자바의 정석 OOP(1)

자바의 정석 객체지향(1) 부분을 읽고, 압축 정리한 글이다.

객체지향 언어

객체지향 언어의 주요 특징 3가지

• 코드의 재사용성이 높다. : 새로운 코드를 작성할 때 기존의 코드를 이용해 쉽게 작성이 가능하다.
• 코드의 관리가 용이하다. : 코드 간 관계를 이용해 적은 노력으로 쉽게 코드를 변경할 수 있다.
• 신뢰성이 높은 프로그래밍을 가능하게 한다. : 제어자와 메서드를 이용해 데이터를 보호하고, 올바른 값을 유지하도록 하며 코드의 중복을 제거해 코드의 불일치로 인한 오동작을 방지한다.

객체지향 개념은 아래 3가지를 생각하며 학습한다.

• 재사용성
• 유지보수
• 중복 코드의 제거

객체지향 개념을 이해했다 하더라도 객체지향적 장점들을 충분히 활용한 프로그램을 작성하기는 쉽지 않다.

• 너무 객체지향 개념에 얽매여 고민하기보다는 프로그램을 기능적으로 완성한 다음, 어떻게 하면 보다 객체지향적으로 코드를 개선할 수 있을지를 고민하며 점차 개선해나간다.

클래스와 객체

객체란?

• 실제로 존재하는 사물 또는 개념을 의미하며 책상과 같은 유형의 객체, 프로그램 에러와 같은 무형의 객체가 있다.

클래스란?

• 객체를 정의해 놓은 것이다.

클래스와 객체의 관계는?

• 설계도를 이용해 제품을 만드는 것과 같은 관계다. 클래스를 먼저 정의하고 클래스를 통해 객체를 만든다.

객체의 구성 요소

객체는 속성과 기능 2개의 구성요소를 가진다. 이를 객체의 멤버(member)라 한다.

객체지향 프로그래밍에서는

• 속성(property) -> 멤버변수(variable)
• 기능(function) -> 메서드(method)

정리하면 멤버 = 멤버변수와 메서드

프로그래밍에서 필요한 속성과 기능만을 선택해 클래스를 만들자.

객체와 인스턴스

클래스 -> 객체 : 인스턴스화
클래스로부터 만들어진 객체: 인스턴스

문맥에 따라 자연스러운 표현을 할 것

• 책상은 인스턴스다 -> 책상은 객체다.
• 책상은 책상 클래스의 객체다 -> 책상은 책상 클래스의 인스턴스다.

객체의 생성과 사용

인스턴스는 참조변수를 통해서만 다룰 수 있으며, 참조변수의 타입은 인스턴스의 타입과 일치해야 한다.

Tv t;
t = new Tv();

1. 연산자 new 에 의해 Tv 클래스의 인스턴스가 메모리의 빈 공간에 생성된다.
2. 대입 연산자(=) 에 의해 생성된 객체의 주소값이 참조변수 t에 저장된다.

많은 수의 객체를 다뤄야 할 때, 객체 배열을 이용할 수 있다.

• 객체 배열 안에는 객체가 저장되는 것이 아닌, 객체의 주소가 저장된다.
• 객체배열은 사실 참조변수들을 하나로 묶은 참조변수 배열이다.

Tv[] tvArr = new Tv[3];

길이가 3인 객체 배열 tvArr 을 생성하면 참조변수의 기본값인 null 로 자동 초기화된다.
객체 배열은 3개의 객체의 주소를 저장할 수 있다.

주의할 것

• 기본값인 null 로 초기화되어 있으므로, 객체를 생성해서 각 요소에 저장해야 한다.

클래스의 정의

자바와 같은 객체지향언어에서는 변수(데이터)와 함수를 하나의 클래스에 정의해 함께 다룬다.

프로그래밍적인 관점에서 클래스란?

• 서로 관련된 변수들을 정의하고 이들에 대한 작업을 수행하는 함수들을 함께 정의한 것이다.

자바와 같은 객체지향언어에서는 클래스가 곧 사용자정의 타입이다.

• 기본 자료형(primitive) 타입 외에 프로그래머가 서로 관련된 변수들을 묶어 하나의 타입으로 새로 추가하는 것을 사용자 정의 타입(user-defined type) 이라 한다.

