 한다.
  • 추상 메서드는 이름 그대로 추상적인 개념을 제공하는 메서드이다. 따라서 실체가 존재하지 않고, 메서드 바디가 없다.
  • public abstract void sound();
    • 추상 메서드는 선언할 때 메서드 앞에 추상이라는 의미의 abstract 키워드를 붙여주면 된다.
  • 추상 메서드가 하나라도 있는 클래스는 추상 클래스로 선언해야 한다. 그렇지 않으면 컴파일 오류가 발생한다.
    • 추상 메서드는 메서드 바디가 없다. 따라서 작동하지 않는 메서드를 가진 불완전한 클래스로 볼 수 있다. 따라서 직접 생성하지 못하도록 추상 클래스로 선언해야 한다.
  • 추상 메서드는 상속 받는 자식 클래스가 반드시 오버라이딩 해서 사용해야 한다. 그렇지 않으면 컴파일 오류가 발생한다.
    • 추상 메서드는 자식 클래스가 반드시 오버라이딩 해야 하기 때문에 메서드 바디 부분이 없다. 바디 부분을 만들면 컴파일 오류가 발생한다
    • 오버라이딩 하지 않으면 자식도 추상 클래스가 되어야 한다.

추상 메서드는 기존 메서드와 완전히 같다. 다만 메서드 바디가 없고, 자식 클래스가 해당 메서드를 반드시 오버라이딩 해야 한다는 제약이 추가된 것이다.

2.3 예제

  • 예제 - AbstractAnimal
    package poly.ex3;
public abstract class AbstractAnimal {
	public abstract void sound();
	public void move() {
		System.out.println("동물이 움직입니다.");
	}
}
     
  • 이 클래스는 move() 라는 메서드를 가지고 있는데, 이 메서드는 추상 메서드가 아니다. 따라서 자식 클래스가 오버라이딩 하지 않아도 된다.
    → 상속 목적

  • Dog
    package poly.ex3;
public class Dog extends AbstractAnimal {
	@Override
	public void sound() {
		System.out.println("멍멍");
	}
}
  • Main
    package poly.ex3;
public class AbstractMain {
	public static void main(String[] args) {
			//추상클래스 생성 불가
			//AbstractAnimal animal = new AbstractAnimal();
			Dog dog = new Dog();
			Cat cat = new Cat();
			Caw caw = new Caw();
			cat.sound();
			cat.move();
			soundAnimal(cat);
			soundAnimal(dog);
			soundAnimal(caw);
		}
		
		//동물이 추가 되어도 변하지 않는 코드
		private static void soundAnimal(AbstractAnimal animal) {
			System.out.println("동물 소리 테스트 시작");
			animal.sound();
			System.out.println("동물 소리 테스트 종료");
	}
}

    냐옹
동물이 움직입니다.

동물 소리 테스트 시작
냐옹
동물 소리 테스트 종료

동물 소리 테스트 시작
멍멍
동물 소리 테스트 종료

동물 소리 테스트 시작
음매
동물 소리 테스트 종료

 

3. 추상 클래스2

3.1 순수 추상 클래스: 모든 메서드가 추상 메서드인 추상 클래스

  • 앞서 만든 예제에서 move() 도 추상 메서드로 만들어야 한다고 가정해보자.
  • 이 경우 AbstractAnimal 클래스의 모든 메서드가 추상 메서드가 된다. 이런 클래스를 순수 추상 클래스라 한다.
  • 예시
    public abstract class AbstractAnimal {
	public abstract void sound();
	public abstract void move();
}
  • 이러한 순수 추상 클래스는 실행 로직을 전혀 가지고 있지 않다. 단지 다형성을 위한 부모 타입으로써 껍데기 역할만 제공할 뿐이다.
  • 순수 추상 클래스는 다음과 같은 특징을 가진다.
    • 인스턴스를 생성할 수 없다.
    • 상속시 자식은 모든 메서드를 오버라이딩 해야 한다.
    • 주로 다형성을 위해 사용된다.

