[JAVA의 정석] Chapter6. 객체지향 프로그래밍1

객제 지향 언어의 특징

1. 코드의 재사용성이 높다.

새로운 코드를 작성하더라도, 기존의 코드를 이용해 쉬운 작성이 가능하다

2. 코드의 관리가 용이하다

코드간의 관계를 이용하여 적은 노력으로 쉽게 코드를 변경할 수 있다.

3. 신뢰성이 높은 프로그래밍을 가능하게 한다.

제어자, 메서드를 이용해 데이터를 보호하고 올바른 값을 유지하도록 하며 코드의 중복을 제거해 코드 불일치로 인한 오동작을 방지한다

클래스와 객체

• 클래스 → 객체를 정의해 놓은 것, 객체의 설계도 또는 틀

⇒ 객체를 생성하는데 사용하며, 객체는 클래스에 정의된 대로 생성된다.

• 객체 → 실제로 존재하는 것, 사물 또는 개념

⇒ 객체가 가진 기능, 속성에 따라 용도가 다르다.

예시

TV를 보기 위해서는 TV(객체)가 필요

⇒ TV 설계도(클래스)를 통해 TV(객체)를 만든 후 사용 가능

• 하나의 멋진 설계도 제작 → 객체 생성 시 편하게 사용 가능

객체와 인스턴스

• 클래스로부터 객체를 만드는 과정 → 인스턴스
• 클래스로부터 만들어진 객체 → 클래스의 인스턴스
  • 객체 → 인스턴스를 대표하는 포괄적인 의미
  • 인스턴스 → 어떤 클래스로부터 만들어진 것인지 강조하는 구체적인 의미
  • ⇒ 용어의 사용을 명확히 구분하기 보다는, 문맥에 따라 구분하는 것이 좋다.

객체의 구성요소 : 속성과 기능

객체 → 속성과 기능이라는 두가지의 구성요소로 구성된다.

⇒ 속성과 기능의 집합을 말한다.

• 객체가 갖고 있는 속성과 기능 → 객체의 멤버(member)

속성(property)

크기, 길이, 높이, 색상, 볼륨과도 같은 요소에 해당한다.

• 멤버 변수(variable)
  • ex) int channel
• 특성
• 필드
• 상태

기능(function)

켜기,끄기, 볼륨 높이기, 볼륨 낮추기 등이 기능에 해당한다

• 메서드(method)
  • ex) channelUp()
• 함수
• 행위

인스턴스의 생성과 사용

클래스명 변수명; // 클래스 객체를 참조하기 위한 참조변수 선언
변수명 = new 클래스명; // 클래스의 객체 생성 후 객체의 주소를 참조변수에 저장
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Tv t; //Tv 타입의 t를 참조변수로 선언한다
t = new Tv(); // Tv 인스턴스를 생성 후, 생성된 Tv 인스턴스 주소를 참조변수 t에 저장

class Tv {
    // Tv의 속성 (멤버변수)
    String color;        // 색상
    boolean power;        // 전원상태 (on/off)
    int channel;        // 채널

    // Tv의 기능 (메서드)
    void power()    { power = !power; }        // TV를 켜거나 끄는 기능을 하는 메서드
    void channelUp()    { ++channel; }        // TV의 채널을 높이는 기능을 하는 메서드
    void channelDown()    { --channel; }        // TV의 채널을 낮추는 기능을 하는 메서드
}

class TvTest {
    public static void main(String args[]) {
        Tv t;                    // Tv 인스턴스를 참조하기 위한 변수 t를 선언
        t = new Tv();            // Tv 인스턴스를 생성
        t.channel = 7;            // Tv 인스턴스의 멤버변수 channel의 값을 7로 설정
        t.channelDown();        // Tv 인스턴스의 메서드 ChannelDown() 호출
        System.out.println("현재 채널은 " + t.channel + " 입니다.");
    }
}

Tv t;

• TV 클래스 타입의 참조변수 t선언

⇒ 메모리에 참조변수 t를 위한 공간 마련 → 인스턴스가 생성되지 않아 참조변수 자체로는 아무 것도 할 수 없다!

t = new Tv();

• 연산자 new에 의새 Tv 클래스의 인스턴스가 메모리의 빈 공간에 생성

⇒ 위와 같은 주소(가정)에 각 자료형의 기본값으로 초기화가 이루어진다

• t.channel = 7
• 대입연산자에 의해 초기값이 변경된다
• t.channelDown();

t가 참조하는 Tv 인스턴스의 channelDown() 메서드를 호출한 후, channel에 저장된 값을 1을 감소시키게 된다.

인스턴스는 참조변수를 통해서만 다룰 수 있으며, 참조변수 타입은 인스턴스의 타입과 일치해야 한다.

