04 클래스와 객체 I

목차

04 클래스와 객체 I

4.1 객체 지향 프로그래밍이란?

• 객체를 사용하는 프로그래밍 방식을 객체 지향 프로그래밍(OOP: Object-Oriented Programming)이라고 한다.
• OOP는 우리가 사는 실세계와 비슷하게 소프트웨어도 작성해보자는 방법론
• 객체들은 객체 나름대로의 고유한기능을 수행하면서 다른 객체들과 상호 작용한다.
• 소프트웨어 개발에서 OOP는 다양한 기능을 하는 소프트웨어 객체들을 조합하여 자기가 원하는 기능을 구현하는 기법

객체

• 객체의 상태 : 객체의 속성
• 객체의 동작 : 객체가 취할 수 있는 동작
• 필드 : 객체 안의 변수
• 메소드 : 객체 안의 함수
• 객체는 필드와 메소드로 이루어져 있는 소프트웨어의 묶음

프로그래밍 기법의 발전

• 어셈블리 → 절차 지향 → 객체 지향 → 함수형
• 절차 지향 프로그래밍에서 어떤 문제점이 있어서 객체 지향 프로그래밍으로 발전되었는지는 더 경험해야 알 수 있음

절차 지향 프로그래밍

• 프로그래밍 패러다임에서 보면 명령형 프로그래밍에 속하는 방법
• 프로시저(procedure)에 기반을 두고 있다.
• 프로그램은 함수(프로시저)들의 집합으로 이루어진다.
• 하향식 설계 : 복잡한 문제를 점점 더 작은 문제로 분해하는 방법
• 문제점 : 가장 중요한 단점이 데이터가 함수와 분리된다는 점
  (절차 지향 언어에서는 변수와 함수를 묶을 방법 자체가 아예 없다.)

객체 지향이 나오게 된 동기

• 기존에는 이미 작성된 수많은 함수와 코드들을 재활용하는 것이 어렵기 때문에, 항상 처음부터 프로그램을 다시 작성
• 객체 지향으로 소프트웨어를 작성 하면 컴퓨터 하드웨어를 조립 하듯,
  부품 하나하나들 한 업체에서 만들지 않고 다른 업체의 부품을 조립하여 사용할 수 있다.

객체 지향 프로그래밍

• 연구가 진행될수록 관련 있는 함수와 데이터를 묶어서 생각해야 한다는 점이 명확해짐
• 캡슐화 : 데이터와 함수를 하나의 덩어리로 묶는 것

절차 지향 vs 객체 지향

• 예시 : 자율 주행 애플리케이션
  • 절차 지향 : 자동차가 주행하거나 멈추는 등의 함수를 작성하는게 중요
  • 객체 지향 : 자동차나 보행자, 신호등 등의 정보가 중심이 되어 객체가 생성되고 이들이 상호작용하면서 프로그램 수행됨

객체 지향 프로그래밍의 특징

캡슐화

• 객체가 하나의 캡슐
• 목적 : 서로 관련된 데이터와 알고리즘을 캡슐에 넣어서 보호한다  

정보 은닉

• 객체의 외부에서는 객체의 내부 데이터를 볼 수 없게 한다는 의미
• 객체 안의 데이터와 알고리즘은 외부에서 변경하지 못하게 막고, 공개된 인터페이스를 통해서만 객체에 접근하도록 하는 개념
• 외부 객체는 객체의 내부 데이터 값에 직접 접근할 수 없으므로, 메소드를 통해 간접적으로 값을 전달받아야 한다.
• 예시) 도서관의 2가지 형태
  • 개가식 도서관 : 방문자가 직접 책을 찾음 → 찾는게 힘들고, 반납시 엉뚱한 곳에 두면 내부 데이터가 망가짐
  • 폐가식 도서관 : 도서관을 관리하는 사서가 있음 → 사서가 책을 찾아 주고 정리하기때문에 안전
• 메소드는 위의 예시에서의 사서 역할을 한다

상속

• 이미 작성된 클래스(부모 클래스)를 이어받아서 새로운 클래스(자식 클래스)를 생성하는 것.
• 부모 클래스를 이용하여 공통적인 속성과 동작을 정의.
• 자식 클래스는 부모 클래스의 모든 속성과 동작을 물려받는다.
• 클래스를 상속받아 자신이 필요한 부분을 변경하여 사용할 수 있다.

