10장 객체-지향 프로그래밍 II

상속

상속(Inheritance) 상속이란 무엇인가? 기존의 클래스로부터 새로운 클래스를 유도하는 것 자식 클래스는 부모 클래스의 메쏘드와 데이터를 상속 자식 클래스에 새로운 변수나 메쏘드를 추가할 수 있다. 기존 클래스 부모 클래스(parent class), 수퍼 클래스(superclass), 기반 클래스(base class) 유도 클래스 자식 클래스(child class), 서브클래스(subclass)

상속 상속 관계 표시 is-a 관계(relationship) UML 클래스 다이어그램 자식으로부터 부모로의 화살표 Vehicle Car is-a 관계(relationship) 자식이 부모의 보다 구체적인 버전이다. the child is a more specific version of the parent

상속 상속은 왜 하나? 소프트웨어 재사용(Software reuse) 기존의 소프트웨어 컴포넌트를 사용해서 새로운 클래스 생성 기존 소프트웨어를 재사용함으로써 기존 소프트웨어에 들인 모든 노력을 재사용

서브클래스 유도 예약어 extends를 사용한다. 단일 상속(single inheritance)만을 지원 class Car extends Vehicle { // class contents } 단일 상속(single inheritance)만을 지원 하나의 슈퍼클래스로부터 상속 받음

예: Book/Dictionary

protected 조정자 전용(private) 가시성을 갖는 멤버 공용(public) 가시성을 갖는 멤버 자식 클래스 내에서 직접 접근할 수 없다. 공용(public) 가시성을 갖는 멤버 자식 클래스뿐만 아니라 프로그램 내 어디서나 접근 가능 공용 변수는 캡슐화 원리를 위반 protected 멤버 상속 상황을 위한 제3의 가시성 공용 가시성보다는 더 캡슐화하고 전용보다는 덜 캡슐화 한다. 자식 클래스가 직접 접근할 수 있다.

상속과 protected 조정자 protected는 왜 필요한가 ? C++의 protected Java의 protected 나와 내 자식들만을 위한 것 public으로 한다면 어떻게 될까? private으로 한다면 어떻게 될까? C++의 protected 자식 클래스에서 접근/사용 가능 protected 멤버는 자식에 상속된다. Java의 protected 같은 패키지 내에서 접근/사용 가능 Protected 멤버는 자식에 상속된다.

상속과 가시성 조정자 상속 시 가시성 부모클래스 public protected private 자식클래스 inaccesible

메쏘드 재정의

메쏘드 재정의(overriding) 메쏘드 재정의란 무엇인가? 메쏘드의 서명(signature) 재정의된 메쏘드 실행 자식 클래스가 상속된 메쏘드를 자신이 원하는 대로 재정의하는 것 새로운 메쏘드는 부모 메쏘드와 이름과 서명(signature)이 같아야 한다. 메쏘드의 서명(signature) 메쏘드의 매개변수 이름, 개수, 순서, 타입 재정의된 메쏘드 실행 그 메쏘드를 실행하는 객체의 타입에 따라 호출될 메쏘드가 결정된 다.

메쏘드 재정의: 예 class Fruit { int grams; int cals_per_gram; int total_calories( ) { /* … */ } void peel( ) { System.out.print(“peel a Fruit”); } } class Lemon extends Fruit { void squeeze( ) { /* … */ } // Fruit 클래스의 peel() 메쏘드를 Lemon 클래스가 재정의 void peel( ) { super.peel(); System.out.println(“, which is a lemon”);

메쏘드 재정의: 예 class Example { public static void main(String args[]) { Fruit fruit = new Fruit(); Lemon lemon = new Lemon(); fruit.peel(); lemon.peel(); fruit = lemon; }

중복 정의 vs. 재정의 중복정의 재정의 한 클래스 내에 같은 이름의 여러 개의 메쏘드로 서로 다른 서명을 갖는 경우 비슷한 연산을 다른 매개변수에 대해서 다른 방식으로 정의하는데 사용 재정의 부모 클래스의 메쏘드를 자식 클래스가 재정의 서명이 같아야 한다. 시그너처가 다르다면 어떻게 될까?

