6. 객체지향 프로그래밍 I

1. 객체지향언어

객체지향 이론의 기본 개념은 실제 세계는 사물(객체)로 이루어져 있으며, 발생하는 모든 사건들은 사물간의 상호작용이다 라는 것이다.

실제 사물의 속성과 기능을 분석한 다음, 데이터와 함수로 정의함으로써 실제 세계를 컴퓨터 속에 옮겨 놓은 것과 같은 가상 세계를 구현한다.

특징

💡 재사용성과 유지보수 그리고 중복된 코드의 제거의 3가지 관점에서 보는것이 좋다.

1. 코드의 재사용성이 높다.
2. 코드의 관리가 용이하다.
3. 신뢰성이 높은 프로그래밍을 가능하게 한다.

2. 클래스와 객체

클래스

• 정의
  • 객체를 정의해 놓은 것
• 용도
  • 객체를 생성하기 위해 사용

객체

• 정의
  • 실제로 존재하는 사물 또는 개념
• 용도
  • 객체가 가지고 있는 기능과 속성에 따라 다름

객체와 인스턴스

• 클래스 → 객체
  • 클래스의 인스턴스화
  • 어떤 클래스로부터 만들어진 객체를 그 클래스의 인스턴스라고 한다.

구성요소

객체는 속성과 기능 두 종류의 구성 요소로 이루어져 있다. 다수의 속성과 다수의 기능을 갖는다.

• 속성(property)
  • 멤버변수(member variable)
  • 특성(attribute)
  • 필드(field)
  • 상태(state)
• 기능(function)
  • 메서드(method)
  • 함수(function)
  • 행위(behavior)

객체의 예제

단계별로 살펴보기

Tv라는 객체를 두개 만들면 어떻게 될까?

Tv t1 = new Tv();
Tv t2 = new Tv();

위 그림과 같이 각 t1, t2는 각각 다른 객체로 볼 수 있다.

t2에 t1을 대입한다면?

t2 = t1;

t2는 t1의 주소를 가르키게 된다. 기존 t2의 자료는 차후 java의 가비지 컬렉터에 의해 제거되게 된다.

이 개념을 더욱 깊게 알아가기 위해선 Deep Copy와 Shallow Copy를 참고하자.

객체 배열

객체배열 내에는 객체의 주소가 저장된다. 즉 객체 배열은 참조변수들을 하나로 묶은 참조변수 배열이다.

Tv 객체 배열

Tv[] tvArr = { new Tv(), new Tv(), new Tv() };

Array 타입에 클래스를 넣는다는 부분이 실무에서는 거의 사용하지 않아 생소한 문법이라, 책을 보면서 다시금 살짝 놀랐다.

클래스의 다른 정의

프로그래밍 언어에서 데이터 처리를 위한 저장형태의 발전과정은 다음과 같다.

• 비 객체 지향적 코드와 객체 지향적 코드를 비교하면, 분리를 통해 보기 좋은 코드가 됨을 알 수있다.

• 제어자를 이용하여(private) 변수의 값을 직접 변경하지 못하도록 하고 메서드를 통해 값을 변경하도록 작성하면 값의 유효성을 조건문으로 점검한 다음에 유효한 값일 경우에만 변경하도록 할 수 있다.

3. 변수와 메서드

변수의 종류를 결정 짓는 중요한 요소는 변수의 선언된 위치이므로 변수의 종류를 파악하기 위해선 변수가 어느 영역에 선언 되었는지를 확인하는 것이 중요하다.

변수

1. 인스턴스 변수
   • 클래스 영역에 선언
   • 클래스의 인스턴스를 생성할 때 만들어 진다.
   • 인스턴스는 독립적인 저장공간을 가지므로 서로 다른 값을 가질 수 있다.
2. 클래스 변수
   • static을 붙여서 선언한다.
   • 모든 인스턴스가 공통된 저장공간(변수)을 공유한다.
   • 클래스가 매모리에 로딩될때 생성되어 프로그램이 종료될 때 까지 유지되며, public을 앞에 붙이면 전역변수의 성격을 갖는다.
   • 클래스 변수를 사용할 땐 클래스이름.클래스변수의 형태로 사용할 것
     • (ex) Card.width
     • 참조변수를 통해 사용(c1.width) 할 수 있지만 클래스 변수를 인스턴스 변수로 오해하기 쉽기 때문.
3. 지역 변수
   • 메서드 내에 선언
   • 본인이 속한 Scope({}) 내에서만 사용 가능

메서드

특정 작업을 수행하는 일련의 문장들을 하나로 묶은 것.

