2017년 7월 7일 금요일

[Java] enum(Enumeration) 클래스

비교를 위한 상수가 필요하다면 어떻게 할까, 예를들어 옷집의 옷사이즈 small, medium, large 사이즈가 있다고 하자. small = 1, medium = 2, large = 3 이런식으로 정수형 상수로 대체하는것도 한가지 방편이다. 하지만 이런 방식은 상수(Constant)가 많아지면 많아질수록 사용자의 실수로 인해 에러를 만들 가능성이 존재한다. 또 코드를 수정하게 되면 엄청 골치아플것이다. 그래서 Java SE 1.5버젼부터 더 좋은 enum 클래스가 만들어졌다.
만약 무언가를 비교하기 위한 상수가 필요하다면 enum 클래스를 이용해 상수를 생성할 수 있다.


public enum Size {
    SMALL, MEDIUM, LARGE;
}
간단하게 Small 사이즈, Medium 사이즈, Large 사이즈를 위한 상수를 생성했다. 그냥 3줄짜리 클래스인데 가능하다. 이 enum 클래스에서 생성되는 인스턴스는 위 코드에
열거된 3개뿐이고, 이런 enum 클래스를 이용해서 새로운 객체를 생성하는것은 불가능하다. 그래서 enum 클래스의 인스턴스를 비교할려면 equals 같은 메소드를 쓰지 않고 그냥 연산자 "=="로 쉽게 비교가 가능하다.


Size x = Size.SMALL;
Sise y = Size.SMALL;
Size z = Size.LARGE;
x==y // true
x==z // false

또 원한다면 생성자 함수와 원하는 데이터 필드를 추가해 enum 클래스를 약간 손볼수도 있다. 다만 생성자 함수는 열거된 상수(Constant)들이 생성될때만 한번 호출된다. 그렇기 때문에 컴파일 시점이 지난 후에는 호출할 수 없다. 물론 accessor 메소드들은 언제든 접근이 가능하다.


public enum Size {
    SMALL("S"), MEDIUM("M"), LARGE("L");
    
    private String keyword;
    private Size(String k){
    this.keyword = k;
    }
    public String getKeyword(){
    return this.keyword;
    }
}

모든 열거된 형(Small, Medium, Large)들이 Enum 클래스를 상속한다. 그렇기 때문에 Enum 클래스에서 정의된 메소드들을 사용할 수 있다. 가장 자주 사용되는것은 toString 메소드로, 해당 타입의 이름을 반환한다. Size.SMALL.toString은 String 타입 "SMALL"을 반환하게 된다. 물론 오버라이딩해서 새로 정의할수도 있다. 이걸 반대로 이용하는 메소드는 valueOf 메소드 이다. 파라미터로 원하는 enum 클래스와 해당 타입의 이름값을 주면 그 상수를 반환한다.


Size.SMALL.toString(); // SMALL
Size.LARGE.toString(); // LARGE
Size.MEDIUM.toString(); // MEDIUM
Size x = Enum.valueOf(Size.class, "SMALL"); //Size.SMALL
Size y = Size.SMALL;
x == y // true

모든 enum 인스턴스는 static 속성을 가진 values 메소드를 가지고 있다. 이 메소드는 해당 클래스에 열거된 상수들의 배열을 반환한다. 또한 ordinal 메소드는 상수들의 배열에서 각 상수의 인덱스를 반환한다.


Size[] values = Size.values(); // {Size.SMALL, Size.MEDIUM, Size.LARGE}를 반환한다.
Size.MEDIUM.ordinal(); //1을 반환함
Size.SMALL.ordinal(); //0을 반환함
Size.LARGE.ordinal(); //2을 반환함

2017년 7월 6일 목요일

[Java] 추상 클래스(Abstract Class)와 추상 메소드(Abstract Method)

상속(Inheritance)이란 개념에 대해 조금 더 이야기해보자. 클래스가 클래스를 상속할때, 상위클래스로 올라가면 올라갈수록 클래스가 보편적(General)이게 되고 그렇기 때문에 더 추상적(Abstract)이게 된다. 어떠한 한 지점에 도달하게되면, 상위 클래스는 너무 보편적인 클래스가 되어버려 어떤 객체가 상속해도 될정도로 보편적인 기능들을 가지게 된다. 만일 우리가 회사 인사업무 프로그램을 설계한다면 Person 클래스는 매우 보편적인 객체가 되어버려, Employee, Manager, Executive, Boss, Intern 등의 어떤 클래스든 상속할수 있는 그런 객체가 될것이다. 자바 프로그램에서는 Object라는 클래스가 모든 클래스의 상위 클래스가 된다.

이런 상위클래스의 추상성과 보편성을 이야기하는 이유는, 어떤 분야의 객체들을 설계할 때, 그 객체들이 모두다 가지는 공통기능이 있을것이고, 이런 공통 기능들을 모은 최상위 수퍼클래스를 설계함으로 하위 클래스들의 부담을 줄일 수 있기 때문이다. 예를들어, 학교 인사업무 프로그램에서 Person 클래스는 모든 종류의 직원 클래스들과 학생 클래스들의 최상위 클래스가 된다. Person 클래스를 상속하는 Student, Employee 클래스, Employee 클래스를 상속하는 Professor, Manager, Executive 클래스, 뭐 이런식으로 계속 계층적 구조가 이어질것이다. 이 경우에 모든 직원 클래스들은 이름이란 데이터 필드를 가지게 되고, name 필드와 이에대한 acccesor, mutator 메소드들은 Person 클래스에 존재해도 잘 작동하게 된다. 그리고 모든 섭클래스마다 name 필드와 메소드들을 추가해줄 수고도 덜게된다.