3.2 상속하는 클래스는 모든 메서드를 구현해야 한다.

  • 이런 특징을 잘 생각해보면 순수 추상 클래스는 마치 어떤 규격을 지켜서 구현해야 하는 것 처럼 느껴진다.
  • AbstractAnimal 의 경우 sound() , move() 라는 규격에 맞추어 구현을 해야 한다.
  • 이것은 우리가 일반적으로 이야기하는 인터페이스와 같이 느껴진다.
    • 예를 들어서 USB 인터페이스를 생각해보자. USB 인터페이스는 분명한 규격이 있다. 이 규격에 맞추어 제품을 개발해야 연결이 된다.
    • 순수 추상 클래스가 USB 인터페이스 규격이라고 한다면 USB 인터페이스에 맞추어 마우스, 키보드 같은 연결 장치들을 구현할 수 있다.

이런 순수 추상 클래스의 개념은 프로그래밍에서 매우 자주 사용된다. 자바는 순수 추상 클래스를 더 편리하게 사용할 수 있도록 인터페이스라는 개념을 제공한다.

 

4. 인터페이스

4.1 인터페이스

자바는 순수 추상 클래스를 더 편리하게 사용할 수 있는 인터페이스라는 기능을 제공한다.

(1) 순수 추상 클래스

public abstract class AbstractAnimal {
	public abstract void sound();
	public abstract void move();
}

(2) 인터페이스

  • 인터페이스는 class 가 아니라 interface 키워드를 사용하면 된다.
public interface InterfaceAnimal {
	public abstract void sound();
	public abstract void move();
}

(3) 인터페이스 - public abstract 키워드 생략 가능

public interface InterfaceAnimal {
	void sound();
	void move();
}

(4) 특징

  • 순수 추상 클래스는 다음과 같은 특징을 가진다.
    • 인스턴스를 생성할 수 없다.
    • 상속시 모든 메서드를 오버라이딩 해야 한다.
    • 주로 다형성을 위해 사용된다.
  • 인터페이스는 앞서 설명한 순수 추상 클래스와 같다. 여기에 약간의 편의 기능이 추가된다.
    • 인터페이스의 메서드는 모두 public , abstract 이다.
    • 메서드에 public abstract 를 생략할 수 있다. 참고로 생략이 권장된다.
    • 인터페이스는 다중 구현(다중 상속)을 지원한다.

(5) 인터페이스와 멤버 변수

  • 인터페이스에서 멤버 변수는 public , static , final 이 모두 포함되었다고 간주된다. final 은 변수의 값을 한번 설정하면 수정할 수 없다는 뜻이다.
  • 자바에서 static final 을 사용해 정적이면서 고칠 수 없는 변수를 상수라 하고, 관례상 상수는 대문자에 언더스코어( _ )로 구분한다.
  • 예시
    public interface InterfaceAnimal {
	public static final double MY_PI = 3.14;
}

또는 

public interface InterfaceAnimal {
	double MY_PI = 3.14;
}

4.2 예제

클래스 상속 관계는 UML에서 실선을 사용하지만, 인터페이스 구현(상속) 관계는 UML에서 점선을 사용한다.

  • 예제 - InterfaceAnimal
    package poly.ex5;
public interface InterfaceAnimal {
	void sound();
	void move();
}
    sound() , move() 는 앞에 public abstract 가 생략되어 있다. 따라서 상속 받는 곳에서 모든 메서드를 오버라이딩 해야 한다.
  • Dog
    package poly.ex5;
public class Dog implements InterfaceAnimal {
	@Override
	public void sound() {
		System.out.println("멍멍");
	}
	@Override
	public void move() {
		System.out.println("개 이동");
	}
}
  • Main
    package poly.ex5;
public class InterfaceMain {
	public static void main(String[] args) {
		//인터페이스 생성 불가
		//InterfaceAnimal interfaceMain1 = new InterfaceAnimal();
		Cat cat = new Cat();
		Dog dog = new Dog();
		Caw caw = new Caw();
		soundAnimal(cat);
		soundAnimal(dog);
		soundAnimal(caw);
	}
	//동물이 추가 되어도 변하지 않는 코드
	private static void soundAnimal(InterfaceAnimal animal) {
		System.out.println("동물 소리 테스트 시작");
		animal.sound();
		System.out.println("동물 소리 테스트 종료");
	}
}

4.3 인터페이스 정리

(1) 클래스, 추상 클래스, 인터페이스는 모두 똑같다.

