[Java] 자바 완전 정복_ 10장 클래스의 상속과 다형성 (1)

 

📚 책 소개하기

내가 사용한 자바완전정복 책 링크!
ㄴ 김동형 지음, 이지스퍼블리싱

 

 

 

: 출처 예스24 홈페이지

 

 

 

이 책을 고르게 된 이유는 친구의 추천이었다. 굉장히 꼼꼼하게 적혀있어 이해하기 쉽다는 이유로 친구는 이 책을 골랐다고 했다. 나도 그래서 그냥 따라샀다. 실제로 책을 살펴보니 굉장히 꼼꼼하게 정리되어있다. 다른 책은 본 적이 없어 비교가 불가하지만, 내 생각으론 처음 자바를 공부한다면 이 책을 가지고 충분히 따라갈 수 있을 듯 하다. 모두들 화이팅!!

 

 

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✔️   상속_ 307p

 

• 상속

: 부모 클래스의 멤버(필드, 메서드, 이너 클래스)를 내려받아 자식 클래스 내부에 포함시키는 자바 문법 요소

class Human {
     String name;
     int age;
     void eat() {}
     void sleep() {}
}

class Student extends Human {
    int studentID;
    void goToSchool() {}
}

Human h = new Human();
h.name = "김자바";
h.age = 1;
h.eat;

Student s = new Student();
s.name = "김완전";
s.age = 2;
s.studentID = 12;

클래스를 상속할 때는 extends 키워드를 사용하며, 클래스명 다음에 extends 부모 클래스명(extends Human)으로 표기하면 된다. Student 클래스는 Human 클래스에 없는 필드와 메서드를 추가적으로 구성하면 되는데, 이를 통해 코드의 중복성을 제거하는 장점이 있다. 또한 '학생은 학생이다.' 말고 '학생은 사람이다.' 라는 말이 추가되면서 다형적 표현이 가능해진다. 다형성이란, 1개의 객체를 여러 가지 모양으로 표현하는 것이다.  '사람은 학생이다.' 라는 말을 살펴보면 이는 옳지 않다는 걸 알 수 있다. 상속이 다형성이란 장점을 가지지만 '자식 클래스는 부모 클래스다.' 라는 말이 성립되지 않을 수 있으니 유의해야한다.

Student 클래스는 필드 3개, 메서드 3개를 가지게 된다.

 

 

Q. 코드의 중복 제거를 위해 상속을 사용하는 것이 더 효율적일까?

A. 그것은 아니다. 코드의 중복을 제거하는 것보다 상속을 사용하는 것이 프로젝트를 더 복잡하게 만들 수 있다. 오히려 간단한 코드의 경우 각각의 클래스에 넣어 작성하는 것이 효율적이고 빠를 수 있다.

 

 

 

• 다중 상속

class B {
    int data = 3;
}

class C {
    int data = 4
}

class A extends B, C {
    ...
}

A a = new A();
System.print.out(a.data);

자바는 다중상속을 지원하지 않는다. 그 이유는 클래스 B와 클래스 C에 data 필드를 포함하고 있으니 A 입장에서 어느 data를 가져와야할지 혼동하기 때문이다. 즉 모호성을 발생시키기 때문에 다중상속을 허용하지 않는다.

 

 

 

• 상속할 때의 메모리 구조

class A {
    int m;
    void abc() {}
}

class B extends A {
    int n;
    void bcd() {}
}

B b = new B();

자식 클래스와 부모 클래스는 JVM에 의해 로딩되는데, 이것을 클래스 로딩이라고 한다. 이제 클래스가 로딩되면 메서드 영역에 클래스에 대한 정보를 저장한다. 그 후 실제 객체는 힙 메모리에 생성된다. 처음에 부모 클래스 객체를 생성하고 그 후 자식 클래스에서 추가한 필드와 메서드가 객체에 추가된다. 즉, 자식 클래스 객체의 내부에 부모 클래스 객체가 포함된다.

참조 변수 b는 B 타입으로 선언됐다. 그렇기에 B 타입 객체만을 가리킬 수 있는데, 객체 B 안에는 부모 클래스도 함께 존재하기 때문에  자식 클래스 객체에서 부모 클래스의 멤버를 사용할 수 있게 된다.