그런데 만약에 Student, Employee, Professor 등의 클래스의 각 객체의 정보를 종합해 반환하는 getInfo 메소드가 필요할때, 이 getInfo 메소드를 Person 클래스에 추가해야될까? Person 클래스는 단순히 "이름" 정보만을 가지고 있는 클래스이고 getInfo 메소드가 반환해야하는 정보를 종합하기에는 가진 정보가 많이 부족한 클래스이다. 하지만 섭클래스들은 이 메소드를 무조건 가져야하고 우리는 최상위 수퍼 클래스인 Person 클래스에 이 메소드를 추가함으로써 Person 타입에서도 해당 메소드를 호출할수있게 해야할 필요가 있다. 물론 getInfo 메소드가 그냥 이름만을 반환하거나 빈 String 객체를 반환하도록 해도 된다. 하지만 더 좋은 방법이 있다. abstract 키워드를 이용해 해당 메소드를 추상메소드로 정의한다면, 메소드의 내용을 적지 않아도 Person 타입 변수에서 해당 메소드를 호출하는게 가능하다. 그리고 이런 abstract 메소드를 하나라도 가진 클래스는 abstract 클래스가 되게되고 abstract 키워드를 클래스 선언에 포함해야된다.


public abstract class Person {
 private String name;
 private int age;
        ... 
 public abstract void getInfo();
        ...
}

abstract 메소드가 섭클래스에서 정의될 메소드들을 미리 기안을 짜놓는다고 생각하면 된다. abstract 클래스를 상속할때, 섭클래스는 abstract 메소드들을 정의하거나 아니면 정의되지 않은 상태로 놔둘 수 있다. 하지만 정의하지 않은 abstract 메소드가 있다면 섭클래스도 abstract 클래스가 된다. 추상(abstract) 클래스에서는 인스턴스 생성이 불가능하다. 즉 우리는 Person 클래스의 생성자 함수를 호출해 Person 타입 객체를 생성하지 못한다. 물론 Person 클래스의 섭클래스 중 abstract 클래스가 아닌 클래스에서는 생성이 가능하고, 생성된 객체를 Person 타입으로 취급할 수도 있다.


Person p = new Person("Jason", 17); // 에러가 발생한다
Person s = new Student("Jenny", 21); // 정상 작동한다.
System.out.println(s.getInfo()); // 정상 작동한다.

이때 추상형(Abstract Type) 변수 s는 비추상클래스인 Student 클래스의 인스턴스를 참조하므로 정상 작동한다. 그리고 Student 클래스에서 getInfo 메소드도 정의했을테니 Person 타입 변수 s를 통해서 getInfo 메소드도 호출 가능하다. 만약 Person 클래스에 추상 메소드(Abstract Method) getInfo가 없었다면 호출이 불가능했을것이다.

[Java] 메소드 호출(Method Call)과 다이나믹 바인딩(Dynamic Binding)

우리가 메소드를 호출할 때 어떤 일이 일어날까, 왜 수퍼클래스의 메소드를 호출했는데 상속받은 객체의 메소드가 호출되는지를 알려면 자바(Java)에서의 메소드 호출법을 이해해야한다. 예를들어 우리가 클래스 c의 인스턴스인 x 객체의 f(y)라는 함수를 호출한다 가정할 때, x.f(y)이런식으로 호출할것이다. 이때 우리눈에 보이지 않는 컴퓨터세상에서는 어떤일이 일어나는지를 알아보자.
  1. 컴파일러가 선언된 객체의 형(type)과 메소드 이름을 찾아본다. 아마 파라미터만 다르고 f 라는 이름을 가진 메소드들이 많을것이다. 컴파일러는 클래스 c와 c의 수퍼클래스의 모든 메소드f 를 종합한다. 이제 컴파일러가 호출 대상 메소드들을 모두 종합했다.
  2. 컴파일러가 메소드 호출시 제공된 아규먼트(argument)들의 형(type)을 분석한다. 제공된 아규먼트들과 일치하는 파라미터를 가진 메소드 f가 있다면 해당 메소드를 호출한다. 이 과정을 overloading resolution이라고 한다. 참고로 overloading이란 이름은 같으나 파라미터가 틀린, 즉 method signature(메소드 이름+파라미터)가 틀린 메소드들을 선언하는것을 의미한다. 우리 가정상에서는 x가 String 타입일시 f(String x)라는 시그니쳐를 가진 메소드가 호출되고, x가 int 타입이라면 f(int x) 시그니쳐를 가진 메소드가 호출된다. 만약 double형에서 int형으로, 섭클래스 객체에서 수퍼클래스 객체로 타입변환이 필요하다면 이 과정은 조금 더 복잡해지게된다. 만약 컴파일러가 타입변환을 적용하고 서도 파라미터가 일치하는 메소드를 찾지 못했다면 에러가 발생한다. 그렇지 않다면, 컴파일러가 호출할 메소드의 이름과 파라미터 타입을 결정하게된다. 
  3. 만약 메소드가 private, static, final 속성을 가지거나, 생성자(Constructor) 메소드라면, 컴파일러가 바로 해당 메소드를 호출한다. 이 과정을 static binding이라고 한다.
  4. 만약 3번의 경우가 아니라면, 메소드는 implicit parameter, 즉 x 객체의 실제 타입에따라 결정된다.  이 과정을 dynamic binding이라고 한다.
  5. 프로그램이 실행되는동안 메소드 호출을 위해 dynamic binding이 진행될 때, 자바 가상머신은 implicit parameter, x가 참조하는 객체의 실제 타입에 맞는 메소드를 호출하게된다. x의 실제 타입이 클래스 X가 되고, 클래스 X는 클래스 W를 상속한다고 할때, 2번과정에서 찾은 메소드 f들 중에 클래스 X에 선언된 메소드 f가 있다면 그 메소드를 호출한다. 만약 아니라면, X가 상속하는 클래스, 즉 클래스 W에 선언된 메소드 f를 찾아본다. 그게 아니라면 하위 -> 상위 클래스로 선언된 메소드들을 찾아간다. 이 과정은 매우 많은 반복이 이뤄지는 과정이라, 가상머신이 미리 각 클래스의 메소드 시그니쳐들을 모아둔 데이터베이스를 작성하고, 실제로는 데이터베이스를 찾아보는 형식으로 진행된다. 
이게 간략하게 요약한 메소드호출의 과정이다. 물론 더 세세하게 파고든다면 엄청 긴 과정이되겠지만... 

다이나믹 바인딩(Dynamic Binding)은 매우 중요한 특징이다. 다이나믹 바인딩은 원래 있던 코드를 수정하지 않고도 프로그램을 확장할 수 있는 확장성을 준다. 언제든 상속(Inheritance)을 통해 설계를 확장할 수 있기 때문인데, 다이나믹 바인딩이 없다면 메소드 오버라이딩(method overriding)과 같은 상속만의 특성도 작동하기 때문이다.