다형성

• 동일한 이름의 동작이라고 하여도 객체의 실제 타입에 따라서 동작의 내용이 달라질 수 있다는 것을 의미

추상화

• 불필요한 정보는 숨기고 중요한 정보만을 표현함으로써 프로그램을 간단히 만드는 기법

4.2 클래스와 객체 만들기

클래스란?

• 클래스 : 객체에 대한 설계도. 특정한 종류의 객체들을 찍어내는 형틀(templet) 또는 청사진(blueprint)
• 인스턴스 : 클래스로부터 만들어지는 각각의 객체

클래스 작성

• 클래스는 변수와 함수를 동시에 가지고 있다.
• 클래스 안에 필드와 메소드들을 정의. 이들을 멤버라고 한다.

객체 생성

• 클래스는 객체가 아니고 설계도의 개념이니 설계도를 가지고 어떤 작업을 할 수는 없다.
• 작업을 하려면 객첼르 생성해야함

참조 변수

• 객체를 참조할 때 사용되는 변수. 객체의 참조값(일반적으로 객체의 주소)이 저장됨.

💡 주의할 것 💡
프로그래밍 시 많이 혼동 하는 부분이 선언만 하면 객체가 생성된다고 생각하는 것.
객체를 참조하는 변수를 선언만 하면 단순히 객체의 이름만 정해놓은 것이고,
new 연산자를 이용해야만 비로소 생성된다.

4.3 생성자와 메소드 오버로딩

메소드 오버로딩

• 메소드 오버로딩(중복정의) : 같은 이름의 메소드가 여러 개 존재함
• 다형성을 구현하는 한 가지 방법
• 메소드의 매개 변수로 구별. 따라서 반드시 매개 변수를 서로 다르게 하여야 한다.
• 장점 : 같은 역할을 하는 메소드의 이름을 중복해서 사용할 수 있음

생성자

• 객체가 생성될 때 객체를 초기화하는 특수한 메소드
• 생성자의 이름 = 클래스의 이름
• 반환값을 가지지 않는다. void도 x
• 주로 초기값을 부여할 때 많이 사용되지만 특별한 초기화 절차를 수행할 수도 있다.

기본 생성자

• 매개 변수가 없는 생성자
• 생성자를 하나도 정의하지 않으면 자바 컴파일러가 자동으로 만듬

기본 생성자가 추가되지 않는 경우

• 생성자를 하나라도 정의 했을 경우

this 참조 변수

• this는 현재 객체 자신을 가리키는 참조 변수.
• 생성자에서 매개 변수 이름과 필드 이름이 동일한 경우에 혼동을 막기 위해서 사용.
• 예시) this.radius는 현재 객체가 가지고 있는 필드 radius

this()

• 다른 생성자
• 주로 가장 복잡한생성자를 먼저 작성한 후에, 호출함

this() 사용 시 주의 사항

• 반드시 생성자 안에서만 호출
• 반드시 첫 번째 문장
• 다른 생성자를 호출할 때만 사용

4.4 접근 제어

접근 제어란? 