특징

• 같은 클래스로부터 생성되더라도, 각 속성은 서도 다른 값을 유지가 가능하다
  • t1 = t2
  • 위의 예시의 경우, 참조변수는 주소를 저장하게 된다.
    따라서, 각각 같은 값을 가리키는 것이 되므로, t1이 기존에 참조하던 인스턴스는 사용할 수 없다
• Tv t1, Tv t2를 생성하더라도, 서로 다른 값 유지가 가능하다.

⇒ 해당 내용은 가비지 컬렉터에 의해 자동적으로 메모리에서 제거된다

객체 배열

객체를 배열의 형태로 다루는 것 → 배열 안에는 각각의 객체의 주소가 저장된다

즉, 참조변수들을 하나로 묶은 참조 변수 배열이 저장될 것이다.

TV tv1, tv2, tv3;
TV[] tvArr = new Tv[3]; 

• 객체 배열 → 참조변수들의 배열이므로, 객체를 생성해서 사용해야 한다

클래스의 또 다른 정의

객체지향 이론 관점의 클래스 → 객체 생성을 위한 틀, 속성과 기능으로 정의됨

프로그래밍 관점에서의 클래스

데이터와 함수의 집합

변수 : 하나의 데이터를 저장할 수 있는 공간
배열 : 같은 종류의 여러 데이터를 하나의 집합으로 저장할 수 있는 공간
구조체 : 서로 관련된 여러 데이터를 종류에 관계없이 하나의 집합으로 저장할 수 있는 공간
클래스 : 데이터와 함수의 결합(구조체 + 함수)

⇒ 객체지향 언어 → 변수와 함수를 하나의 클래스에 정의해, 관계가 깊은 변수와 함수를 함께 다룸

• C언어 → 문자열은 문자의 배열이 됨
• 자바 → 문자열은 클래스로 다루게 됨

⇒ C와는 다르게 문자열과 문자열을 다루는데 필요한 함수를 함께 묶을 수 있다.

private char[] value;
char[] val = value ; 

위와 같이 사용하면서, 문자열을 다루는 함수까지 함께 불러오는 것이 가능하다.

사용자 정의 타입

프로그래밍 언어에서 제공하는 자료형 외에 프로그래머가 서로 관련 변수를 묶어 하나의 타입으로 새로 추가하는 것이 가능하다.

class Time{
    int hour;
    int minute;
    float second;
}

제어문을 사용해, 내부에서 유효성을 조건문으로 점검한 후 유효한 값일때만 변경하는 등의 작성 또한 가능하다.

변수와 메서드

선언 위치에 따른 변수의 종류

변수의 종류 → 클래스 변수, 인스턴스 변수, 지역 변수

⇒ 각각의 변수는 선언된 위치에 따라 결정 → 어느영역에서 선언되었는지 확인이 필요하다.

class Variables
{
    int iv; // 인스턴스 변수
    static int cv; // 클래스 변수

    void method()
    {
        int lv = 0; // 지역변수
    } 
}

인스턴스 변수

• 멤버 변수 중 static이 붙지 않은 것을 말한다.
• 클래스 영역 선언 → 인스턴스 생성 시 만들어진다

⇒ 인스턴스 변수의 값을 활용하기 위해서는 인스턴스 생성이 필요해진다

• 인스턴스 → 독립적인 저장공간, 서로 다른 값을 가지게 된다.

⇒ 인스턴스마다 고유한 상태 유지하며, 인스턴스 변수로 선언할 수 있다.

클래스 변수

• 멤버 변수 중 static이 붙은 것을 말한다.
• 인스턴스 → 독립적인 저장공간, 클래스 변수 → 공통된 저장 공간을 공유한다.

⇒ 한 클래스 안에 모든 인스턴스들이 공통된 값을 유지해야 하는 경우에 사용한다.

• 인스턴스를 생성하지 않고도 바로 사용이 가능하다. 따라서, class 이름. class 변수의 형태로 사용한다.
• 클래스가 메모리에 로딩될때 생성 → 종료될 때 까지 유지된다.
• public → 프로그램 내에서 어디서나 접근 가능한 전역변수가 된다.

지역 변수

• 멤버변수를 제외한 나머지 변수를 말한다.
  • 멤버변수 → class 영역에서 선언된 변수를 말한다.
• 생성시기 : 변수 선언문이 수행되었을 때에 생성된다.
• 메서드 내에서만 사용 가능, 메서드 종료시 소멸되어 사용 불가능하다.

클래스 변수와 인스턴스 변수

• 클래스 변수 → Card c1, c2가 있을 때 c1 c2에서 값을 공유한다

⇒ c1의 클래스 변수 값을 변경할 때, c2의 클래스 변수의 값도 변화한다.