  • 클래스, 추상 클래스, 인터페이스는 프로그램 코드, 메모리 구조상 모두 똑같다. 모두 자바에서는 .class 로 다루어진다. 인터페이스를 작성할 때도 .java 에 인터페이스를 정의한다.
  • 인터페이스는 순수 추상 클래스와 비슷하다고 생각하면 된다.

(2) 상속 vs 구현

  • 부모 클래스의 기능을 자식 클래스가 상속 받을 때, 클래스는 상속 받는다고 표현하지만, 부모 인터페이스의 기능을 자식이 상속 받을 때는 인터페이스를 구현한다고 표현한다.
  • 이렇게 서로 다르게 표현하는 이유는 알아보자.
    • 상속은 이름 그대로 부모의 기능을 물려 받는 것이 목적이다.
    • 하지만 인터페이스는 모든 메서드가 추상 메서드이다. 따라서 물려받을 수 있는 기능이 없고, 오히려 인터페이스에 정의한 모든 메서드를 자식이 오버라이딩 해서 기능을 구현해야 한다. 따라서 구현한다고 표현한다.
  • 인터페이스는 메서드 이름만 있는 설계도이고, 이 설계도가 실제 어떻게 작동하는지는 하위 클래스에서 모두 구현해야 한다.
  • 따라서 인터페이스의 경우 상속이 아니라 해당 인터페이스를 구현한다고 표현한다.
  • 상속과 구현은 사람이 표현하는 단어만 다를 뿐이지 자바 입장에서는 똑같다. 일반 상속 구조와 동일하게 작동한다.

(3) 인터페이스를 사용해야 하는 이유

  • 모든 메서드가 추상 메서드인 경우 순수 추상 클래스를 만들어도 되고, 인터페이스를 만들어도 된다. 그런데 왜 인터페이스를 사용해야 할까? 단순히 편리하다는 이유를 넘어서 다음과 같은 이유가 있다.
  • 제약
    • 인터페이스를 만드는 이유는 인터페이스를 구현하는 곳에서 인터페이스의 메서드를 반드시 구현해라는 규약(제약)을 주는 것이다.
    • USB 인터페이스를 생각해보자. USB 인터페이스에 맞추어 키보드, 마우스를 개발하고 연결해야 한다. 그렇지 않으면 작동하지 않는다.
    • 인터페이스의 규약(제약)은 반드시 구현해야 하는 것이다.
    • 그런데 순수 추상 클래스의 경우 미래에 누군가 그곳에 실행 가능한 메서드를 끼워 넣을 수 있다. 이렇게 되면 추가된 기능을 자식 클래스에서 구현하지 않을 수도 있고, 또 더는 순수 추상 클래스가 아니게 된다.
    • 인터페이스는 모든 메서드가 추상 메서드이다. 따라서 이런 문제를 원천 차단할 수 있다.
  • 다중 구현
    • 자바에서 클래스 상속은 부모를 하나만 지정할 수 있다.
    • 반면에 인터페이스는 부모를 여러명 두는 다중 구현(다중 상속)이 가능하다.

좋은 프로그램은 제약이 있는 프로그램이다.

