Java Standard - 객체지향 프로그래밍1

객체지향언어

객체지향언어의 역사

• 객체지향이론의 탄생: 과학실험, 미사일 발사실험과 같은 모의시험을 위해 컴퓨터를 사용했고, 이 시절 과학자들이 모의실험을 위해 실제 세계와 가장 유사한 가상 세계를 컴퓨터 속에서 구현하고자 노력한 것이 객체지향이론을 탄생시켰다.
• 1960년대 중반: 시뮬라(simula) 라는 최초의 객체지향 언어가 탄생
• 1980년대 중반: C++을 비롯해 여러 객체지향언어가 발표, 개발자들의 관심을 끌지만 사용자층이 적음
• 점점 프로그램의 규모가 커지고, 사용자들의 요구가 빠르게 변화 → 절차적 언어로 극복이 어려움, 객체지향이 입지를 조금씩 넓혀감
• 1995년 JAVA 발표, 1990년대 말 인터넷 발전과 함께 크게 유행

객체지향언어

객체지향 언어는 기존의 프로그래밍 언어와 다른 전혀 새로운 것이 아니라, 몇 가지 새로운 규칙을 추가한 발전된 형태로 이러한 규칙을 이용해 코드 간에 서로 관계를 맺어 줌으로써 보다 유기적으로 프로그램을 작성하는 것

객체지향언어의 주요특징

코드의 재사용성이 높다. 새로운 코드를 작성할 때 기존 코드를 이용해 쉽게 작성

코드의 관리가 용이하다. 코드간의 관계를 이용해 적은 노력으로 쉽게 코드를 변경

신뢰성이 높은 프로그래밍을 가능하게 한다. 제어자와 메서드를 이용해 데이터를 보호하고, 올바른 값을 유지하도록 하며 코드의 중복을 제거해 코드의 불일치로 인한 오작동을 방지할 수 있다.

⇒ 개발과 유지보수에 드는 시간과 비용을 획기적으로 개선

객체지향개념을 학습할 때 재사용성 , 유지보수 , 중복된 코드의 제거 관점에서 보면 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

클래스와 객체

클래스와 객체의 정의와 용도

클래스

정의 - 객체를 정의한 것

용도 - 객체를 생성하는데 사용

객체

정의 - 실제로 존재하는 것 (유형: 사물, 무형: 개념)

용도 - 객체가 가지고 있는 기능과 속성에 따라 다름

클래스를 정의하고 클래스를 통해 객체를 생성하는 이유는 설계도를 통해 제품을 만드는 이유와 같다.

객체와 인스턴스

인스턴스화

클래스로부터 객체를 만드는 과정

인스턴스

어떤 클래스로부터 만들어진 객체 ( 객체 = 인스턴스 )

객체의 구성요소 - 속성과 기능

객체는 속성과 기능 두 가지의 구성요소로 이루어져 있다. 그래서 속성과 기능을 객체의 멤버라 한다. 객체에서 속성은 변수로, 기능은 메서드로 표현한다.

속성

멤버변수(member variable), 특성(attribute), 필드(field), 상태(status)

기능

메서드(method),함수(function), 행위(behavior)

→ 속성과 기능을 뜻하는 여러 단어, 밑줄 친 용어를 많이 사용함

인스턴스의 생성과 사용

class TV{
	String color;        // 색상
	boolean power;       // 전원 상태(on/off)
	int channel;         // 채널

	void power(){        // 전원 껏다 키는 기능
		power = !power;
	}

	void channelUp(){    // 채널을 변경(높이는)하는 기능
		++channel;
	}

	void channelDown(){  // 채널을 변경(낮추는)하는 기능
		--channel;
	}
}

class TvTest{
	public static void main(String[] args){
		TV t;              // TV 인스턴스를 참조하기 위한 변수 tv 선언
		t = new TV();      // TV 인스턴스를 생성
		t.channel = 7;     // TV 인스턴스의 멤버변수 channel의 값을 7로 한다.
		t.channelDown();   // TV 인스턴스의 메서드 channelDown()을 호출한다.
	}
}

1. TV t;

   참조변수 t를 선언, 메모리에 참조변수 t를 위한 공간이 마련되지만 참조변수로는 아직 아무것도 할 수 없다.