2017년 7월 5일 수요일

[Java] 상속(Inheritance)과 다형성(Polymorphism)

상속(Inheritance)


객체지향프로그래밍(Object Oriented Programming)에서 중요한 개념인 상속(Inheritance)은 말그대로 객체가 다른 객체를 상속하는 개념이다. 객체가 다른 객체를 상속함으로써, 상속받는 객체는 상속하는 객체의 데이터필드, 메소드에 접근해 사용할 수 있다. 자바도 객체지향 프로그래밍 언어인만큼 상속(Inheritance)이라는 컨셉을 적용한 언어이다. 차량 관리 프로그램에서 차량 객체를 만드는 클래스를 생각해보자. 아마 대부분 차량 객체 하나로 다 잘 만들 수 있을것이다. 하지만, 특수 차량이 존재하고, 특수 차량은 그냥 차량과 달리 특수한 관리가 필요하다고 할때, 아마도 대부분의 경우에는 차량용 객체뿐만 아니라 특수차량용 객체가 별도로 필요하게된다. 이 경우에 객체 설계자는 특수차량 클래스를 완전 새로 적고 기능을 추가할수도 있지만, 특수차량 클래스와 "차량"이라는 특징을 공유하는 유사한 클래스, 즉 차량 클래스에서 프로그래밍 해놓은 데이터필드나, 메소드들을 상속하여 가져와서 사용할수도 있다. 이 상속으로 인해서 특수챠량 클래스와 그냥 차량 클래스는 "is-a" 관계를 가진다. 그러니까 모든 "특수차량"은 "차량"이다라는 관계가 된다. 그리고 추후 차량 클래스를 상속하는 대형차량, 소형차량 등의 다른 섭클래스(Sub-Class)들도 같은 관계에 놓이게 된다. 그리고 상속(Inheritance)은 한 세대에서 끝나는것이 아니라 쭉 이어질 수 있다. 즉 최상위 클래스에서 하위 클래스 몇십개로 이어지는것도 가능하다.

섭클래스(Subclass)는 extends 키워드를 이용해 쉽게 선언할 수 있다.


public class SpecialVehicle extends Vehicle{
...
}

extends 키워드와 상속할 클래스명을 붙임으로써 섭클래스는 상속하는 클래스의 메소드와 데이터필드에 접근할 수 있다. 보통 상속받는 클래스는 subclass, derived class, child class라고 불리며 상속하는 클래스는 superclass, base class, parent class라고 불린다. 보통은 수퍼클래스(superclass)와 섭클래스(subclass)라는 용어가 많이 쓰인다. 위 경우에서는 Vehicle 클래스가 수퍼클래스이며, SpecialVehicle 클래스가 섭클래스이고, 섭클래스가 수퍼클래스인 Vehicle 클래스보다 더 많은 기능을 가진다. SpecialVehicle 클래스가 Vehicle 클래스보다 더 많은 데이터필드와 메소드들을 캡슐화하고 있다. 특수차량은 다른 차량들에 장착되지않은 부스터를 장착하고 있다 가정하자. 그렇다면 SpecialVehicle 클래스는 새로운 데이터필드와 메소드를 가지게된다


public class SpecialVehicle extends Vehicle{
   private String boosterModel;
   ...
   public void setBoosterModel(String b){
      this.boosterModel = b;
   }
   ...
}

사실 메소드와 데이터필드를 추가하는 것은 일반 Vehicle 클래스와 다를게 없다. 하지만 boosterModel 데이터필드와 이 필드의 accessor, mutotar 메소드는 오직 SpecialVehicle 객체를 통해서만 접근이 가능하다. 하지만 원래 Vehicle 클래스가 가지고 있는 model, brand 등의 accessor, mutator 메소드는 SpecialVehicle 객체를 통해서도 접근이 가능하다. 그리고 SpecialVehicle 클래스에서는 Vehicle 클래스의 private 데이터 필드들과 메소드들에도 접근이 가능하다. 이때문에 보통 객체 설계시, 수퍼클래스는 보편적인(General) 메소드들과 데이터필드를 가지고, 섭클래스는 조금 특화된(Specialized) 메소드들과 데이터필드를 가지게된다. OOP에서 공통적인 기능들을 모아 수퍼클래스를 만들어 섭클래스의 부담을 줄이는게 상속의 핵심기능이다.

만일 수퍼클래스가 가진 몇몇 메소드들이 현재 클래스에 맞지 않아 현재 클래스에 특화시킬 필요가 있다면 메소드를 오버라이딩(Overriding) 하면 된다. 예를들어 특수차량에는 일반 보혐료와 추가적인 특수 보험료가 붙는다 가정할 때, 메소드를 오버라이딩하여 수정할 수 있다.


//수퍼클래스
public class Vehicle {
 ...
 private double insuranceFee;
 ...
 public double getInsuranceFee() {
  return insuranceFee;
 }
 ...
}

// 섭클래스
public class SpecialVehicle extends Vehicle{
 ...
 private double specialInsuranceFee;
 ...
 public double getInsuranceFee() {
  return super.getInsuranceFee() + specialInsuranceFee;
 }
 ...
}

우선 Vehicle 클래스의 insuranceFee는 private 변수이다. 그러기 때문에 Vehicle 클래스 내부에서 선언된 메소드들만 접근이 가능하다. 그래서 SpecialVehicle 클래스에서는 직접적인 접근이 불가능하다. 대신 간접적으로 accessor 메소드를 이용해 접근해야 한다. 하지만 메소드의 이름이 둘다 일치한다. 그래서 그냥 해당메소드를 부를 경우에는 그 메소드가 수퍼클래스에 존재해도 현재 클래스의 메소드를 우선적으로 호출하기 때문에, 재귀(Recurrence)현상이 일어나게 된다. 참고로 오버라이딩(overriding)되는 메소드는 수퍼클래스의 메소드 접근자가 public일시 같은 접근자를 가지고 있어야된다. 즉 public이면 public 접근자를 가져야 되고, 그렇지 않다면 컴파일시 에러가 발생한다. 여기서 상위 클래스, 즉 수퍼클래스를 가리키는 super 키워드를 이용해서 상위 클래스를 참조하도록 하면 해결이 된다. 다만 super 키워드는 this 키워드와는 달리 현재 객체를 참조하도록하는게 아니라, 컴파일러에게 직접적으로 수퍼클래스의 메소드, 변수를 참조하도록 요청하는 키워드이기 때문에 this와는 달리 생각해야한다.