• 클래스의 멤버에 접근하는 것을 제어하는 것.
• 객체를 잘못 사용하는 것을 방지

자바의 접근 제어 지정자

접근 지정자	해당 클래스 안	패키지	자식 클래스	전체
public	O	O	O	O
protected	O	O	O	X
default	O	O	X	X
private	O	X	X	X

💡  접근 제어를 선택하는 팁
   •  일반적으로 특별한 이유가 없으면 가장 엄격한 접근 제어
   •  상수를 제외하고는 필드에 public 사용 x / 외부 클래스가 필드를 자유롭게 변경하면 코드 변경이 힘듦

접근자와 설정자

• 정보 은닉 : 구현의 세부 사항을 클래스 안에 감추는 것
• 클래스 안에 변수를 선언할 때는 private을 붙이는 것이 좋다.
• 클래스 안에 저장된 필드 값이 꼭 필요한 경우 : getter(접근자) setter(설정자) 메소드 사용

접근자와 설정자를 사용하는 이유

• 접근자와 설정자를 사용해야만 나중에 클래스를 업그레이드할 때 편하다.
• 접근자에서 매개 변수를 통하여 잘못된 값이 넘어오는 경우, 이를 사전에 차단할 수 있다.
• 필요할 때마다 필드값을 동적으로 계산하여 반환할 수 있다.
• 접근자만을 제공하면 자동적으로 읽기만 가능한 필드를 만들 수 있다.

4.5 무엇을 클래스로 만들어야 할까?

요구 사항 문서

• 어떤 회사가 시스템 개발을 의뢰할 때 작업 명세서를 보냄
• 작업 명세서를 바탕으로 요구 사항 문서를 작성
• 요구 사항 문서는 최종 제품에 대한 사용자 요구를 나타낼 수 있을 만큼 구체적이어야 함.
  설계 그룹이 이 문서를 사용하여 설계 단계를 진행할 수 있도록 구체적인 세부 정보를 제공해야 함.

클래스 식별

• 요구 사항이 문서화되면 클래스 식별 과정을 시작할 수 있다.
• 이때, 일단 모든 명사를 클래스 후보로 설정
• 이후, 반드시 필요한 클래스만을 선별
• 예를 들어, 한 단어가 다른 단어의 별칭인 경우 ("아이디" "id")
                   한 단어가 다른 단어의 속성인 경우(계좌 번호는 계좌의 속성)
                   한 단어가 다른 클래스의 인스턴스인 경우

클래스의 속성 결정

• 클래스가 저장해야하는 데이터를 결정

클래스의 동작(책임) 결정

• 클래스가 수행해야 하는 작업을 식별
• 요구 사항 문서에서 동사에 대한 하는 부분이 많음
• 데이터 구조나 알고리즘에 대한 것은 세부 설계 단계까지 남겨두는 것이 좋다.

클래스 간의 관계를 결정한다.

• 대부분의 클래스는 단독으로 존재하지 않고, 다른 클래스와 상호 작용해야 하는 경우가 많다.
• 가장 중요한 결정은 상속, 구성

UML

• 객체 지향 프로그래밍에서도 프로그래머들은 애플리케이션을 구성하는 클래스들 간의 관계를 그리기 위하여 클래스 다이어그램을 사용한다.
• UML : 가장 대표적인 클래스 다이어그램 표기법
  Unified Modeling Language
• UML이 클래스만을 그리는 도구는 아니고 객체 지향 설계 시에 사용되는 일반적인 모델링언어이다.
• UML을 사용하면 소프트웨어를 본격적으로 작성하기 전에 구현하고자 하는 시스템을 시각화하여 검토 할 수 있다.

UML은 Rational software의 Grady Booch, Ivar Jacobson, James Rumbaugh에 의하여 1994~1995년에 걸쳐서 첫 번째 버전이 완성되었다. 1997년에 Object Management Group(OMG)에 의하여 표준으로 채택되었다. 2005년에는 International Organization for Standardization(ISO)에 의하여 ISO 표준으로 채택되었다.

• UML의 구성 요소에는 클래스 다이어그램, 객체 다이어그램, 상태 다이어그램, 시퀀스 다이어그램 등과 같은 많은 다이어그램이 있다.
• 클래스 다이어 그램에서 각 클래스는 사각형으로 그려지고 그 사각형은 세부분으로 나누어져 있다

car

-speed:int -gear:int -color:String

+speedUp():void +speedDown():void

• 필드나 메소드의 이름 앞에는 가시성 표시자가 올 수 있다.