제약조건이 있는 경우 제어자와 메서드를 이용해 값을 반영한다.

• 시, 분, 초는 모두 0보다 크거나 같아야 한다.
• 시의 범위는 0 ~ 23, 분과 초의 범위는 0~59 여야 한다.

public class Time {
    private int hour;
    private int minute;
    private float second;

    // 제어자를 이용해 변수의 값을 직접 변경하지 못하게 하고, 메서드를 통해서 값을 변경하도록 한다.
    public void setHour(int h) {
        if( h < 0 || h > 23) return;
        hour = h;
    }

선언 위치에 따른 변수의 종류

변수는 선언 위치에 따라 세 종류가 있다.

• 클래스 변수: static 이 붙은 멤버변수
• 인스턴스 변수: static 이 붙지 않은 멤버변수
• 지역변수: 멤버변수를 제외한 나머지

인스턴스 변수: 인스턴스마다 고유한 상태를 유지해야 하는 속성인 경우 인스턴스 변수로 선언한다.

• 인스턴스를 생성할 때 생성된다.
• 인스턴스마다 별도 저장공간을 가지므로 서로 다른 값을 가질 수 있다.

클래스 변수: 한 클래스의 모든 인스턴스들이 공통적인 값을 유지해야 하는 속성의 경우 클래스 변수로 선언한다.

• 클래스가 메모리에 올라갈 때 생성된다.
• 모든 인스턴스가 공통된 저장공간(변수)을 공유한다.

지역변수

• 변수 선언문이 실행될 때 생성되고, 블럭({})을 벗어나면 소멸되어 사용할 수 없게 된다.
• 메서드 내에 선언되어 메서드 내에서만 사용 가능하다.

클래스변수와 인스턴스 변수

카드게임에 사용되는 카드를 예시 클래스로 정의한다면

• 각 Card 인스턴스는 자신만의 무늬와 숫자를 가지므로 인스턴스 변수
• 카드의 폭과 높이는 모든 카드에서 동일하므로 클래스 변수

class Card {
    String kind; // 무늬
    int number;

    static int width = 100;
    static int height = 250;
}

메서드

메서드란?

• 특정 작업을 수행하는 일련의 문장들을 하나로 묶은 것

선언부

• 메서드이름, 매개변수선언(입력), 반환타입으로 구성된다.

구현부

• 반환타입이 void 가 아닌 경우 return 반환값; 이 반드시 포함되어야 한다.
• 반환값의 타입은 반환타입과 일치하거나 적어도 자동 형 변환이 가능한 것 이어야 한다.

메서드의 호출

아규먼트(argument): 메서드를 호출할 때 괄호 안에 지정해준 값들
파라미터(parameter): 메서드에 선언된 매개변수

호출 스택(call stack)

호출스택은 메서드의 작업에 필요한 메모리 공간을 제공한다.

• 메서드가 호출되면 수행에 필요한 만큼의 메모리를 스택에 할당받는다.
• 메서드가 수행을 마치고 나면 사용했던 메모리를 반환하고 스택에서 제거된다.
• 호출스택의 제일 위에 있는 메서드가 현재 실행중인 메서드다.
• 아래에 있는 메서드가 바로 위의 메서드를 호출한 메서드다.

기본형 매개변수와 참조형 매개변수

자바에서는 메서드를 호출할 때 매개변수로 지정한 값을 메서드의 매개변수에 복사해서 넘겨준다.

매개변수 타입이 기본형일때 (read only)

• 기본형 값이 복사되어 읽기만 할 수 있다.

매개변수 값이 참조형일 때 (read & write)

• 인스턴스의 주소가 복사되어, 복사된 주소값을 이용해 값을 변경하는 것도 가능하다.

참조형 매개변수는 값을 읽고, 변경하는 것 모두 가능하다.

public void change(Data d) {
    // 복사된 주소를 이용해 값을 변경
    d.x = 1000;
}

참조형 반환타입

반환타입이 참조형이다 = 반환하는 값의 타입이 참조형이다.

• 모든 참조형 타입의 값은 객체의 주소다.