super 키워들 이용하면 수퍼클래스의 생성자함수를 이용해 섭클래스의 생성자함수를 완료할 수 있다.


public class SpecialVehicle extends Vehicle{
 ...
 private double specialInsuranceFee;
 ...
 public SpecialVehicle(String brand, String model, double insuranceFee, double specialInsuranceFee,...) {
  super(brand, model, insuranceFee, ...);
                this.specialInsuranceFee = specialInsuranceFee;
                ...
 }
 ...
}

이렇게 super 키워드를 이용해 수퍼클래스의 생성자함수 호출도 가능하다. 참고로 만약 섭클래스의 컨스트럭터가 수퍼클래스의 컨스트럭터를 호출하는 구문이 없다면, 컴파일러는 자동적으로 파라미터 없이 수퍼클래스의 컨스트럭터를 호출하며, 수퍼클래스에 파라미터를 받지 않는 컨스트럭터가 없다면 에러가 발생한다

이제 한번 사용해보자.


Vehicle[] vs = new Vehicle[2];
vs[0] = new Vehicle("Hyundai", "Sonata", 44.6);
vs[1] = new SpecialVehicle("Volvo", "X841", 30, 100.5); //일반보험료 30에 특수보험료 100.5
for(Vehicle e:vs){
 System.out.println(e.getInsuranceFee()); 
}
// 44.6
// 130.5

놀랍게도 Vehicle 타입으로 생성된 배열이지만 Vehicle 타입에 종속된 SpecialVehicle 객체도 배열에 저장할 수 있다.
그리고 보험료 출력시 vs[0] 객체는 일반 보험료를 출력했지만, vs[1] 객체는 특수보험료를 포함한 총 보험료값을 출력했다. SpecialVehicle 타입이 아닌 Vehicle 타입 e 객체를 이용해 메소드를 호출했는데, 프로그램이 알맞은 메소드를 호출해 맞는 결과를 가져왔다. 이렇게 e와 같은 객체 변수가 여러 타입을 참조할 수 있는것을 다형성(Polymorphism)이라고 한다. 그리고 프로그램이 실행되는 시점에서 알맞는 메소드를 호출하는것을 Dynamic Binding이라고 한다.


public class SpecialVehicle extends Vehicle{

 private double specialInsuranceFee;
        ...
 public void setSpecialInsuranceFee(double specialInsuranceFee) {
  this.specialInsuranceFee = specialInsuranceFee;
 }
        ...
}

public class Test {
 public static void main(String[] args) {
  Vehicle[] vs = new Vehicle[2];
  vs[0] = new Vehicle("Hyundai", "Sonata", 44.6);
  vs[1] = new SpecialVehicle("Volvo", "X841", 30, 100.5);
  vs[1].setSpecialInsuranceFee(55.5); 
                // 컴파일 에러가 발생한다
 }
}

한가지 주의할점은 vs[1]을 통해서는 SpecialVehicle 클래스의 메소드를 호출하는것은 불가능하다.
vs[1]이 선언된 타입은 Vehicle이지만 setSpecialInsuranceFee 메소드는 SpecialVehicle 클래스에만 존재하기때문에 그렇다. 즉 Vehicle 타입의 객체는 SpecialVehicle 메소드들중 오버라이딩(Overriding)된 것들만 호출 가능하다.

만약 클래스가 상속되지 못하게 하고싶다거나 상속은 되나 메소드를 수정하지 않았으면 좋겠다면 final 키워드를 이용하면 된다. 예를들어 SpecialVehicle 클래스를 가장 하위 클래스로 만들고 싶다면


public final class SpecialVehicle extends Vehicle{
  ...
}
이 경우에는 클래스 상속도 불가능하고 자동적으로 모든 메소드들이 final 속성을 지니게 된다.

만약 상속되는 SpecialVehicle 클래스나, specialize 메소드를 하위클래스에서 오버라이딩하지 않게 하고싶다면

public final class SpecialVehicle extends Vehicle{
  ...
  public final void specilize(int x){
  ...
  }
}
이 경우에는 클래스 상속은 가능하나 해당 메소드를 오버라이딩하는것은 불가능하다.

다른 자료형처럼 상속관계에 놓여있는 자료형끼리도 캐스팅(Casting), 형변환이 가능하다. 예를들면 double 에서 int로 변환하고 싶다면 double 변수앞에 (int)라는 키워드를 놓아주기만 하면 되듯이, Vehicle형 객체를 SpecialVehicle형 객체로 변환하고 싶다면 (SpecialVehicle) 키워드를 앞에 적으면 된다.


Vehicle[] vs = new Vehicle[2];
vs[0] = new Vehicle("Hyundai", "Sonata", 44.6);
vs[1] = new SpecialVehicle("Volvo", "X841", 30, 100.5);
SpecialVehicle a = (SpecialVehicle) vs[1];

우리는 vs[1] 객체를 통해서는 SpecialVehicle 클래스의 모든 기능에 접근하지 못하지만, a 객체를 통해서는 SpecialVehicle 클래스의 모든 기능을 사용할 수 있다. 자바에서 모든 변수는 형(type)을 가진다. 타입은 변수가 참조하는 객체의 종류와 무었을 할수있는지를 알려준다. 그렇기 때문에 Vehicle 타입의 객체인 vs[1]를 통해서는 SpecialVehicle의 메소드를 호출하지 못한것이다. 그리고 만약 String과 Vehicle 타입처럼 아무런 관계에 있지않은 객체끼리 변환을 시도하면 에러를 얻게 된다.

다형성(Polymorphism)


앞의 상속(Inheritance) 예제를 보면 B 클래스가 A 클래스를 상속할시에 "B는 A다(B is A)" 관계에 놓이게 된다. 만약 이 관계가 아니게되면 A 클래스는 B 클래스를 상속하는것이 아니다. 다른 관계가 있다면, 두 클래스가 교체 법칙(Substitution Principle)에 적용된다는것인데, 만약 적용된다면 프로그램이 언제든디 수퍼클래스의 객체를 원할 때, 섭클래스의 객체가 사용될 수도 있게된다. 정리하자면, B 클래스가 A 클래스를 상속할 때, 프로그램이 B 객체를 A 객체처럼 사용할수도 있다는뜻이다. 이는 자바프로그램에서 객체형(Object Type) 변수가 다형적(Polymorphic)이기 때문이다. 그래서 모든 Vehicle 형의 변수는 위의 예제에서 본것처럼 모든 하위클래스의 객체도 참조할수있다. 위 예제를 보면 Vehicle 타입의 배열에도 SpecialVehicle 타입의 객체가 저장된다.

