다형성 - 2

다형성 활용

public class Dog {
    public void sound() {
        System.out.println("멍멍");
    }
}

public class Cat {
    public void sound() {
        System.out.println("야옹");
    }
}

public class Cow {
    public void sound() {
        System.out.println("음메");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Dog dog = new Dog();
        Cat cat = new Cat();
        Cow cow = new Cow();

        System.out.println("동물 을음 소리 테스트 시작");
        dog.sound();
        System.out.println("동물 을음 소리 테스트 종료");

        System.out.println("동물 을음 소리 테스트 시작");
        cat.sound();
        System.out.println("동물 을음 소리 테스트 종료");

        System.out.println("동물 을음 소리 테스트 시작");
        cow.sound();
        System.out.println("동물 을음 소리 테스트 종료");
    }
}

• 여기에 새로운 동물이 추가된다면 새로운 동물 클래스를 만들고 main에 비슷한 코드가 추가되어야 할 것이다.

• 중복 코드가 너무 많아진다.

• 배열이나 for문, 메서드 추출로 해결해 보려고 해도 동물 클래스들이 서로 완전히 다른 클래스이기 때문에 이것도 쉽지 않다.

다형성의 핵심은 다형적 참조와 메서드 오버라이딩이다. 이 둘을 활용하여 모두 같은 타입을 사용하고, 각자 자신의 메서드도 호출할 수 있다.

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public class Animal {

    public void sound() {
        System.out.println("동물 울음 소리");
    }
}

public class Dog extends Animal{

    @Override
    public void sound() {
        System.out.println("멍멍");
    }
}

public class Cat extends Animal{

    @Override
    public void sound() {
        System.out.println("야옹");
    }
}

public class Cow extends Animal{

    @Override
    public void sound() {
        System.out.println("음메");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Dog dog = new Dog();
        Cat cat = new Cat();
        Cow cow = new Cow();

        soundAnimal(dog);
        soundAnimal(cat);
        soundAnimal(cow);

    }

    static void soundAnimal(Animal animal) {
        System.out.println("동물 울음 소리 테스트 시작");
        animal.sound();
        System.out.println("동물 울음 소리 테스트 종료");
    }
}

• Animal animal은 상위 부모 타입이기 때문에 자신의 모든 자식 타입을 참조할 수 있다.

• 그리고 메서드 오버라이딩이 되었기 때문에 자식 타입의 메서드가 실행된다.

• 이제 새로운 동물이 추가되어도 새로운 클래스만 생성하고 main쪽에 코드 변화는 크게 없을 것이다.

Animal[] animals = {dog, cat, cow}; 처럼 배열을 이용해 for문으로도 가능해졌다. 어떤 동물이 추가되어도 Animal만 상속받으면 메서드나 반복문에는 전혀 변화가 생기지 않는다.

새로운 기능이 추가되었을 때 변하는 부분을 최소화 하는 것이 잘 작성된 코드이다. 이렇게 하기 위해서는 코드에서 변하는 부분과 변하지 않는 부분을 명확하게 구분하는 것이 좋다.

• 남은 문제

  • Animal 클래스를 생성할 수 있는 문제

    • Animal이라는 추상적인 개념을 직접 생성해서 사용할 일은 없다.

  • Animal 클래스를 상속 받은 곳에서 메서드 오버라이딩을 하지 않을 가능성

    • 개발자가 실수로 메서드 오버라이딩을 하지 않아도 코드상에는 전혀 문제가 없다. 단지 Animal 클래스에 있는 메서드를 그대로 사용할 뿐이다.

좋은 프로그램은 제약이 있는 프로그램이다. 추상 클래스와 추상 메서드를 사용하여 문제를 해결할 수 있다.

추상 클래스

• Animal과 같이 부모 클래스는 제공하지만, 실제 생성되면 안 되는 클래스를 추상 클래스라 한다.

• 추상 클래스는 이름 그대로 추상적인 개념을 제공하는 클래스로, 실체인 인스턴스가 존재하지 않는다. 대신에 상속을 목적으로 사용되고, 부모 클래스 역할을 담당한다.

public abstract class Animal {

    public abstract void sound();
}

• 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 있기 때문에 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 같다. 다만 메서드 바디가 없고, 자식 클래스가 해당 메서드를 반드시 오버라이딩 해야 한다는 제약이 추가된 것이다.

public abstract class Animal {

    public abstract void sound();

    public void move() {
        System.out.println("동물이 움직입니다.");
    }
}

• sound() 메서드는 자식이 반드시 오버라이딩 해야하고, move() 메서드는 오버라이딩을 선택적으로 할 수 있다.

• 이렇게 추상 클래스에서도 메서드 바디가 있는 메서드를 만들 수 있다.

• move()를 오버라이딩 하지 않으면 Animal에 있는 move()가 그대로 호출된다.

순수 추상 클래스

• 순수 추상 클래스 : 모든 메서드가 추상 메서드인 추상 클래스

public abstract class Animal {

    public abstract void sound();
    public abstract void move();
}

• 이런 순수 추상 클래스는 실행 로직을 전혀 가지고 있지 않다. 단지 다형성을 위한 부모 타입으로써 껍데기 역할만 제공할 뿐이다.