아래 예제에서 반환하는 값이 Data 객체의 주소이므로 반환타입이 Data 인 것이다.

public void copy(Data d) {
    Data tmp = new Data();
    tmp.x = d.x;
    return tmp;
}

static 메서드와 인스턴스 메서드

인스턴스 메서드: 인스턴스 변수를 필요로 하는 메서드

• 인스턴스 변수와 관련된 작업을 하는 메서드
• 인스턴스를 생성해야만 인스턴스 변수가 만들어지므로, 인스턴스메서드 역시 인스턴스를 생성해야만 호출할 수 있다.

static 메서드: 인스턴스와 관계 없는 메서드

• 인스턴스 변수나 인스턴스 메서드를 사용하지 않는 메서드

인스턴스 변수를 사용하지 않는다면 static 메서드로 정의하는 것이 일반적이다.

static 을 언제 붙여야 할까?

클래스의 멤버변수 중 모든 인스턴스에 공통된 값을 유지해야 하는 것이 있는지 살펴보고, 있으면 static 을 붙인다.
작성한 메서드 중에서 인스턴스 변수나 인스턴스 메서드를 사용하지 않는 메서드에 static 을 붙일 것을 고려한다.

메서드 간의 호출과 참조

클래스 멤버가 인스턴스 멤버를 참조 또는 호출하고자 하는 경우에는 인스턴스를 생성해야 한다.

• 인스턴스 멤버가 존재하는 시점에 클래스 멤버는 항상 존재하지만, 클래스 멤버가 존재하는 시점에 인스턴스 멤버는 존재하지 않을 수도 있다.

정리하면

• static 메서드에서 인스턴스 메서드를 호출할 수 없다.
• static 메서드에서 인스턴스 변수를 사용할 수 없다.

오버로딩

한 클래스내에 같은 이름의 메서드를 여러 개 정의하는 것을 오버로딩이라 한다.

오버로딩이 성립하기 위한 조건

• 메서드 이름이 같아야 한다.
• 매개변수 개수 또는 타입이 달라야 한다.
• 반환 타입은 관계없다.

매개변수 순서만 달라도 오버로딩이 가능하다.

• 사용자가 매개변수의 순서를 외우지 않아도 되는 장점
• add(3,3) 과 같이 호출할 수 없다는 단점: 두 메서드 중 어느 메서드가 호출된 것인지 알 수 없기 때문에 메서드를 호출하는 곳에서 컴파일 오류가 발생

// 두 메서드 모두 int 형과 long 형 매개변수가 하나씩 선언되어 있지만 순서가 다른 경우 호출 시 매개변수 값에 의해 호출될 메서드가 구분될 수 있으므로 오버로딩으로 간주한다. 
long add(int a, long b) { return a+b; } // add(3,3L); 
long add(long a, int b) { return a+b; } // add(3L,3);

생성자(constructor)

생성자란?

• 인스턴스가 생성될 때 호출되는 인스턴스 초기화 메서드

생성자의 조건

• 생성자의 이름은 클래스 이름과 같아야 한다.
• 생성자는 리턴 값이 없다.

생성자도 오버로딩이 가능하므로, 하나의 클래스에 여러 개의 생성자가 존재할 수 있다.

연산자 new 가 인스턴스를 생성하는 것이지 생성자가 인스턴스를 생성하는 것이 아니다.

• 생성자는 단순히 인스턴스 변수들의 초기화에 사용되는 메서드일 뿐이다.

기본 생성자(default constructor)

모든 클래스에는 반드시 하나 이상의 생성자가 정의되어 있어야 한다.

컴파일 할 때 소스파일(*.java)의 클래스에 생성자가 하나도 정의되어 있지 않은 경우 컴파일러는 자동적으로 기본 생성자를 추가해 컴파일한다.

• 매개변수도 없고, 아무런 내용도 없는 기본 생성자가 추가된다.

클래스에 생성자가 하나라도 있다면 기본 생성자가 자동으로 추가되지 않는다.

매개변수가 있는 생성자

매개변수를 사용한 생성자에서 인스턴스 변수를 초기화 해줄 수 있다.

인스턴스를 생성한 다음 인스턴스의 값을 변경하는 것보다 매개변수를 갖는 생성자를 사용하는 것이 코드를 보다 간결하고 직관적으로 만든다.