특징

• 높은 재사용성
  • 한번 만들어 놓은 메서드는 몇번이고 호출할 수 있다.
• 중복된 코드의 제거
  • 동일 로직을 구현할 때 메서드를 호출하는 한 문장으로 대체할 수 있다.
• 프로그램의 구조화
  • 규모가 큰 프로젝트 진행 시 문장들을 작업단위로 나눠 여러개의 메서드에 담아 구조를 단순화 시킬 수 있다.

예시

선언과 구현

메서드는 크게 선언부(header)와 구현부(body)로 이루어져 있다.

메서드의 구조

• 선언부

  • 메서드의 이름
    • 메서드의 기능을 쉽게 알 수 있도록 함축적이면서도 의미있는 이름을 지어야 한다.
  • 반환타입
    • 결과값의 반환타입을 적는다. 반환값이 없는 경우 void를 적는다.

• 구현부

  • return문
    • 반환 타입과 일치하거나 자동 형변환이 가능한 값을 적어준다.
    • 메서드에서 단 하나의 값만 반환 가능하다.
  • 지역변수
    • 메서드 내에 선언된 변수들은 그 메서드 내에서만 사용 가능하다.

  메서드의 호출

  메서드를 호출해야만 구현부({})의 문장들이 수행된다.

  print99danAll(); //메서드 호출
  int result = add(3, 5) //메서드를 호출하고 결과를 result에 저장
  

  • 인자
    • 메서드의 괄호() 안에 지정해준 값들을 인자 또는 인수라고 한다.
    • 인자의 타입, 개수와 순서는 호출된 메서드에 선언된 매개변수와 일치해야 한다.

메서드의 실행흐름

같은 클래스 내의 메서드끼리는 서로 호출이 가능하지만, static 메서드는 같은 클래스 내의 인스턴스 메서드를 호출할 수 없다.

메서드 실행중 다른 메서드가 호출되면 지금까지 실행중이던 메서드는 실행을 잠시 멈추고 호출된 메서드의 문장들이 실행된다.

Return 문

현재 실행중인 메서드를 종료하고 호출한 메서드로 되돌아간다.

1. 반환값이 있는 경우, return문이 없으면 컴파일 에러가 발생한다.
2. 리턴 타입이 다를 경우

JVM의 메모리 구조

• 메서드 영역
  • 프로그램 실행 중 어떤 클래스가 사용되면 JVM은 해당 클래스의 클래스파일(*.class)을 읽어 분석하여 클래스 데이터를 이곳에 저장.
  • 클래스 변수는 이 영역에 생성됨.
• 힙
  • 인스턴스가 생성되는 공간.
  • 인스턴스 변수들이 이 영역에 생성됨.
• 콜스택
  • 메서드의 작업에 필요한 메모리공간을 제공.
  • 메서드가 작업을 수행하는 동안 지역변수들과 연산의 중간결과 등을 저장하는데 사용됨. 메서드가 작업을 마치면 할당된 메모리 공간은 비워진다.

기본형 매개변수와 참조형 매개변수

• 기본형 매개변수
  • 값 복사시 기본형 값이 복사된다.
  • 변수의 값을 읽기만 할 수 있다. (read only)
• 참조형 매개변수
  • 값 복사시 인스턴스의 주소가 복사된다.
  • 변수의 값을 읽고 변경할 수 있다.(read & write)

재귀호출

메서드 내부에서 메서드 자신을 다시 호출하는 것을 재귀호출이라고 하고 재귀호출을 하는 메서드를 재귀 메서드라고 한다.

무한 재귀호출문이 되지 않도록 조건을 걸어 빠져나올 수 있게 한다.

반복 작업을 처리시 먼저 반복문으로 작성해보고 안된다면 재귀호출로 간단히 할 수 없는지 고민해야한다.

왜냐면 재귀호출은 비효율적으로 재귀 호출 비용보다 재귀 호출의 간결함이 주는 이득이 큰 경우에만 사용해야 한다.

예시 (팩토리얼 함수 구현)

• 혹시나 0을 넣게되면 무한반복이 되면서 콜스택에 계속 쌓여 메모리를 넘기게 되는 스택오버플로우 에러가 발생한다.

메서드를 작성할 때 어떤 값이 들어와도 에러없이 처리되는 견고한 코드를 작성해야한다. 매개변수의 유효성 검사는 중요하다.

클래스 메서드와 인스턴스 메서드

메서드 앞에 static이 붙어있으면 클래스 메서드이고, 붙어있지 않으면 인스턴스 메서드이다.