+	Public
-	Private
#	Protected
/	Derived
~	Package

• 클래스 다이어그램에서는 화살표를 사용하여 클래스 간의 관계를 나타낼 수 있다.

관계	화살표
일반화, 상속	ㅡㅡㅡㅡ▷
구현	- - - - - - -▷
구성관계	ㅡㅡㅡㅡ◆
집합관계	ㅡㅡㅡㅡ◇
유향 연관	ㅡㅡㅡㅡ>
양방향 연관	ㅡㅡㅡㅡㅡ
의존	- - - - - - ->

의존 관계

• 점선의 열린 화살표
• 하나의 클래스가 다른 클래스를 사용하는 관계

Mini Project 주사위 게임

주사위 2개를 생성하여 1,1이 나올때까지 반복하여 굴리기

package basic.practice;

public class DiceTest {

	public static void main(String[] args) {
		Dice dice1 = new Dice("주사위1");
		Dice dice2 = new Dice("주사위2");
		int count = 0;
		while (true) {
			count++;
			dice1.roll();
			dice2.roll();
			System.out.println();
			if (2 == dice1.getValue() + dice2.getValue()) {
				System.out.println("(1, 1)이 나오는데 걸린 횟수= " + count);
				break;
			}
		}
	}

}

결과

주사위1= 5 주사위2= 5 
주사위1= 5 주사위2= 3 
주사위1= 1 주사위2= 5 
주사위1= 5 주사위2= 2 
주사위1= 5 주사위2= 4 
주사위1= 3 주사위2= 6 
주사위1= 6 주사위2= 5 
주사위1= 2 주사위2= 1 
주사위1= 3 주사위2= 2 
주사위1= 5 주사위2= 6 
주사위1= 2 주사위2= 1 
주사위1= 5 주사위2= 1 
주사위1= 3 주사위2= 2 
주사위1= 5 주사위2= 4 
주사위1= 4 주사위2= 5 
주사위1= 2 주사위2= 1 
주사위1= 5 주사위2= 6 
주사위1= 4 주사위2= 4 
주사위1= 2 주사위2= 5 
주사위1= 2 주사위2= 4 
주사위1= 4 주사위2= 2 
주사위1= 3 주사위2= 6 
주사위1= 5 주사위2= 3 
주사위1= 2 주사위2= 2 
주사위1= 2 주사위2= 3 
주사위1= 1 주사위2= 1 
(1, 1)이 나오는데 걸린 횟수= 26

Summary

• 객체 지향 방법은 실세계가 객체로 구성되어 있는 것처럼 소프트웨어도 객체로 구성하는 방법론.
• 절차 지향은 함수를 사용하여 프로그램을 작성하는 방법. 함수를 재사용하기가 어렵다.
• 객체 지향을 이루고 있는 핵심적인 개념에는 "캡슐화", "상속", "다형성", "추상화" 등이 있다.
• 캡슐화는 객체의 속성과 동작을 하나로 묶는 것을 의미한다. 내부 구현을 알 수 없게 은닉하는 것도 캡슐화에 포함.
• 상속은 다른 클래스를 재사용하는 강력한 방법.
• 객체는 속성과 동작으로 정의된다. 프로그램에서는 속성은 필드로, 동작은 메소드로 구현된다.
• 클래스는 필드와 메소드로 구성된다.
• 자바에서는 new를 사용하여 객체를 생성한다.
• 객체를 생성하기 전에 반드시 객체를 참조하는 변수를 먼저 선언하여야 한다.
• 메소드 오버로딩이란 이름은 동일하지만 매개 변수가 다른 메소드를 여러 개 정의하는 것이다.
• 생성자는 객체가 생성될 때, 초기화 작업을 담당하는 특별한 메소드이다.
• this는 현재 객체를 가리키는 참조 변수이다.
• this()는 생성자에서 다른 생성자를 호출할 때 사용된다.
• 접근 제어란 외부에서 내부 구현을 알 수 없게끔 감추는 것.

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