생성자에서 다른 생성자 호출하기 - this()

클래스 멤버들 간에 서로 호출할 수 있는 것처럼 생성자 간에도 서로 호출이 가능하다.

• 생성자의 이름으로 클래스 이름 대신 this 를 사용한다.
• 한 생성자에서 다른 생성자를 호출할 때는 반드시 첫 출에서만 호출할 수 있다.

생성자에서 다른 생성자를 첫 줄에서만 호출이 가능하도록 한 이유

• 생성자 내에서 초기화 작업 도중에 다른 생성자를 호출하게 되면, 호출된 다른 생성자 내에서도 멤버변수들의 값을 초기화 할 것이므로 다른 생성자를 호출하기 이전의 초기화작업이 무의미해질 수 있기 때문이다.

class Car {
    String color;
    String gearType;
    int door;

    Car() {
        this("white", "auto", 4);
    }

    Car(String color, String gearType, int door) { 
        this.color = color;
        this.gearType = gearType;
        this.door = door;
    }
}

같은 클래스 내의 생성자들은 일반적으로 서로 관계가 깊은 경우가 많아서 이처럼 서로 호출하도록 해 유기적으로 연결해주면 더 좋은 코드를 얻을 수 있다.
수정이 필요한 경우 보다 적은 코드만을 변경하면 되므로 유지보수가 쉬위진다.

객체 자신을 가리키는 참조변수 - this

생성자의 매개변수로 선언된 변수 이름이 인스턴스 이름과 같은 경우 인스턴스 변수 앞에 this 를 사용한다.

this.color = color;

this 를 사용할 수 있는 것은 인스턴스 멤버뿐이다.

• static 메서드 내에서는 인스턴스 멤버들을 사용할 수 없는 것처럼 'this' 도 사용할 수 없다.
• static 메서드는 인스턴스를 생성하지 않고도 호출될 수 있으므로, static 메서드가 호출된 시점에 인스턴스가 존재하지 않을 수도 있기 때문이다.

생성자를 포함한 모든 인스턴스 메서드에는 자신이 관련된 인스턴스를 가리키는 참조변수 'this'가 지역변수로 숨겨진 채로 존재한다.

this 와 this() 는 비슷하게 생겼을 뿐 완전히 다르다.

• this: 인스턴스 자신을 가리키는 참조변수로 인스턴스의 주소가 저장되어 있다.
• this(), this(매개변수): 생성자로 같은 클래스의 다른 생성자를 호출할 때 사용한다.

변수의 초기화

멤버변수는 초기화를 하지 않아도, 자동적으로 변수의 자료형에 맞는 기본 값으로 초기화가 이루어지기 때문에 초기화하지 않고 사용해도 된다.
지역변수는 가능하면 선언과 동시에 적절한 값으로 초기화하고 사용하기 전에는 반드시 초기화해야 한다.

void method() {
    int x;
    int y = x; // 지역변수를 초기화하지 않았으므로 컴파일 에러 발생
}

멤버변수의 초기화

지역변수와 달리 멤버변수는 각 타입의 기본값으로 자동 초기화된다.

그 다음 아래 순서대로 초기화된다.

1. 명시적 초기화

2. 초기화 블럭

3. 생성자

명시적초기화는 변수의 선언과 동시 초기화 하는 것을 의미한다.

class Car {
    int door = 4; // 기본형 변수 초기화
    Engine e = new Engine(); // 참조형 변수 초기화
}

초기화 블럭

• 클래스 초기화 블럭: 클래스 변수의 복잡한 초기화에 사용
• 인스턴스 초기화 블럭:인스턴스 변수의 복잡한 초기화에 사용

배열이나 예외처리가 필요한 초기화에서는 명시적 초기화만으로는 복잡한 초기화 작업을 할 수 없다. 이런 경우 초기화 블럭을 사용한다.

초기화 블럭을 작성하려면 클래스내에 블럭({}) 을 만들고 그 안에 코드를 작성한다.

class Car {
    static {
        // 클래스 초기화 블럭
    } 

    {
        // 인스턴스 초기화 블럭
    }

}