• 클래스를 설계할 때, 멤버 변수중 모든 인스턴스에 공통으로 사용하는 것에 static을 붙인다.
• static 변수는 인스턴스를 생성하지 않아도 사용할 수 있다.
• static 메서드는 인스턴스 변수를 사용할 수 없다.
  • 이미 메모리 상에 클래스가 인스턴스보다 적재되기 때문에 아직 존재하지 않는 인스턴스 변수에 접근이 불가능하다.
• 메서드 내에서 인스턴스 변수를 사용하지 않는다면 static을 붙이는 것을 고려한다.

오버로딩

오버로딩이란?

한 클래스 내에 동일한 메서드 이름이 있더라도 매개변수의 개수 또는 타입이 다르면 같은 이름을 사용하여 메서드를 정의하는 것이다.

조건

• 메서드 이름이 같아야 한다.
• 매개변수의 개수 또는 타입이 달라야 한다.

예시

장점

• 근본적으로 같은 기능을 하지만 다른 타입을 핸들링 해야할 경우 동일한 이름으로 선언할 수 있어 편하다.
• 메서드의 이름을 절약할 수 있다.

가변인자와 오버로딩

💡 {타입}… 변수명으로 정의한다.

• 가변인자는 항상 마지막 매개변수여야 한다.
• 내부적으로 배열을 사용하기 때문에 메서드를 호출할 때마다 배열이 새로 생성된다. 필요한 경우에만 가변 인자를 사용하자.
• 가변인자를 사용한 메서드는 오버로딩시 구별하지 못하는 경우가 생겨 최대한 지양한다.

예시

public PrintStrema printf(String format, Object... args) { ... }

생성자

생성자란?

인스턴스가 생성될 때 호출되는 인스턴스 초기화 메서드이다.

• 생성자의 이름은 클래스의 이름과 같아야 한다.
• 생성자는 리턴값이 없다.
• 생성자도 오버로딩이 가능하다.
• 생성자를 정의하지 않으면 컴파일러가 기본 생성자를 만들어 준다.
  • 혹시나 생성자를 하나라도 만들었다면 기본 생성자는 생성 되지 않으니 참고.

예시

Card c = new Card();

1. 연산자 new에 의해서 힙 메모리에 Card클래스의 인스턴스가 생성된다.
2. 생성자 Card()가 호출되어 수행된다.
3. 연산자 new의 결과로, 생성된 Card 인스턴스의 주소가 반환되어 참조변수에 저장된다.

연산자 new가 인스턴스를 생성하는 것이지 생성자가 인스턴스를 생성하는 것이 아니다.

인스턴스를 생성한 다음 인스턴스변수의 값을 변경하는 것보다 매개변수를 갖는 생성자를 사용하는 것이 더 직관적인 코드를 만들게 된다.

this(), this

this

인스턴스 자신을 가리키는 참조 변수, 인스턴스의 주소가 저장되어 있다.

this()

인스턴스 자신의 생성자를 가리킨다. 같은 클래스의 다른 생성자를 호출할 때 사용한다.

생성자 간에도 서로 호출이 가능하다. 단 아래와 같은 두 조건이 있다.

• 생성자의 이름으로 클래스이름 대신 this를 사용한다.
• 한 생성자에서 다른 생성자를 호출할 때는 반드시 첫줄에서만 호출이 가능하다.

잘못된 예

좋은 예

변수의 초기화

변수를 선언하고 처음으로 값을 저장하는 것을 변수의 초기화 라고 한다.

가능하면 선언과 동시에 적절한 값으로 초기화 하는것이 바람직하다.

멤버변수는 초기화를 하지 않아도 자동으로 기본값으로 초기화가 되지만, 지역변수는 사용하기 전에 반드시 초기화 해야한다.

멤버변수의 초기화 방법

1. 명시적 초기화
2. 생성자
3. 초기화 블럭

명시적 초기화

변수의 선언과 동시에 초기화 하는 것

초기화 블럭

• 인스턴스 초기화 블럭
  • 클래스 내에 스코프({}) 를 만들고 그 안에 코드를 작성한다.
  • 주로 생성자를 이용
• 클래스 초기화 블럭
  • 인스턴스 초기화 블럭 앞에 static을 덧붙이면 된다.
  • 모든 생성자에서 공통으로 수행되어야 하는 코드를 넣음

초기화 시점

• 클래스 변수
  • 클래스가 처음 로딩될 때 단 한번 초기화 된다.
  • 기본값 → 명시적 초기화 → 클래스 초기화 블럭
• 인스턴스 변수
  • 인스턴스가 생성될 때마다 각 인스턴스 별로 초기화가 이루어진다.
  • 기본값 → 명시적 초기화 → 인스턴스 초기화 블럭 → 생성자

출처

자바의 정석