2017년 7월 4일 화요일

[Java] 패키지(Package)의 개념

자바에서 패키지(Package)란 클래스들의 모음이다. 패키지를 통해 편리하게 프로젝트를 관리할 수 있고 내 코드들을 다른 라이브러리로부터, 또 다른 라이브러리들끼리 서로 구분가능하다. 기본적인 자바 라이브러리 또한 java.lang, java.util. java.net java.awt와 같은 다양한 패키지들를 통해 분류된다. 자바 라이브러리는 우리가 일반 폴더 구조에서 볼수있는 계층적 패키지구조를 가지고 있다. 상위 패키지에 하위패키지가 종속되는 형식이다. 그래서 모든 자바 패키지들은 가장 상위 패키지인 java와 javax 패키지에 종속되어 있다.

패키지(Package)를 사용하는 가장 큰 이유는 클래스명의 고유성을 보장하기 위해서이다. 만약 다른 두 프로그래머가 서로 다른 목적을 가진 클래스를 생성했는데 이름 같다 가정할 때, 서로 다른 패키지를 사용함으로써 충돌을 피할수 있다. 그리고 패키지 이름의 고유성을 보장하기 위해 최상위 패키지명에 "com.muckycode"와 같은 방식으로 인터넷 도메인 주소를 꺼꾸로 사용하기도 한다. 인터넷 도메인은 이미 고유성을 가지고 있기때문에 다른 충돌을 걱정할 필요가 없기 때문이다.

클래스는 같은 패키지내 모든 클래스들과 다른 패키지내 모든 public 클래스들을 사용할수있다. 다른 클래스를 사용하는데는 2가지 방법이 있다.
하나는 클래스 선언전 import 키워들 이용해서 패키지 전부 또는 클래스 1개만을 가져와 사용하는것과, 패키지 전체 주소를 가져와 사용하는것이다.


// 패키지 주소 전체를 이용하는 방식

java.util.Date today = new java.util.Date();
java.util.Date yesterday = new java.util.Date();
위방식은 클래스 사용시마다 매번 주소를 입력해야되기 때문에 엄청 귀찮다. 그래서 보통은 import 방식을 쓰게된다.


// import 키워드를 이용하는 방식

import java.util.*
import java.math.BigInteger;

public class Test {
...
}

import 방식은 하나의 클래스에만 적용가능하지만, * 문자를 이용해서 패키지의 모든 하위 클래스에도 적용이 가능하다.
import 방식을 이용하는것은 편리하지만, 만약 서로다른 패키지가 같은 이름을 가진 클래스를 가지고 있다면 이는 컴파일시 에러로 이어진다. 컴파일러가 무슨 클래스를 로드해야될지 모르기 때문인데, 이를 피할려면 특정 클래스의 주소를 import하는 방식을 사용해야한다. 만약 같은 이름을 가진 클래스들을 모두 사용해야한다면 패키지 전체 주소를 이용하는 방식을 사용해야한다. 예를들면 Date라는 클래스는 java.util 패키지에도 존재하고, java.sql 패키지에도 존재한다. 두 패키지를 모두 사용한다는 가정하에 import 방식을 이용하면


import java.util.*;
import java.sql.*;

public class Test {

 public static void main(String[] args) {
  Date newDate = new Date();
 }
}
// Exception in thread "main" java.lang.Error: Unresolved compilation problems: 
// The type Date is ambiguous
// The type Date is ambiguous

위와 같은 컴파일 에러를 얻게된다. 그래서 이럴때는 import 방식 말고 전체 주소를 이용하는 방식을 이용해야한다.


java.util.Date utilDate = new java.util.Date();
java.sql.Date sqlDate = new java.sql.Date(0);
}

import 방식은 static 클래스, 메소드, 데이터 필드들도 적용이 가능하다.
자주쓰는 System.out 객체는 static 클래스인 System을 import 하거나, static 객체인 System.out을 import하여 간소화할수 있다.


import static java.lang.System.out;
import static java.lang.Math.*;
public class Test {

 public static void main(String[] args) {
  out.println("Test"); //Test
  double x = sqrt(2); // Math.sqrt(2)가 간소화됐다.
  out.println(x); // 1.4142135623730951
 }
}
}

클래스를 패키지에 종속시키려면 클래스 선언전에 package 키워드를 이용해 어떤 패키지에 속해있는지 정해줘야한다. 만약 정해주지 않는다면, 클래스는 기본적으로 "default package"에 속하게 되고 "default package"는 아무런 패키지 이름을 가지지 않는다. 그리고 해당 클래스를 파일 디렉토리상으로도 패키지 구조와 일치하게 이동해야 한다.


package com.muckycode.java.app

public class myMathApp {
...
}

위 클래스는 com.muckycode.java.app 패키지에 속하게 되고, com폴더 -> muckycode폴더 -> java폴더 -> app폴더 내에 존재해야한다.

2017년 7월 3일 월요일

[Java] 메소드 파라미터(Paratmeter) 전달, call by Reference vs Value

메소드를 호출할 때 우리는 파라미터를 전달 할 수 있다. 예를들어, 우리가 자주 쓰는 메소드인 "System.out.println(파라미터)" 도 파라미터를 받아 실행된다. 이런 파라미터를 전달하는 박식은 "call by reference", "call by value"라는 2가지 방식으로 나뉜다.

Call by Value 방식은 간단하다. 단순히 메소드를 호출하는 호출문(caller)이 전달하는 값(value)의 복사값이 메소드에 전달된다. 그러므로 호출된 메소드는 전달받은 변수 값을 변경해도 원래 변수에는 적용되지 않는다. 그에비해 Call by Reference 방식에서는, 메소드가 호출문에서 제공된 변수가 저장된 메모리 참조(Reference)값을 전달받는다. 그러므로 메소드에서 파라미터값을 변경한다면 해당 변수에 모두 적용된다.

