[JAVA] 다형성에 대해 알아보자 - 다형적 참조와 메서드 오버라이딩☕
김영한의 실전 자바 중급 2편을 수강하면서 List 컬렉션에 대해 살펴보려던 중, List가 다형성과 OCP 원칙을 잘 적용한 예라는 설명을 듣게 되었다. 다형성의 개념에 대해 막연하게만 알고 있던 차라 List의 장점이나 설명이 와닿지 않을 것 같아서 이 참에 먼저 다형성에 대해 정리해보기로 했다.
객체 지향 프로그래밍과 다형성
객체 지향 프로그래밍의 특징에는 추상화, 캡슐화, 상속, 다형성이 있다. 그 중에서도 객체지향 프로그래밍의 꽃이라고 불리는 다형성은 하나의 메소드나 클래스가 있을 때 이것들이 다양한 방법으로 동작하는 것을 의미한다. 예를 들어 붕어빵을 만든다고 생각해보자.
따끈따끈 겨울 간식 붕어빵에는 여러 종류가 있다. 모두 같은 밀가루 반죽을 사용하지만 넣는 재료가 팥이라면 팥 붕어빵, 슈크림이라면 슈크림 붕어빵이 된다. 겉으로 보기에 같은 붕어빵이라도 넣는 재료에 따라 맛도, 식감도 달라지게 된다. 하나의 붕어빵 틀로 여러 가지 재료를 넣어 다양한 붕어빵을 만들어 낼 수 있다.
키보드의 경우도 마찬가지다. ‘누른다’ 라는 행위는 모든 키에 똑같이 적용되지만, 각 키가 수행하는 기능은 모두 다르다.
이렇게 한 객체가 여러 타입의 객체로 취급될 수 있는 것이 바로 다형성이다.
이런 특징이 객체 지향 프로그래밍에서 어떻게 사용될까?
대규모 소프트웨어를 개발할 때 한 기능을 고치기 위해 모든 기능을 수정해야 한다면 비용와 시간이 많이 소모될 것이다. 따라서 마치 레고를 조립하듯 필요한 부분만 갈아 끼울 수 있도록 설계하는 것이 바람직하다. 이를 위해 객체 지향 프로그래밍이 도입되었다. 각각의 객체가 독립적으로 수행되고 메시지를 주고받으며 데이터를 처리함으로써, 기능을 추가하거나 수정하는 경우 해당하는 객체만 교체하도록 프로그램을 설계할 수 있다. 따라서 프로그램을 유연하고 변경이 용이하게 만들 수 있게 된다.
좀 더 자세히 알아보기 위해 다형적 참조와 메서드 오버라이딩을 살펴보자.
다형적 참조
💡 자바에서 부모 타입은 자신은 물론이고, 자신을 기준으로 모든 자식 타입을 참조할 수 있다. 이것이 바로 다양한 형태를 참조할 수 있다고 해서 다형적 참조라고 한다. 이처럼 부모는 자식을 품을 수 있다는 것이 다형성의 핵심이다.
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Parent poly = new Parent();
Parent poly = new Child();
Parent poly = new Grandson(); // Child 하위에 손자가 있는 경우
그러나 주의해야 할 점은 부모 타입이 자식의 기능(메서드)을 사용할 수는 없다는 점이다.
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Parent poly = new Child();
poly.ChildMethod(); // 컴파일 에러
만약 Child가 Parent를 상속받고 있는 경우 부모 타입이 자식을 참조할 수는 있지만 poly.ChildMethod() 는 타입 불일치 에러를 반환한다.
왜냐하면, poly.ChildMethod()를 실행했을 때 먼저 참조값을 통해 인스턴스를 찾고 다음으로 인스턴스 안에서 실행할 타입을 찾아야 한다. 호출자인 poly는 Parent타입이기 때문에 Parent 클래스부터 시작해서 필요한 기능을 찾는다. 상속 관계는 부모 방향으로 찾아 올라갈 수는 있지만 자식 방향으로 찾아 내려갈 수는 없다. Parent는 부모 타입이고 상위에 부모가 없기 떄문에 childmMethod()를 찾을 수 없게 되는 것이다.
다운 캐스팅
만약 Parent가 Child의 기능을 사용하고 싶다면 다운캐스팅을 통해 참조 대상을 Child 타입으로 변경해서 사용할 수 있다. 실행 순서는 다음과 같다.