• 순수 추상 클래스의 특징

  • 인스턴스를 생성할 수 없다.

  • 상속 시 자식은 모든 메서드를 오버라이딩 해야 한다.(하지 않으면 컴파일 오류 발생)

  • 주로 다형성을 위해 사용된다.

상속 시 자식은 모든 메서드를 오버라이딩 해야 한다라는 특징을 잘 생각해 보면 순수 추상 클래스는 마치 어떤 규격을 지켜서 구현해야 하는 것 처럼 느껴진다.

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

인터페이스

public interface Animal {

    public abstract void sound();
    public abstract void move();
}

• public abstract 키워드는 생략 가능하다.

public interface Animal {

    void sound();
    void move();
}

• 인터페이스는 순수 추상 클래스의 특징에 더해 약간의 편의 기능이 추가된다.

  • 인터페이스의 메서드는 모두 public, abstract이다.

  • 메서드에 public abstract를 생력할 수 있다.(생략을 권장)

  • 인터페이스는 다중 구현(다중 상속)을 지원한다.

• 인터페이스도 멤버 변수를 가질 수 있다.

  • 인터페이스에서 멤버 변수는 public, static, final이 모두 포함되었다고 간주된다.(3가지 키워드 모두 생략 가능)

• 클래스, 추상 클래스, 인터페이스는 프로그램 코드, 메모리 구조상 모두 똑같다.

• 모두 자바에서 .class로 다루어진다.

• 인터페이스를 작성할 때도 .java에 인터페이스를 정의한다.

상속 vs 구현

• 부모 클래스의 기능을 자식 클래스가 상속 받을 때 클래스는 상속 받는다고 표현한다.

• 부모 인터페이스의 기능을 자식이 상속 받을 때는 자식이 인터페이스를 구현한다고 표현한다.

• 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.

상속과 구현은 사람이 표현하는 단어만 다를 뿐 자바 입장에서는 모두 똑같다. 일반 상속 구조와 동일하게 작동한다.

인터페이스를 사용해야 하는 이유

모든 메서드가 추상 메서드인 경우 순수 추상 클래스를 만들어도 되고, 인터페이스를 만들어도 된다. 그런데 인터페이스를 사용해야 하는 이유는 다음과 같은 이유가 있다.

• 제약

  • 인터페이스를 구현하는 곳에서 인터페이스의 메서드를 반드시 구현하라는 제약을 줄 수 있다.

  • 순수 추상 클래스는 누군가 실행 가능한 메서드를 만들 수도 있다. 이렇게 되면 자식 클래스에서 추가된 기능을 구현하지 않을 수도 있고, 또 더는 순수 추상 클래스가 아니게 된다.

  • 인터페이스는 자동으로 모든 메서드가 추상 메서드가 되기 때문에 이런 문제를 원천 차단할 수 있다.

• 다중 구현

  • 자바에서 클래스 상속은 부모를 하나만 지정할 수 있는 반면, 인터페이스는 부모를 여러명 두는 다중 구현(다중 상속)이 가능하다.

좋은 프로그램은 제약이 있는 프로그램이다.

자바8 부터 나온 default 메서드를 사용하면 인터페이스도 메서드를 구현할 수 있다. 하지만 이것은 예외적으로 아주 특별한 경우에만 사용하는 것이 좋다. 자바9 에서 나온 인터페이스의 private 메서드도 마찬가지다.

인터페이스 다중 구현

• 자바는 다중 상속을 지원하지 않는다.

• 다중 상속을 사용하면 어떤 부모의 메서드를 사용해야 할지 애매한 문제가 발생한다.(다이아몬드 문제)

• 그리고 다중 상속을 사용하면 클래스 계층 구조가 매우 복잡해질 수 있다.

• 이런 문제점 때문에 자바는 클래스의 다중 상속을 허용하지 않지만, 대신에 인터페이스의 다중 구현을 허용하여 이러한 문제를 해결할 수 있다.

  인터페이스는 모두 추상 메서드로 이루어져 있기 때문에 인터페이스의 다중 구현은 허용한다.

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• InterfaceA, InterfaceB 모두 methodCommon() 을 가지고 있다. 그리고 Child는 두 인터페이스를 구현했다.

• 상속 관계였다면 두 부모 중 어떤 한 부모의 methodCommon()을 사용해야 할지 결정해야 하는 다이아몬드 문제가 발생한다.

• 하지만 인터페이스 자신은 구현을 가지지 못하고, 해당 인터페이스를 구현하는 곳에서 해당 기능을 모두 구현해야 하기 때문에 오버라이딩에 의해 어차피 Child에서 오버라이딩 된 methodCommon()이 호출된다.

• 결과적으로 두 부모 중에 어떤 한 부모의 methodCommon()을 선택하는 것이 아니라 인터페이스들을 구현한 Child에 있는 methodCommon()이 사용된다.

• 이런 이유로 인터페이스는 다이아몬드 문제가 발생하지 않아서 인터페이스의 경우 다중 구현을 허용한다.

위 그림 그대로 구현하면 다음과 같이 동작한다.

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내용 참고 : 인프런 - 김영한의 실전 자바 - 기본편