2. t = new TV();

   연산자 new 에 의해 TV 클래스의 인스턴스가 메모리의 빈 공간에 생성, 각 멤버변수는 자료형에 맞는 기본형으로 초기화 → 대입연산자에 의해 생성된 객체의 주소값이 참조변수 t에 저장(이제 참조변수 t를 통해 TV인스턴스에 접근할 수 있다)

3. t.channel = 7;

   인스턴스의 멤버변수에 7을 저장

4. t.channelDown();

   TV 인스턴스에 있는 channelDown()을 호출해 인스턴스의 멤버변수 channel의 값을 변경

인스턴스는 참조변수를 통해서만 다룰 수 있고, 참조변수와 인스턴스의 타입과 일치해야한다.

객체 배열

객체 역시 배열로 다루는 것이 가능한데, 이를 객체 배열이라고 한다. 객체 배열에는 객체가 저장되는 것이 아니라 객체의 주소가 저장된다.

• 객체를 생성하지 않으면, 참조형의 기본값인 null이 저장되어있음

• 각 배열의 요소에 객체를 생성해 저장시켜야함

클래스의 또 다른 정의

이전에 클래스의 정의는 객체지향이론의 관점이다, 이번엔 프로그래밍적인 관점에서 바라보자.

데이터와 함수의 결합

프로그래밍언어에서 데이터 처리를 위한 데이터 저장 형태의 발전과정

변수

하나의 데이터를 저장

배열

같은 종류의 여러 데이터를 하나의 집합으로 저장

구조체

서로 관련된 여러 데이터, 종류에 관계없이 하나의 집합으로 저장

클래스

데이터와 함수의 결합(구조체 + 함수)

함수는 주로 데이터를 가지고 작업을 하기 때문에, 함수와 데이터의 관계는 깊다.

java에서 String을 클래스로 다루는 이유 문자열을 단순히 문자의 배열로 정의하지 않고, 클래스로 정의한 이유는 문자열과 그것을 다루는데 필요한 함수들을 같이 묶기 위해서 클래스로 정의했다. c언어에서 문자열은 문자의 배열로 다룬다.

사용자정의 타입

프로그래밍 언어에서 제공하는 자료형 이외에 프로그래머가 서로 관련된 변수들을 묶어 하나의 타입으로 새로 추가하는 것을 사용자정의 타입이라고 한다. 다른 프로그래밍 언어에서도 이러한 방법을 제공하며, 객체지향언어에서는 클래스가 곧 사용자 정의 타입이다

class Time{
  private int hour;
  private int minute;
  private float second;
  
  public void setHour(int h){
    if(h<0 || h >23) return;
    hour = h;
  }

  public void setMinute(int m){
    if(h<0 || h >59) return;
    minute = m;
  }

  public void setSecond(float s){
    if(s<0.0f || h >59.99f) return;
    second = s;
  }
}

시간을 표현하는 자료형을 이렇게 생성하고, 제어자를 통해 변수의 값을 직접 변경하는 것이 아니라 메서드를 통해서 값을 변경하도록 한다면 원하는 값의 범위일때만 값을 변경하게 할 수 있다.

변수와 메서드

선언위치에 따른 변수의 종류

변수의 종류를 결정짓는 중요한 요소는 변수의 선언된 위치이다.

인스턴스변수

각각의 인스턴스가 가지는 값이다.

클래스 영역에 선언된다.

인스턴스를 생성할 때 만들어진다.

클래스변수

static 키워드를 인스턴스변수 앞에 붙이면 된다.

모든 인스턴스가 공통된 저장공간(변수)을 공유한다.

클래스가 로딩될 때 생성되어 프로그램이 종료될 때 까지 유지된다.

참조변수의 선언, 객체의 생성과 같이 클래스의 정보가 필요할 때, 클래스는 메모리에 로딩된다.

: 인스턴스를 생성하지 않고도 사용할 수 있다.

public 을 붙이면 프로그램 내에서 어디서나 접근 할 수 있는 전역변수의 성격을 갖는다.

지역변수

선언된 블럭내에 선언되어, 블럭을 벗어나면 소멸하는 변수

클래스변수와 인스턴스변수

예제를 통해 클래스변수와 인스턴스변수에 대해 이해해보자.

예시: 카드 게임에 이용되는 카드를 클래스로 정의, 카드의 속성으로는 카드의 크기(가로,세로)와 무늬와 숫자가 있을 것이다.

클래스변수

카드의 크기, 크기는 모든 카드가 가지고 있는 공통 속성

모든 인스턴스가 하나의 저장공간을 공유하므로 항상 공통된 값을 갖는다.

인스턴스변수

카드의 무늬와 속성, 카드 각각이 가지고 있어야하는 속성

인스턴스가 생성될 때 마다 생성되므로 인스턴스마다 각기 다른 값을 갖는다.