super 참조 super는 슈퍼클래스를 지칭하는 참조 super() 슈퍼클래스의 멤버 필드나 메소드를 지칭할 때 사용 super.field super.method() super() super()는 슈퍼클래스의 생성자를 호출 super()는 생성자의 맨 처음 부분에 위치 서브클래스 생성자에서 슈퍼클래스의 생성자를 호출

다형성(Polymorphism)

바인딩(Binding) 바인딩이란 무엇인가? obj.doIt(); 동적 바인딩(dynamic binding) 이름이 가리키는 대상을 결정하는 것 obj.doIt(); 이 호출은 호출될 메쏘드 를 결정 즉 바인딩 한다. 컴파일 시간에 결정하면 언제나 같은 메쏘드가 호출될 것이다. 동적 바인딩(dynamic binding) 그러나 Java는 동적 바인딩을 한다 runtime binding, late binding 이라고도 한다. 왜 동적 바인딩을 하는가? 프로그램 설계에 유연성을 제공한다.

다형성(Polymorphism) 다형성(polymorphism)의 의미 많은 형태를 갖는다. "having many forms“ 다형 참조(polymorphic reference) 변수 때에 따라 다른 타입의 객체를 참조할 수 있다. 다형 참조를 통해 호출된 메쏘드는 호출할 때마다 다를 수 있 다. Java에서 모든 객체 참조는 다형적일 수 있다.

다형참조 객체 참조 변수 예: 선언된 클래스의 객체와 선언된 클래스의 자손 클래스의 객체를 참조할 수 있다. Fruit Lemon Fruit fruit; if ( … ) fruit = new Fruit(); else fruit = new Lemon(); fruit.peel();

동적 바인딩 호출될 메쏘드 결정 fruit.peel(); 참조 변수의 타입이 아니고 실행시간에 참조되고 있는 객체의 타입에 의해 결정된다. fruit.peel(); fruit가 Fruit 객체를 참조하는 경우 Fruit의 peel 호출 fruit가 Lemon 객체를 참조하는 경우 Lemon의 peel 호출 Fruit peel() Lemon

클래스 설계

클래스 설계는 어떻게 ? 좋은 클래스 설계는 어떤 것일까 ? 클래스 계층구조는 변화에 따라 확장 혹은 수정된다. 가능하면 공통적인 것들은 상부에 위치하는 것이 좋다. 왜 ? 클래스 계층구조는 변화에 따라 확장 혹은 수정된다. 모든 상황에 맞는 좋은 클래스 계층구조는 없다.

상속을 위한 설계 상속은 객체-지향 설계에서 중요한 부분이다 시간을 투자해서 좋은 소프트웨어 설계를 하면 장기적으로 득 이 된다. 적절하게 설계된 상속 관계는 소프트웨어의 품격, 유지성, 재 사용에 크게 기여할 수 있다. 좋은 소프트웨어 설계와 관련된 몇 가지 문제들을 요약해보자.

상속을 통한 다형성 한 부모의 자식 클래스가 다른 클래스의 부모 클래스가 되어 계층구조 형성 StaffMember 계층구조 Executive Hourly Volunteer Employee

클래스 계층구조 형제 클래스(siblings) 클래스 계층구조 어떻게 만들 것인가? 같은 부모의 자식 클래스들 클래스 계층구조 어떻게 만들 것인가? 클래스 계층구조에서 공통적인 기능들을 가능하면 높이 위치 시킨다. 상속된 멤버들은 계속해서 아래로 상속된다. 따라서 자식 클래스는 모든 조상 클래스들로부터 상속 받는다. 모든 상황에 적절한 클래스 계층구조는 없다.

Object 클래스 Object 클래스 Object 클래스가 포함한 유용한 메쏘드 Java 표준 라이브러리의 java.lang 패키지에 정의되어 있다. 모든 클래스는 Object 클래스로부터 상속받는다. 부모를 선언하지 않으면 Object 클래스의 자식 클래스가 된다. Object 클래스가 포함한 유용한 메쏘드 toString() equals()

Java Generic

Java Generic Programming Java has class Object Supertype of all object types This allows “subtype polymorphism” Can apply operation on class T to any subclass S <: T Java 1.0 – 1.4 do not have templates No parametric polymorphism Many consider this the biggest deficiency of Java Java type system does not let you cheat Can cast from supertype to subtype Cast is checked at run time

Example generic : Stack Stacks possible for any type of object For any type t, can have type stack_of_t Operations push, pop work for any type In C++, would write generic stack class template <type t> class Stack { private: t data; Stack<t> * next; public: void push (t* x) { … } t* pop ( ) { … } }; What can we do in Java?