이런 Call by ... 단어는 단순이 자바에서만이 아니라 프로그래밍 이론적으로도 메소드 파라미터의 습성을 다룰 때 쓰이는 단어이니 잘 알아두자. 옛 프로그래밍 언어인 Algol 언어에서는 Call by name이라는 개념도 존재했다.

자바(Java)에서는 언제나 Call by Value 방식으로 메소드를 호출한다. 그래서 메소드 내부에서 전달받은 파라미터를 수정하거나 해도 실제 변수에는 적용되지 않는다.


public static void main(String[] args) {
 int test = 0;
 raiseIntBy(test, 3);
 System.out.println(test); // 0
}

public static void raiseIntBy(int x, int y){
 x+=y;
}

test 변수의 값은 변하지 않는다. 우선 raiseIntBy 메소드의 변수 x는 test 변수의 복사값인 0으로 초기화된다. 그리고 x에 y가 더해져서 x는 3이 되었지만, 변수 test의 값은 그대로 0이게 된다. 그리고 메소드가 종료되고, 변수 x의 스코프에서 벗어나게 된다. 원시자료형(Primitive Type)의 경우에는 이런 시나리오로 진행이 되게 된다. 하지만 자바에는 2가지 자료형이 있고, 객체 자료형에서는 다른 결과를 내게 된다.
이는 객체 자료형이 저장하는 값이 원시자료형처럼 자료값이 아닌 자료가 저장된 메모리 참조값(Memory Reference)을 저장하기 때문이다.


// Person 객체를 설계해보자
public class Person {
 private String name;
 private int age;
 public Person(String name, int age) {
  this.name = name;
  this.age = age;
 }
 public String getName() {
  return name;
 }
 public void setName(String name) {
  this.name = name;
 }
 public int getAge() {
  return age;
 }
 public void setAge(int age) {
  this.age = age;
 } 
}

// Test 클래스에서 객체를 사용해보자
public class Test {

 public static void main(String[] args) {
  Person p = new Person("Jason", 22);
  System.out.printf("Name: %s, Age: %d \n", p.getName(), p.getAge());
  // Name: Jason, Age: 22

  changeName(p, "Eva");
  changeAge(p, 33);

  System.out.printf("Name: %s, Age: %d \n", p.getName(), p.getAge());
  // Name: Eva, Age: 33

  Person q = new Person("David", 45);
  System.out.printf("Name: %s, Age: %d \n", q.getName(), q.getAge());
  // Name: David, Age: 45

  swap(p, q);

  System.out.printf("Name: %s, Age: %d \n", p.getName(), p.getAge());
  // Name: Eva, Age: 33

  System.out.printf("Name: %s, Age: %d \n", q.getName(), q.getAge());
  // Name: David, Age: 45
 }

 public static void changeName(Person s, String newName) {
  s.setName(newName);
 }

 public static void changeAge(Person s, int a) {
  s.setAge(a);
 }

 private static void swap(Person a, Person b) {
  Person temp = a;
  a = b;
  b = a;
 }
}

위 코드를 실행하면 객체의 name 변수와, age 변수의 값이 바뀌게 된다. 메소드가 호출될 대, Person sp의 값의 복사값을 받게 된다. 그리고 그 복사값은 p가 가진 객체 참조값과 동일한 값이다. 결국 s와 p는 둘다 같은 참조값을 가지게되고 같은 인스턴스를 참조하게된다. 그리고 둘이 같은 값을 참조하게 되니 둘중 한 객체에 적용되는 변경사항은 둘 모두에게 적용된다.

하지만 swap 메소드를 실행새서 나온 결과를 알다시피 객체를 서로 교체하는 메소드에서는 변경사항이 적용되지 않는것처럼 보인다. 약간 헷갈릴수도 있겠지만, Call by Reference 방식이라면 두 인스턴스가 서로 뒤바뀌는게 맞다. 하지만 Call by Value 방식에서는 앞서 말했듯이 파라미터가 변수의 복사값을 가진다. swap 메소드를 자세히 보자.
  1. 메소드 호출시에 Person 인스턴스 a 와 b는 또다른 Person 인스턴스 p 와 q의 참조값을 복사해 초기화 된다.
  2. 다른 Person temp라는 새로운 인스턴스가 생성되고 a의 참조값을 가지게 된다.
  3. Person 인스턴스 a는 b의 참조값을 가지게 된다.
  4. b는 a의 참조값을 가지게 된다.
  5. 그렇다면 서로 참조값이 바뀌었으니, 서로 바뀌어야하는게 아닌가 싶은데, 실질적으로 인스턴스 a, b는 p, q와는 서로가 참조하는 메모리 주소만 같지 완전 다른 인스턴스이다. 그러니 그 참조값에 저장하는 정보에 적용되는 변경사항이 아니고 인스턴스의 참조값이 변경되는건 적용되지 않는다. 그러면 swap 메소드를 마지막단계까지 진행해보자.

  6. 메소드가 끝나고 인스턴스 a와 b의 스코프(Scope)가 종료되어 a와 b에 접근할 수 없게 된다.
  7. a와 b가 저장하는 참조값은 변했지만 실질적으로 원래 인스턴스인 p와 q는 달라진게 없다.

Call by Value방식을 요약하게되면
  • 메소드는 원시자료형(Primitive Data Type) 파라미터를 변경하는게 불가능하다.
  • 메소드는 객체의 상태(State)를 변경할수있다.
  • 메소드는 객체가 또다른 객체를 참조하게 하는것은 불가능하다.