메서드

메서드: 특정 작업을 수행하는 일련의 문장들을 하나로 묶은 것

메서드를 사용하는 이유

높은 재사용성 한번 메서드를 만들어놓으면 몇번이고 호출 할 수 있다. 다른 프로그램에서도 사용이 가능하다.

중복된 코드처리 소스 코드의 길이가 줄어든다. 수정사항 발생시, 수정할 코드의 양이 줄어든다.

프로그램의 구조화 프로그램의 규모가 커질수록 문장들을 작업단위로 나눠 프로그램의 구조를 단순화 시키면, 문제가 발생해도 쉽게 찾을 수 있다.

메서드의 선언과 구현

선언

선언부

선언부는 후에 변경사항이 발생하지 않도록 신중히 작성해야한다.

메서드의 선언부를 변경하게 되면, 호출되는 모든 곳도 같이 변경해야하기 떄문이다.

구성

매개변수 - 메서드가 작업을 수행하는데 필요한 값들을 제공받기 위한 것

이름 - 말 그대로 메서드의 이름, 이름만으로 무슨 작업을 하는지 알 수 있도록 해야함

반환타입 - 작업수행 결과인 반환값의 타입, 반환값이 없다면 void를 적어야함

구현

구현부

메서드 호출시 수행될 문장들

구성

return문 - 반환값을 호출한 메서드로 전달, 단 한개의 값만 반환 할 수 있음

지역변수 - 메서드 내에 선언된 변수들, 메서드 내에서만 사용할 수 있음

메서드의 호출

인자

메서드 호출시 괄호() 안에 지정해준 값들, 원본, 인자의 개수와 순서는 메서드에 선언된 매개변수와 일치해야함

매개변수

메서드에 선언부에 정의되어 있는 변수, 복사본

메서드의 실행흐름

1. 메서드 호출, 호출시 지정한 인자들이 매개변수에 대입(복사)
2. 호출된 메서드가 수행됨
3. 모든 문장의 수행이 완료되거나, return문을 만나면 호출한 메서드로 되돌아 와서 이후 문장들을 수행

return문

실행중인 메서드를 종료하고, 호출한 메서드로 되돌아감 반환값의 유무에 관계없이 모든 메서드에는 적어도 하나 이상의 return문이 있어야 하고, 반환형이 void인 경우 없으면, 컴파일러가 자동적으로 추가해준다.

반환값

반환값에 수식이 온다고해서 수식이 반환되는 것이 아니라 수식의 계산 결과가 반환된다.

매개변수의 유효성 검사

구현부 작성시 가장 먼저 해야하는 일은 매개변수의 값이 적절한 것인지 확인하는 일이다. 이것을 매개변수의 유효성 검사라고 한다.

JVM의 메모리구조

메서드 영역

클래스파일(.class)파일의 정보를 읽어 분석한뒤 클래스에 대한 정보를 저장하는 공간

클래스 변수가 생성되는 공간

힙

인스턴스가 생성되는 공간

인스턴스 변수가 생성되는 공간

호출 스택

메서드의 작업에 필요한 메모리 공간, 메서드가 작업을 마치면 메모리 공간은 반환되어 비워짐

호출 스택 맨 위에 있는 메서드가 현재 실행 중인 메서드, 나머지는 대기 상태

아래에 있는 메서드가 바로 위의 메서드를 호출한 메서드

기본형 매개변수와 참조형 매개변수

기본형

값을 읽기만 가능

값을 복사해서 넘겨받기 때문에, 값을 수정한다고 해도 의미가 없음

참조형

값을 읽고 변경도 가능

인스턴스의 주소를 복사받기 때문에 해당 주소로 인스턴스에 접근해 값 변경 가능

참조형 반환타입

이때도 실제로 반환되는 것은 인스턴스의 주소가 반환되는 것

재귀호출

재귀호출

서드의 내부에서 메서드 자신을 다시 호출하는 것

호출된 메서드는 값에 의한 호출을 통해 원래의 값이 아니라, 복사된 값으로 작업하기 때문에 호출한 메서드와 관계없이 독립적으로 호출 가능함

조건문이 없으면 무한루프로 빠질 수 있기에, 필수적으로 따라 다닌다.