Java 1.0 vs Generics class Stack<A> { class Stack { void push(A a) { ... } A pop() { ... } ...} String s = "Hello"; Stack<String> st = new Stack<String>(); st.push(s); ... s = st.pop(); class Stack { void push(Object o) { ... } Object pop() { ... } ...} String s = "Hello"; Stack st = new Stack(); ... st.push(s); s = (String) st.pop();

Why no generics in early Java ? Many proposals Basic language goals seem clear Details take some effort to work out Exact typing constraints Implementation Existing virtual machine? Additional bytecodes? Duplicate code for each instance? Use same code (with casts) for all instances Java Community proposal (JSR 14) incorporated into Java 1.5

JSR 14 Java Generics(Java 1.5, “Tiger”) Adopts syntax on previous slide Adds auto boxing/unboxing User conversion Automatic conversion Stack<Integer> st = new Stack<Integer>(); st.push(new Integer(12)); ... int i = (st.pop()).intValue(); Stack<Integer> st = new Stack<Integer>(); st.push(12); ... int i = st.pop();

Implementing Generics Type erasure Compile-time type checking uses generics Compiler eliminates generics by erasing them Compile List<T> to List, T to Object, insert casts “Generics are not templates” Generic declarations are typechecked Generics are compiled once and for all No instantiation No “code bloat”

추상 클래스

추상 클래스(Abstract Class) 추상 클래스란 무엇인가? 포괄적인 개념을 표현하기 위한 클래스로 아직 덜 구현된 클래스 추상 메쏘드를 포함한 클래스를 보통 추상 클래스로 정의한다. 추상 메쏘드가 아닌 완전히 구현된 메쏘드도 포함 가능 추상 클래스는 실체화될 수 없다. abstract 조정자 사용 public abstract class Product { abstract method1(); method2() { … } // contents }

추상 클래스 자식 클래스가 부모 클래스의 추상 메쏘드를 구현한다. 구현하지 않으면 자식 클래스도 여전히 추상 클래스가 된다. 추상 메쏘드는 final이나 static으로 선언하면 안됨 추상 클래스 용도 클래스 계층구조에서 실체화하기에 너무 포괄적인 공통 요소들을 계층구조에 위치시킬 수 있도록 해준다.

추상 클래스: 예

Volunteer.java

인터페이스

인터페이스(interface) 설계할 클래스들에 대한 명세(specification) 인터페이스 추상 메쏘드와 상수만으로 구성된다. abstract 키워드는 필요 없다.

추상 클래스와 인터페이스 차이점 상속 관련 차이점 추상 클래스는 일부 메소드는 구현 인터페이스는 전혀 구현되어 있지 않음 추상 클래스를 이용하는 경우에는 단일 상속만 지원 인터페이스는 다중 상속 (multiple inheritance) 가능

interface is a reserved word None of the methods in an interface are given a definition (body) public interface Doable { public void doThis(); public int doThat(); public void doThis2 (float value, char ch); public boolean doTheOther (int num); } A semicolon immediately follows each method header

인터페이스 인터페이스를 구현한 클래스 implements 인터페이스 내의 메쏘드 인터페이스로부터 객체 생성 불가 ! 모든 추상 메쏘드를 구현해야 한다. implements class class-name implements interface-name { } 인터페이스 내의 메쏘드 모두 public and abstract 인터페이스로부터 객체 생성 불가 !