[Java] static 키워드

자바는 메소드나 데이터를 static 키워드르 붙여 static으로 정의할 수 있다. static은 기본적으로 변수나 메소드가 인스턴스가 아닌 클래스에 속하게 한다.
즉, 인스턴스를 통해 변수에 접근하는게 아니라, 클래스를 통해 접근하고, 이때문에 여러개의 인스턴스에 서로 달리 존재하는 일반적인 변수,메소드와 달리 한개의 클래스에 존재하기 때문에 한개밖에 존재하지 않는다.
위 한문장만 읽으면 조금 헷갈리는데, static 변수와 static 메소드를 각각보면 좀 이해하기 쉽다.


private static int staticVariable;

public static void staticMethod(){
}

일반적인 변수가 객체(인스턴스)당 1개씩 존재하는 반면 static으로 정의된 변수는 클래스당 1개씩 존재한다. 예를들어 vehicle 객체 중 4륜객체가 1이라는 코드를 가지고 이 코드를 저장하는 정수형 변수가 id라고 할때 vehicle 객체는 아래와 같을거다.


public class Vehicle {

   private static int id = 1;
   public static String brand = "Hyundai";
   private String model;

//생성자함수와 다른 mutator, accessor 메소드는 생략
...
}

위의 객체를 생성하고 id 변수와, model 변수에 접근하고, 수정할때 결과를 본다면 아래와 같은 결과가 나온다.


Vehicle a = new Vehicle("Avantte");
Vehicle b = new Vehicle("Prius");

System.out.printf("ID: %d || Model: %s\n",a.getId(),a.getModel());
//ID: 1 || Model: Avantte

System.out.printf("ID: %d || Model: %s\n",b.getId(),b.getModel());
//ID: 1 || Model: Prius

//id 및 model 값 변경
a.setId(2);
a.setModel("Sonata");
 
System.out.printf("ID: %d || Model: %s\n",a.getId(),a.getModel());
//ID: 2 || Model: Avantte

System.out.printf("ID: %d || Model: %s\n",b.getId(),b.getModel());
//ID: 2 || Model: Prius

System.out.printf("브랜드: %s", Vehicle.brand);
//브랜드: Hyundai

위 코드를 실행하게되면, a 객체의 id 변수를 변경했는데, b 객체의 id 변수도 변경된것을 알 수 있다. 이는 id 변수가 static이기 때문이고, static 변수가 아닌 model 변수는 a 객체가 변경되도 b 객체에서 변하지 않는다. 그러니 한 클래스에서 인스턴스화된 모든 객체가 static 변수를 공유한다고 생각하면 된다.
또한 static 변수가 public 으로 선언된다면, 객체생성을 하지 않고, Vehicle.brand처럼 그냥 클래스를 통해 바로 호출이 가능하다.
이런 static 변수들은 보통 final 키워드와 함께 선언되어 Math.PI 변수 처럼 불변(immutable)하는 상수로 이용된다.
우리가 자주쓰는 System.out객체도 static과 final 속성을 가지고 있다. 또한 public 속성과 final 속성을 함께가지는 변수는 객체의 캡슐화를 훼손하지 않는다.

데이터 또는 메소드를 static으로 정의한다면 해당 메소드는 객체에서 실행되지 않는다. 대표적인 예로 Math.pow같은 Math 클래스의 메소드들이 있다. x의 제곱을 계산하는데 우리는 아무 객체도 생성않고 바로 pow 메소드를 호출해 결과값을 반환받는다. 그러니 결과적으로 implicit 파라미터가 필요하지 않다.


public class Vehicle {

   private static int id = 1;
   private static String brand = "Hyundai";
   private String model;

   public static String getBrand(){
   return brand;
   }
//생성자함수와 다른 mutator, accessor 메소드는 생략
...
}

위의 Vehicle 객체에 brand 변수가 private 속성을 가지고 brand 변수에 대한 static accessor 메소드가 존재할 때 우리는 아무런 객체를 생성하지 않고 brand 변수에 접근이 가능하다. 만약 brand 변수의 accessor 메소드가 static 속성을 가지고 있지 않다면 아래와 같이 객체 생성없이 brand 값에 접근할수는 없다.


System.out.println("브랜드: " + Vehicle.brand);
// 브랜드: Hyundai

static 메소드들은 다음과 같은 상황에서 사용하면 된다


  • 메소드가 필요한 모든 파라미터들이 explicit 파라미터로 제공되어 객체의 상태(State)에 접근할 필요가 없을 때
  • 메소드가 클래스의 static 필드에만 접근하면 될때


static 메소드의 대표적인 예는 main 메소드가 있다. main 메소드는 어떤 객체에서도 실행되지 않는다. 다만 프로그램이 실행될때, 아무런 객체도 생성되지 않았기 때문에 main 메소드가 실행되고 프로그램에 필요한 객체들을 생성한다. main 메소드는 어느 클래스든 사용될수 있으니, 객체 설계 후 테스트를 할때도 사용할수있다.

2017년 7월 2일 일요일

[Java] 객체 생성과 캡슐화(Encapsulation)

앞서 말했듯이 객체는 클래스에서 생성된다. 기본적으로 클래스는 아래 형식으로 이루어져있다.

class 클래스이름
{
field1,field2,field3...
constructor1
constructor2
...
method1
method2
...
}

field는 객체가 저장하는 데이터
constructor는 객체를 생성하는 생성자 함수이다.

위의 형식에 따라서 간단하게 중고 자동차 판매 관리 프로그램에 사용될 자동차(vehicle) 객체의 클래스를 만들어보자
간단하게 설계할때, vehicle 객체는 자동차의 브랜드, 모델, 엔진, 사고횟수, 가격등을 저장하게 된다.
생성될때 위 값을 가지고 생성되고, 그 값에 접근하기 위한 accessor 메소드들이 존재한다.
그리고 추후 사고기록을 추가할 경우를 위해 사고기록을 +1하는 메소드를 생성했다.
그외에 다른 정보를 수정할 필요는 없기에, 다른 필드에대한 mutator 메소드들은 존재하지 않는다.
그리고 객체정보를 간략하게 String으로 표현해주는 toString 메소드가 있다.
이 기준에 맞춰 객체를 설계하게되면 아래와 같은 클래스를 적게된다.


public class Vehicle {
 //field
 private String brand, model, engineModel;
 private int price, accidentHistory;

 //constructor
 public Vehicle(String brand, String model, String engineModel, int price) {
  this.brand = brand;
  this.model = model;
  this.engineModel = engineModel;
  this.price = price;
  this.accidentHistory = 0;
 }

 public Vehicle(String brand, String model, String engineModel, int price, int accidentHistory) {
  this.brand = brand;
  this.model = model;
  this.engineModel = engineModel;
  this.price = price;
  this.accidentHistory = accidentHistory;
 }
 
 public String toString(){
  return String.format("브랜드: %s, 모델: %s, 엔진명: %s, 가격: %d," + 
                                      " 사고기록: %d", brand, model, engineModel, price, accidentHistory);
 }
 
 public void addAccidentHistory(int x){
  this.accidentHistory+=Math.abs(x);
 }

 public String getBrand() {
  return brand;
 }

 public String getModel() {
  return model;
 }

 public String getEngineModel() {
  return engineModel;
 }

 public int getPrice() {
  return price;
 }

 public int getAccidentHistory() {
  return accidentHistory;
 }
}

모든 메소드들은 public 키워드를 가진다. public 키워드는 접근 제한자의 한가지로 어떤 클래스의 어떤 메소드든 public 키워드를 가진 메소드를 호출할수 있다는 뜻이다. 하지만 모든 데이터필드를은 private 키워드를 가진다. public과 동일하게 접근제한자이고 private 키워드를 가진 변수는 같은 클래스 안에서만 접근이 가능하다.