재귀호출은 비효율적: 재귀호출에 드는 비용 < 재귀호출이 주는 간결함 인경우에만 사용할 것

클래스 메서드와 인스턴스 메서드

인스턴스 메서드

인스턴스 변수와 관련된 작업을 하는, 인스턴스 변수를 필요로 하는 메서드

클래스 메서드

인스턴스와 관계없는 메서드

• 구분

  공통으로 유지해야할 값(변수)이 있다면 클래스 멤버로 변경한다.

  메서드 작업내용 중에서 인스턴스 변수를 필요로 하지 않는다면 클래스 메서드로 할 것을 고려한다.

⇒ 어떤 것을 인스턴스 메서드로 클래스 메서드로 선언해야하는지, 그 차이는 무엇인지를 이해하는 것이 중요하다.

인스턴스 메서드는 static메서드보다 실행 속도가 느리다?! 객체를 생성하지 않고 사용가능 하기 때문에 속도가 빠르다?

Static의 단점 GC의 관리를 받지 않음(GC는 Heap메모리만 관리) → 프로그램 종료시까지 가지고 있음 Static은 따로 객체를 생성하지 않고 메모리의 Static영역에 할당된 곳에서 여러 클래스들이 데이터를 불러오기 때문에 데이터들이 캡슐화 되어야한다는 객체지향원칙을 위배함 Static 메서드는 Interface를 구현하는데 사용될 수 없다는 점 → 객체지향원칙을 위배함

클래스 멤버와 인스턴스 멤버간의 참조와 호출

클래스 멤버간 문제 X

인스턴스 멤버간 문제 X

인스턴스 멤버가 클래스 멤버 호출 문제 X

클래스 멤버가 인스턴스 멤버 호출 문제 O

오버로딩

오버로딩이란?

정의

과적하다 라는 뜻으로, 한 클래스 내에 같은 이름의 메서드를 여러 개 정의하는 것을 말함

조건

메서드의 이름이 같아야함

매개변수의 개수 또는 타입이 달라야함

반환타입은 오버로딩을 구현하는데 아무런 영향을 주지 못함, 호출하려고 할 때에는 반환 결과에 대해 예측하지 못하기 때문(ex. 3/2가 실수인 것은 계산을 해봐야 아는 것이지 계산을 하기 전에는 알기 어렵다)

대표적인 예

println() → 각각의 자료형으로 매개변수가 다르게 오버로딩된 메서드를 정의해놓고 있음

오버로딩이 아닌 예시

매개변수의 이름만 다른경우 - int add(int a, int b) 와 int add(int x, int y)

리턴타입만 다른 경우 - int add(int a, int b) 와 long add(int a, int b)

매개변수의 순서만 다른경우 - int add(int a, long b) 와 int add(long a, int b)

⇒ 오버로딩은 주로 같은 일을 하지만, 매개변수를 달리해야 하는 경우에 사용

장점

메서드의 이름을 절약할 수 있음

이름만 보고 같은 기능임을 예측할 수 있음

가변인자와 오버로딩

가변인자

매개변수의 개수를 동적으로 지정해줄 수 있는 기능

문법

타입... 변수명

가변인자를 매개변수 중에서 제일 마지막에 선언해야함(가변인자 인지 아닌지 구별할 방법이 없어서)

특징

가변인자는 내부적으로 배열을 이용

가변인자가 선언된 메서드를 호출할 때마다 배열이 새로 생성됨

매개변수를 배열로했다면 인자값을 반드시 넣어줘야함(null이나 배열의 길이가 0인 배열) 이때, 가변인자를 사용하면 인자값을 넣어주지 않아도 됨

주의점

가변인자를 매개변수로 하는 메서드를 오버로딩 할 때, 다른 메서드와 구분이 되는지 확인해야한다.

void temp(String a, String... args){}
void temp(String... args){}

이 두 메서드는 구분이 되지 않음

생성자

생성자란?

생성자

인스턴스가 생성될 떄 호출되는 인스턴스 초기화 메서드

용도 - 인스턴스 변수의 초기화 작업에 주로 이용, 인스턴스 생성 시 실행되어야 할 작업을 위해

특징 - 이름은 클래스 이름과 같아야함, 리턴값이 없음(void가 아니라 없음), 오버로딩 가능

인스턴스 생성 과정 Object object = new Object();

1. 연산자 new에 의해 heap 메모리에 인스턴스 생성
2. 생성자 Object() 호출되어 수행
3. 연산자 new의 결과로 생성된 인스턴스의 주소가 참조변수에 저장됨

new 연산자 인스턴스의 실제 생성을 담당 생성자는 이보다 이벤트 트리거에 가까운 느낌!