메서드

사용하는 이유

1. 높은 재사용성

한번 만든 메서드는 몇번이고 호출 가능 → 타 프로그램에서 사용 가능

2. 중복된 코드의 제거

같은 문장들이 여러번 나타나는 것을 방지 가능 → 코드가 짧고, 수정해야 할 코드 양의 감소

3. 프로그램의 구조화

큰 규모의 프로그램 → 문장을 작업단위로 나누어 구조를 단순화 할 수 있다.

메서드의 선언과 구현

반환타입 메서드이름( argument ) // 선언부
{ 
        //구현부
}

⇒ 함수를 만드는 방식과 동일하다. return하려는 타입과 반환타입을 일치시켜 작성하고, 메서드 이름은 변수명 작성 방식과 동일하다.

JVM의 메모리 구조

메서드 영역

• 클래스의 사용 → 클래스에 대한 정보를 해당 영역에 저장한다

⇒ 이때 클래스 변수도 해당 영역에 생성된다

힙

• 인스턴스가 생성되는 공간, 프로그램 실행 중 생성되는 인스턴스는 모두 이곳에 저장된다.

호출 스택

• 메서드의 작업에 필요한 메모리 공간을 제공한다.
• 메서드 호출 → 호출스택에 호출된 메서드를 위한 메모리 할당된다.
  • 메모리 → 메서드가 작업을 수행하는 동안 지역변수, 연산의 중간결과 등을 저장
  • 메서드의 작업 종류 → 할당된 메모리 공간 반환

기본형 매개변수와 참조형 매개변수

• 기본형 매개변수 → 변수의 값을 읽기만 가능
• 참조형 매개변수 → 변수의 값을 읽고 변경 가능

⇒ 포인터와 비슷하게 이해하기, 주소를 넘겨주는 참조형은 값을 변경이 가능하지만, 주소가 아닌 값을 복사해서 넘겨주는 기본형은 읽기만 가능한것과 같다. 즉, 원본에는 아무런 영향을 미칠 수 없다.

참조형 반환타입

static Data copy(Data d){
    Data tmp new Data();
    tmp.x = d.x;
    return tmp;
}

메서드가 객체의 주소를 반환하는 것과 같다

클래스 메서드(static 메서드)와 인스턴스 메서드

클래스를 설계 시 멤버변수 중 모든 인스턴스에 공통으로 사용하는 것에 Static을 붙인다

• 생성된 각 인스턴스는 독립적이다.
  ⇒ 따라서, 각 인스턴스의 변수는 서로 다른 값을 유지하게 된다.

⇒ 같은 값이 유지되어야 하는 변수는 static을 붙여 정의가 필요하다.

 

클래스 변수(static 변수)는 인스턴스를 생성하지 않아도 사용할 수 있다

• static이 붙은 변수는 클래스가 메모리에 올라갈 때 자동적으로 생성된다.

 

클래스 메서드는 인스턴스 변수를 사용할 수 없다

• 인스턴스 변수는 인스턴스가 존재해야 사용이 가능하다.
  • 클래스 메서드 → 인스턴스 생성 없이 호출 가능
  • 클래스 메서드 호출 시 인스턴스가 존재하지 않을 수 있음.
  • ⇒ 따라서, 클래스 메서드에서 인스턴스 변수의 사용은 불가능하다.*
• 인스턴스 변수 or 인스턴스 메서드 → static이 붙은 멤버 사용하는 것이 가능

⇒ 인스턴스 변수의 존재 → static 변수가 이미 메모리에 존재한다는 것을 의미

 

메서드 내에서 인스턴스 변수를 사용하지 않는다면 static을 붙이는 것을 고려한다

• 인스턴스 변수 필요 X → static을 붙이는 것이 호출 시간이 짧아지게 됨.

 

클래스 멤버와 인스턴스 멤버간의 참조와 호출

void instanceMethod(){
}

static void staticMethod2(){
    instanceMethod();// 에러! 인스턴스 메서드 호출 불가
}

• 클래스 멤버간의 참조나 호출 → 문제X
• 인스턴스 멤버 → 객체를생성한 후에만 참조 또는 호출 가능

⇒ 클래스 멤버의 인스턴스 멤버 참조/호출 → 객체 생성 필요

- 인스턴스 멤버간의 호출 → 문제X

⇒ 하나의 인스턴스 멤버 존재한다는 것은 인스턴스가 이미 생성되었다는 의미이다. 

즉, 다른 인스턴스 멤버들도 존재한다는 것을 의미한다.

오버로딩(overloading)

자바 → 같은 이름을 가진 메서드가 있어도 매개변수의 개수, 타입이 다르면 같은 이름을 사용해서 메서드 정의 가능

오버로딩

한 클래스 내에서 같은 이름의 메서들르 여러개 정의하는 것

오버로딩의 조건

1. 메서드 이름이 같아야 한다
2. 매개변수의 개수 또는 타입이 달라야 한다
3. ⇒ (2) 처럼 서로 달라야 구별이 가능해 오버로딩이 가능하다.