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Parent poly = new Parent();
Child child = (Child) poly; // 다운 캐스팅을 통해 부모타입을 자식 타입을 변환한 다음 대입 시도
Child child = (Child) x001; // 참조값을 읽은 다음 자식 타입으로 지정
Child child = x001 // 최종 결과
이 때 Parent poly의 타입이 변하는 것이 아니라 해당 참조값을 꺼내고 꺼낸 참조값이 Child이 되는 것이기 때문에 poly의 타입은 변하지 않는다.
❔ 왜 다운 캐스팅은 명시적으로 선언해야 할까?
업캐스팅은 개발자가 명시하지 않아도 자바가 캐스팅 해주는 반면, 다운캐스팅의 경우는 개발자가 명시를 해주어야 한다. 다운캐스팅은 심각한 런타임 오류를 야기할 수 있기 때문이다.
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// 다운캐스팅을 자동으로 하지 않는 이유
public class CastingMain4 {
public static void main(String[] args) {
Parent parent1 = new Child();
Child child1 = (Child) parent1;
child1.childMethod(); // 문제 없음
Parent parent2 = new Parent();
Child child2 = (Child) parent2; // 런타임 오류 - ClassCastException
child2.childMethod(); // 실행 불가
}
}
parent1의 경우 Child 클래스를 참조해 생성하고 있다. 객체를 생성할 때 해당 타입의 상위 부모 타입은 모두 함께 생성되므로 메모리에는 Parent, Child 타입이 모두 존재하게 된다.
parent2의 경우 Parent 클래스를 참조해 생성하고 있다. 따라서 메모리에는 Parent 클래스만 존재한다.
그런데 child2에 Child 클래스로 다운캐스팅한 parent2를 담으려 하고 있다. 자바는 메모리에서 Child 클래스를 찾아보지만 존재하지 않으므로 ClassCastException 런타임 오류를 발생시킨다.
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parent1 instanceof Child // 부모는 자식을 담을 수 있기 때문에 true
parent2 instanceof Child // 자식은 부모를 담을 수 없기 때문에 false
즉, 인스턴스에 존재하지 않은 하위 타입으로 캐스팅하는 문제가 발생할 수 있기 때문에 개발자가 이런 문제를 인지하고 사용해야 한다는 의미로 명시적으로 캐스팅을 해주어야 한다.
메서드 오버라이딩
💡 메서드 오버라이딩은 기존 기능을 덮어 새로운 기능을 재정의 한다. 꼭 기억해야 할 점은 오버라이딩 된 메서드가 항상 우선권을 가진다는 점이다.
다음과 같은 Parent, Child 클래스를 만들고 메서드 오버라이딩에 대해 살펴보겠다.
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public class Parent {
public String value = "parent";
public void method() {
System.out.println("Parent.method");
}
}
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public class Child extends Parent {
public String value = "child";
@Override
public void method() {
System.out.println("Child.method");
}
}
Child에서 Parent의 method()를 재정의했다.
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public class OverridingMain {
public static void main(String[] args) {
// 자식 변수가 자식 인스턴스 참조
Child child = new Child();
System.out.println("Child -> Child");
System.out.println("value = " + child.value);
child.method();
// 부모 변수가 부모 인스턴스 참조
Parent parent = new Parent();
System.out.println("Parent -> Parent");
System.out.println("value = " + parent.value);
parent.method();
// 부모 변수가 자식 인스턴스 참조(다형적 참조)
Parent poly = new Child();
System.out.println("Parent -> Child");
System.out.println("value = " + poly.value); // 변수는 오버라이딩 X
poly.method(); // 메서드 오버라이딩
}
}
자식 변수가 자식 인스턴스를 참조하거나, 부모 변수가 부모 인스턴스를 참조하는 경우 당연하게도 각각 클래스에 존재하는 메서드가 실행된다.
그런데 세 번째 경우를 살펴보자. 부모 타입 변수인 Parent poly가 자식 인스턴스를 참고하고 있다. 이 경우 변수는 원래 타입 Parent의 변수 value = parent를 출력하지만, 메서드는 자식 클래스인 Child에서 재정의된 메서드가 실행되어 Child.method가 출력된다.
이처럼 부모 변수가 자식 인스턴스를 참조하는 다형적 참조를 하게 되면, 먼저 현재 타입에 존재하는 메서드를 찾고 재정의된 메서드가 있는지 검사한 후 있으면 재정의된 메서드를 실행한다. 없으면 가지고 있는 메서드를 사용한다.
이렇게 다형성을 구현하는 데에 중요한 개념인 다형적 참조와 메서드 오버라이딩에 대해 정리해보았다. 다음 포스팅으로는 위 개념들이 다형성을 구현하는데 왜 필요한지, 어떻게 활용될 수 있는지에 대해 알아보자.