기본 생성자(default constructor)와 매개변수가 있는 생성자

기본 생성자(default constructor)

컴파일러가 제공해주는 생성자, 아무런 내용도 없고 매개변수도 없음

특징 - 아무런 생성자도 정의되어있지 않을때만 컴파일러가 제공을 해주고, 한개의 생성자라도 정의되어 있다면 제공되지 않는다.

매개변수가 있는 생성자

호출 시 매개변수로 값을 넘겨받아, 해당 값으로 인스턴스를 초기화하는 생성자

인스턴스마다 다른 값으로 초기화되어야하는 경우가 많은데 이 때 생성자를 이용해 초기화한다면 코드가 간결하고 직관적

생성자에서 다른 생성자 호출하기

생성자 간에도 서로 호출이 가능함

조건

다른 생성자 호출시에는 this()를 사용

this는 참조변수이고, this()는 생성자로 다른 의미

this는 참조변수로 인스턴스 자기 자신을 의미, 모든 인스턴스 메서드에 지역변수로 숨겨진채 존재

this를 사용할 수 있는 것은 인스턴스 멤버뿐

다른 생성자 호출시에는 반드시 첫 줄에서만 호출이 가능

작업 도중에 다른 생성자를 호출을 하게 된다면, 다른 생성자를 호출하기 이전의 작업내용은 모두 무의미해 질 수 있기 때문

생성자를 이용한 인스턴스의 복사

인스턴스의 복사

두 인스턴스의 모든 인스턴스 변수(상태)가 동일한 값을 갖고 있다는 것을 의미

하나의 클래스로부터 생성된 모든 인스턴스의 메서드와 클래스 변수는 서로 동일

인스턴스간의 차이는 인스턴스 변수 뿐

• 생성자를 이용한 인스턴스의 복사
• 매개변수를 참조변수로 선언한 생성자

Car(Car c){
  this.color = c.color;
  this.gearType = c.gearType;
  this.door = c.door;
}

인스턴스 생성시 고려해야할 사항

1. 클래스: 어떤 클래스의 인스턴스를 생성할 것인가?
2. 생성자: 선택한 클래스의 어떤 생성자를 이용할 것인가?

변수의 초기화

변수의 초기화

변수의 초기화

변수를 선언하고 값을 처음으로 저장하는 것

멤버변수와 배열의 초기화는 선택적, 지역변수는 필수적

어째서 이런 차이가 있는 것일까? 멤버변수는 초기화 블럭, 생성자 에서 초기화 과정을 거치지만 지역변수는 그러한 과정이 없기 때문에 차이가 나는 것 → 이러한 초기화 과정 전에도 처음부터 기본 값으로 초기화 되어있음, 그렇다면 왜 반드시 필요하다고 하는 것일까? 배열은 생성 과정에서 초기화 하는 과정이 포함되어 있어서?

명시적 초기화

명시적 초기화

변수를 선언과 동시에 초기화 하는 것

여러 초기화 방법 중 가장 최선으로 고려 되어야함

보다 복잡한 초기화 작접이 필요할 때에는 초기화 블럭이나 생성자를 사용해야함

초기화 블럭

종류

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

문법

인스턴스 초기화 블럭은 클래스 내에 {} 을 만들고 그 안에 코드를 작성하면 되고, 클래스 초기화 블럭은 그 앞에 static 키워드 덧붙이기를 하면 됨

실행되는 타이밍

• 클래스 초기화 블럭: 클래스가 메모리에 처음 로딩될 때 한번만 수행
• 인스턴스 초기화 블럭: 생성자와 같이 인스턴스를 생성할 때 마다 수행

사용하는 이유

모든 생성자에서 공통으로 수행되어야하는 코드를 넣는데 사용 → 생성자의 중복코드 제거

멤버변수의 초기화 시기와 순서

시점

• 클래스 변수: 클래스가 로딩 될 때, 단 한번
• 인스턴스 변수: 인스턴스가 생성 될 때마다, 각 인스턴스 별로

순서

• 클래스 변수: 기본값 → 명시적초기화 → 클래스 블럭 초기화
• 인스턴스 변수: 기본값 → 명시적초기화 → 인스턴스 초기화 블럭 → 생성자
• 전체적인 흐름 : 클래스 → 인스턴스

클래스의 로딩 시기 JVM에 따라 조금 다를수 있음 클래스가 필요시 로딩하도록 설계 되어있는 방식 실행효율을 위해 사용될 클래스들을 프로그램 시작시 미리 로딩