생성자 함수는 클래스 이름과 동일한 메소드 이름을 가진다.


public Vehicle(String brand, String model, String engineModel, int price) {
 this.brand = brand;
 this.model = model;
 this.engineModel = engineModel;
 this.price = price;
 this.accidentHistory = 0;
}

public Vehicle(String brand, String model, String engineModel, int price, int accidentHistory) {
 this.brand = brand;
 this.model = model;
 this.engineModel = engineModel;
 this.price = price;
 this.accidentHistory = accidentHistory;
}

이 생성자 함수들은 객체가 생성될때 호출되며, 파라미터로 데이터를 받아 객체에 저장한다.
클래스는 파라미터만 여러개의 다르다면 생성자 함수를 가질 수 있다. 다른 메소드와의 차이점이 있다면, 생성자(Constructor) 함수는 반환(return) 값을 가질 수 없으며, 언제나 new 연산자와 함께 호출된다. 그러므로 이미 생성된 객체의 생성자 함수를 호출할수없다. 그리고 키워드 this는 implicit parameter를 가리킨다.
parameter는 explicit, implicit parameter로 나뉘는데, 예를들어 이 객체에서 addAccidentHistory메소드를 호출할 때에


car.addAccidentHistory(3);

implicit parameter란 Vehicle 형을 가진 객체 car을 뜻하고, explicit parameter란 메소드 이름 뒤 괄호 내부에 있는 값을 뜻한다. implicit 파라미터와 달리 explicit 파라미터는 메소드 선언시, 데이터 타입과 이름을 같이 선언하게된다(public void addAccidentHistory(int x)).
인스턴스의 this 키워드는 모두 implicit parameter를 가리킨다.

인스턴스의 모든 데이터필드는 private 키워드를 가지고 있는데, 이는 자동적으로 인스턴스를 캡슐화한다. 앞서 말했듯이 private 키워드를 가진 변수들은 오직 같은 클래스에서만 접근이 가능하다. 객체가 생성될때 어싸인된 값들은 get 메소드를을 이용해 불러올수는 있지만, private 키워드를 가지고 있기때문에 직접적인 수정이 불가능하다. 만약 필요하다면 addAccidentHistory 메소드 처럼 메소드를 통해서 수정할 수 있다. 만약 개발자가 위의 경우와 같이 사고기록 횟수를 줄이는것을 불가능하게 설계했다면, addAccidentHistory메소드를 통해 사고기록을 늘리는것만 가능하고 줄이는것은 불가능하다.

캡슐화(Encapsulation)을 얻기위해서는 3가지 기준만 충족하면 된다.

  • private 데이터 필드
  • public 접근자(Accessor) 메소드
  • public 수정자(Mutator) 메소드

이로써 얻어지는 이점들은, 우선 클래스 설계에 수정이 필요할 때 해당 접근자(accessor), 수정자(mutator) 메소드의 이름을 제외하고는 모두 다 변경이 가능하다. accessor 메소드란 getBrand처럼 객체의 데이터 필드를 가져오는것이고 mutator 메소드란 객체의 데이터 필드를 변경하는 메소드이다.
예를들어 위 객체에서 price 데이터 필드를 int 에서 double로 변경하고 싶다면, accessor와 mutator 메소드 내용만 변경하면 된다. 객체 사용자의 입장에서는 이 변경을 체감할 수 없다. 그리고 addAccidentHistory에서 주어진 정수의 절대값을 이용해 사고기록 줄이기가 불가능하게 한것처럼, 설계자가 원하는대로 에러를 예방할 수도 있다. 다만 accessor 메소드에서 값을 반환할때 객체는 clone()메소드를 이용해서 복사한 클론을 반환해야한다. 그냥 객체를 반환한다면, 예를들어 Date 객체는 자체에 mutator 메소드를 가지기 때문에 캡슐화(Encapsulation)를 부숴버린다.

또 한가지 알아둬야될것은, 같은 클래스를 이용하는 모든객체들은 서로의 private 데이터 필드에 접근이 가능하다. 그렇기 때문에 아래와 같은 메소드를 위의 객체에 추가해도 제대로 작동하게된다.


public boolean equalPrice(Vehicle v){
   return this.price==v.price;
}


이제 위의 객체를 생성하고 사용해 사용해보자.


Vehicle[] list = new Vehicle[3];
list[0] = new Vehicle("Hyundai", "Sonata", "GDI2.0", 170000000);
list[1] = new Vehicle("Toyota", "Prius", "TOI1.2", 150000000);
list[2] = new Vehicle("Hyundai", "Avantte", "GDI2.0", 80000000, 2);

// 알고보니 현대 소나타 모델이 사고기록이 2번 있었다.
// addAccidentHistory() 메소드를 이용해 기록을 추가해주자
list[0].addAccidentHistory(2);

System.out.println("소나타와 프리우스 가격 일치 여부 : " + list[0].equalPrice(list[1]));
//소나타와 프리우스 가격 일치 여부 : false

// 차량 정보들을 한번보자
for (Vehicle i : list) {
 System.out.println(i.toString());
}

// 브랜드: Hyundai, 모델: Sonata, 엔진명: GDI2.0, 가격: 170000000, 사고기록: 1
// 브랜드: Toyota, 모델: Prius, 엔진명: TOI1.2, 가격: 150000000, 사고기록: 0
// 브랜드: Hyundai, 모델: Avantte, 엔진명: GDI2.0, 가격: 80000000, 사고기록: 2