단, 반환타입은 오버로딩을 구현하는데 영향X, 오버로딩 메서드는 매개벼수에 의해서만 구별될 수 있다.

오버로딩의 장점

println의 경우 int타입에 대한 프린트, float 타입에 대한 프린트가 다 다르지만, 하나의 println을 사용한다. 따라서 기억에 대한 부담이 적어진다.

가변인자와 오버로딩

가변인자는 타입… 변수명과 같은 형식으로 선언한다.

public PrintStream printf(String format, Object... args)

• 가변인자는 매개변수 중에서도 제일 마지막에 선언한다.

String concatnate(String s1, String s2)
String concatnate(String s1, String s2, String s3)
String concatnate(String... str) //인자 수가 다를 때 이렇게 표현이 가능하다.

• 가변인자 → 내부적으로 배열 사용

⇒ 선언된 메서드 호출 시마다 배열이 새로 생성된다.

주의사항

static String concatenate(String delim, String... args)
static String concatenate(String... args)

• 가변인자를 사용한 메서드의 오버로딩 → 위처럼 구별이 어려워진다는 단점이 존재한다.

⇒ 따라서, 가변인자의 사용은 가급적 하지 않는 것이 좋다.

생성자

생성자는 인스턴스가 생성될 때 호출되는 인스턴스 초기화 메서드를 말한다. 따라서 인스턴스 변수의 초기화 작업에 주로 사용되며, 인스턴스 생성 시 실행되어야 할 작업을 위해 사용한다.

⇒ 인스턴스가 생성될때 초기화를 하기 위해 사용!

생성자의 조건

1. 생성자의 이름은 클래스의 이름과 같아야 한다.
2. 생성자는 리턴값이 없다.

• 연산자 new → 인스턴스 생성 ⇒ 생성자 생성은 X.

Card c = new Card();

1. 연산자 new에 의해 메모리(heap)에 Card 클래스의 인스턴스 생성
2. 생성자 Card()가 호출되어 수행
3. 연산자 new의 결과로 생성된 Card 인스턴스의 주소가 반환되어 참조변수 c에 저장

기본 생성자

class Data1{
    int value;
}

• 인스턴스 초기화 작업 요구 X → 생성자를 정의하지 않고 사용하는 것이 좋음

⇒ 위와같을 때에는 컴파일러가 제공하는 기본 생성자를 사용하게 된다.

매개변수가 있는 생성자

class Data2{
    int value;
    Data2(int x){ //매개변수가 있는 생성자
    value = x;
    }
}
Data2 d2 = new Data2()// 에러
Data2 d2 = new Data2(10); // 에러 X

• 정의된 생성자에 맞추어 초기화 진행 → value = x; 가 실행되기 위해 인자 전달 필요

⇒ 컴파일러 내 기본 생성자 추가 → 클래스 내에 생성자가 없을 때만 추가

생성자에서 다른 생성자 호출하기

아래 조건을 만족할 때, 생성자 간에도 서로 호출이 가능하다

• 생성자의 이름으로 클래스 대신 this를 사용한다
• 한 생성자에서 다른 생성자를 호출할 때는 반드시 첫줄에만 호출이 가능하다

Car (String color){
    door = 5; //첫번째줄
    Car(color, "auto", 4); // 두번째 줄에서 타 생성자 호출
    //this(color,"auto",4)의 형식을 지켜야 함
}

Car(String color, String gearType, int door){
    this.color = color;
    this.gearType = gearType;
    this.door = door;
}

• 생성자의 매개변수 / 선언된 변수의 이름이 같을 때에는 구분하고자 인스턴스 앞에 this를 사용한다.
• this
  • 인스턴스 자신을 가리키는 참조변수로 인스턴스의 주소가 저장된다.
  • 모든 인스턴스 메서드에 지역변수로 숨겨진 채로 존재한다.
• this(), this(매개변수)

생성자, 같은 클래스의 다른 생성자를 호출 시 사용한다.

변수의 초기화

명시적 초기화

int door = 4; // 기본형 변수의 초기화
Engine e = new Engine(); // 참조형 변수의 초기화

초기화 블럭

클래스 초기화 블럭

클래스 변수의 복잡한 초기화에 사용한다

인스턴스 초기화 블럭

인스턴스 변수의 복잡한 초기화에 사용한다

class InitBlock{
    static{ //static을 붙인건 클래스 초기화 블럭}

    { //인스턴스 초기화 블럭 }

}

• 클래스 초기화 블럭 → 클래스가 메모리에 처음 로딩될 때 수행
  • 기본값 → 명시적 초기화 → 클래스 초기화 블럭
• 인스턴스 초기화 블럭 → 생성자와 같이인스턴스를 생성할 때 마다 수행
  • 기본값 → 명시적 초기화 → 인스턴스 초기화 블럭 → 생성자