 

5. 인터페이스 - 다중 구현

5.1 자바가 다중 상속을 지원하지 않는 이유 - 복습

(1) 다중 상속

  • 자바는 다중 상속을 지원하지 않는다. 그래서 extends 대상은 하나만 선택할 수 있다. 부모를 하나만 선택할 수 있다는 뜻이다. 물론 부모가 또 부모를 가지는 것은 괜찮다.
  • 만약 비행기와 자동차를 상속 받아서 하늘을 나는 자동차를 만든다고 가정해보자.
    • 다중 상속을 사용하게 되면 AirplaneCar 입장에서 move() 를 호출할 때 어떤 부모의 move() 를 사용해야 할지 애매한 문제가 발생한다.
    • 이것을 다이아몬드 문제라 한다.
    • 그리고 다중 상속을 사용하면 클래스 계층 구조가 매우 복잡해질 수 있다.
    • 이런 문제점 때문에 자바는 클래스의 다중 상속을 허용하지 않는다. 대신에 인터페이스의 다중 구현을 허용하여 이러한 문제를 피한다.

클래스는 앞서 설명한 이유로 다중 상속이 안되는데, 인터페이스의 다중 구현은 허용한 이유는 뭘까?

인터페이스는 모두 추상 메서드로 이루어져 있기 때문이다.

(2) 인터페이스 다중 구현

  • InterfaceA , InterfaceB 는 둘다 같은 methodCommon() 을 가지고 있다. 그리고 Child 는 두 인터페이스를 구현했다.
    • 상속 관계의 경우 두 부모 중에 어떤 한 부모의 methodCommon() 을 사용해야 할지 결정해야 하는 다이아몬드 문제가 발생한다.
  • 하지만 인터페이스 자신은 구현을 가지지 않는다. 대신에 인터페이스를 구현하는 곳에서 해당 기능을 모두 구현해야 한다.
    • 여기서 InterfaceA , InterfaceB 는 같은 이름의 methodCommon() 를 제공하지만 이것의 기능은 Child가 구현한다.
    • 그리고 오버라이딩에 의해 어차피 Child 에 있는 methodCommon() 이 호출된다.
    • 결과적으로 두 부모 중에 어떤 한 부모의 methodCommon() 을 선택하는 것이 아니라 그냥 인터페이스들을 구현한 Child 에 있는 methodCommon() 이 사용된다.
    • 이런 이유로 인터페이스는 다이아몬드 문제가 발생하지 않는다.
  • 따라서 인터페이스의 경우 다중 구현을 허용한다.

 

6. 클래스와 인터페이스 활용

이번에는 클래스 상속과 인터페이스 구현을 함께 사용하는 예

  • AbstractAnimal 은 추상 클래스다.
    • sound() : 동물의 소리를 내기 위한 sound() 추상 메서드를 제공한다.
    • move() : 동물의 이동을 표현하기 위한 메서드이다. 이 메서드는 추상 메서드가 아니다. 상속을 목적으로 사용된다.
  • Fly 는 인터페이스이다. 나는 동물은 이 인터페이스를 구현할 수 있다.
    • Bird , Chicken 은 날 수 있는 동물이다. fly() 메서드를 구현해야 한다.
  • 예제
    • Abstract Animal 
      package poly.ex6;
public abstract class AbstractAnimal {
	public abstract void sound();
	public void move() {
		System.out.println("동물이 이동합니다.");
	}
}
    • Fly
      package poly.ex6;
public interface Fly {
	void fly();
}
    • Dog
      package poly.ex6;
public class Dog extends AbstractAnimal {
	@Override
	public void sound() {
		System.out.println("멍멍");
	}
}
    • Bird
      package poly.ex6;
public class Bird extends AbstractAnimal implements Fly {
	@Override
	public void sound() {
		System.out.println("짹짹");
	}
	@Override
	public void fly() {
		System.out.println("새 날기");
	}
}


728x90

'Java' 카테고리의 다른 글

[Java] Java 21 특징  (0) 2025.01.31
[Java] Java 17 특징  (1) 2025.01.30
[Java] Java 11 특징  (0) 2025.01.30
[실전 자바 - 기본편] 다형성1  (0) 2024.09.09
[Java] Optional 알고 사용하기  (0) 2024.07.25

'Java'의 다른글

  • 현재글[실전 자바 - 기본편] 다형성2

관련글

티스토리툴바