인터페이스 public class CanDo implements Doable { public void doThis () // whatever } public void doThat () // etc. implements is a reserved word Each method listed in Doable is given a definition

인터페이스: 예 예)DrawableCircle

인터페이스: 예 예제 : Drawable.java 1 import java.awt.Graphics; 2 3 interface Drawable { 4 void paint(Graphics g); 5 } 예제 : DrawableCircle.java 1 import java.awt.*; 3 class DrawableCircle extends Circle implements Drawable { 4 protected int x, y; …… 16 public void paint(Graphics g) { 17 g.drawOval(x-r, y-r, 2*r, 2*r); 18 } 19 }

예제 : DrawApplet.java 1 import java.awt.*; 2 import java.applet.*; 3 4 public class DrawApplet extends Applet { 5 Drawable drawable[]; 6 7 public void init() { 8 drawable = new Drawable[3]; 9 drawable[0] = new DrawableCircle(45, 45, 30); 10 drawable[1] = new DrawableRectangle(25, 25, 40, 65); 11 drawable[2] = new DrawableCircle(90, 70, 60); 12 } 13 14 public void paint(Graphics g) { 15 int n = drawable.length; 16 for(int i=0; i< n; i++) { 17 drawable[i].paint(g); 18 } ………..

인터페이스 특성 인터페이스의 멤버필드는 디폴드로 static, final로 선언 값을 변경하려는 시도는 컴파일 시에 에러를 발생 인터페이스를 구현한 클래스는 인터페이스의 멤버필드를 사용할 수 있다. 인터페이스 사이의 상속 가능 클래스와 마찬가지로 키워드 extends를 사용 interface ScaledDrawable extends Drawable{…..}

C++

C++ : 상속 class B { public: int x; char f(); B(); } class D: public B { // D derived from B int x; // D::x is added, B::x is inherited int g(); // added member function

C++ : Public 상속 구문 자식 클래스에서 가시성 부모클래스 public protected private 자식클래스 class <derived> : public <base> { <member-declarations> } 자식 클래스에서 가시성 부모클래스 public protected private 자식클래스 inaccesible

C++: Private 상속 상속된 멤버는 자식클래스에서 전용(private)이 된다. 상속된 멤버의 가시성 class <derived> : private <base> { <member-declarations> } 상속된 멤버의 가시성 부모클래스 public protected private 자식클래스 inaccesible

C++ : Virtual 함수 C++의 가상 함수(virtual function) 자식클래스에서 재정의될 수 있는 함수 모든 java 메쏘드는 virtual !! C++의 순수 가상 함수(pure virtual function) Java의 추상 메쏘드(abstract method) 자식클래스에서 정의되는 함수 가상 함수 호출 객체에 타입에 따라 동적 바인딩 된다.

C++ : 동적 바인딩 class B { public: } virtual char f() { return ‘B’; } char g() { return ‘B’; } char testF { return f(); } char testG { return g(); } } class D: public B { // D derived from B char f() { return ‘D’; } char g() { return ‘D’; }

C++ : 동적 바인딩 main() { D d; print d.testF(), d.testG(); }

구현

객체 구현 객체는 구조체(레코드)처럼 메모리가 할당된다. 동적 바인딩 접근 가능성 검사 각 실체 변수에 대한 메모리 할당. 가상 메쏘드 테이블(Virtual method table) 이용 각 객체는 이 테이블에 대한 포인터를 갖는다. 접근 가능성 검사 접근 가능성 검사는 컴파일 시간에 이루어진다.

메쏘드 테이블(Method Table) 메쏘드 테이블 메쏘드 호출 구현 각 클래스마다 메쏘드 테이블이 하나씩 있다. 클래스의 모든 가상 메쏘드는 하나의 인덱스를 갖는다. 각 인덱스의 내용은 해당 메쏘드 코드의 주소 메쏘드 호출 구현 대상 객체의 메쏘드 테이블 포인터를 따라간다. 해당 인덱스의 메쏘드 주소를 따라간다. 그 주소로 점프한다.

메쏘드 테이블 상속과 재정의 서브클래스는 수퍼클래스의 메쏘드 테이블을 상속받는다. 메쏘드가 재정의되면, 해당 메쏘드 테이블을 갱신하다.

클래스와 메쏘드 테이블 Method table of A Method table of B class A { int foo() {…} void bar() {…} }; class B extends A { float boo() {…} address of foo() address of bar() 1 Method table of A address of foo() address of bar() 1 address of boo() 2 Method table of B

메쏘드 호출 예 Object reference variable Objects Method tables Data address of foo() A a = new A(); a.foo(); …. a = new B(); a.foo(); a.bar(); 1 address of bar() new A( ) a Data new B( ) address of foo() 1 address of bar() 2 address of boo()