 

 

 

• 생성자의 상속 여부

class A {
    A() {
    }
}

class B extends A {
}

생성자는 자식 클래스인 B 클래스에 상속되지 않는다. 그 이유는 생성자를 클래스 B가 상속하게되면 클래스명과 생성자명이 달라지면서 생성자가 될 수 없다. 메서드가 되기 위해선 리턴 타입을 정해야하는데, 리턴 타입도 없어서 메서드가 될 수 없다. 결국 자식 클래스가 생성자를 받게되면 오류가 발생하게된다.

 

 

 

 

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✔️   업캐스팅과 다운캐스팅_ 319p

 

• 캐스팅

: 등호를 중심으로 항상 왼쪽과 오른쪽의 자료형이 일치해야하는데, 자료형이 다른 경우 타입을 변화해주는 것을 의미한다.

 

• 업캐스팅

: 범위가 좁은 쪽에서 넓은 쪽으로 캐스팅된다. (자식 클래스에서 부모 클래스로 변환)

class A {}
class B extends A {}
class C extends B {}

B b1 = new B();
A a1 = b1;

C c2 = new C();
B b2 = (B) c2;

업캐스팅은 컴파일러가 자동으로 타입을 변환해준다. 그래서 A a1 = (A) b1;으로 적지 않아도 (A)를 컴파일러가 알아서 추가한다. 클래스 A는 클래스 B를 상속한다. 클래스 B는 클래스 C를 상속한다. 그러면 b1은 A타입으로 변환할 수 있다. 그리고 C는 B와 A로 타입을 변환할 수 있다.

좀 더 쉽게 설명하자면 A 클래스가 사람, B 클래스가 학생이라고 가정한다면 '학생은 사람이다.'는 언제나 맞는 말이니 업캐스팅이 가능할 것이다.

 

 

• 다운캐스팅

: 범위가 넓은 쪽에서 좁은 쪽으로 캐스팅된다. (부모 클래스에서 자식 클래스로 변환)

class A {}
class B extends A {}
class C extends B {}

A a1 = new A();
B b1 = (B) a1;

A a2 = new B();
B b2 = (B) a2;
C c2 = (C) a2;

A타입인 생성자 a1은 B타입으로 다운 캐스팅 될 수 없다. 왜냐하면 클래스 A는 클래스 B나 C를 상속하고 있지 않다. 그러므로 B b1= (B) a1;은 오류가 발생한다.

생성자 a2를 살펴보자. 여기서 참조 변수 타입과 실제 객체 타입이 동일하지 않다. 참조 변수 타입은 A가 되고 실제 객체 타입은 B가 된다. 메모리로 살펴보면 B는 A 클래스를 상속하므로 힙 메모리에 이미 B타입 안에 A타입이 있는 형태일 것이다. 결국 실제 객체 타입은 B가 되면서, a2는 B 객체를 가리키게 된다. 그러므로 a2는 B타입으로 다운 캐스팅이 가능하다.

그러면 c2를 살펴보자. 클래스 B는 클래스 C를 상속하지 않는다. 힙 메모리에 C타입 객체가 존재하지 않는다. (만들어진 적이 없기 때문에) 그렇기에 ClassCastException을 발생시킨다.

결론적으로 다운캐스팅은 참조 변수 타입보다 실제 객체 타입에 중점을 둔다. 실제 객체 타입이 어느 클래스를 상속하는지에 따라 다운캐스팅의 여부가 결정된다.

 

 

Q. 참조 변수 타입과 실제 객체 타입의 차이점은?

A. 참조 변수 타입은 컴파일 시점에 영향을 미친다. 참조 변수 타입에 따라 호출 가능한 메서드와 접근 가능한 필드에 제한이 생기는데, 정적 바인딩으로 동작한다. 상위 타입으로 선언할 경우 자식 클래스의 객체를 참조할 수 있다. (다형성)
new 키워드를 통해 생성된 객체 타입으로 런타임 시점에 영향을 미친다. 실제 객체 타입에 따라 동작에 영향을 미치는데 동적 바인딩으로 동작한다. (캐스팅)

 

 

 

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✔️   타입에 따른 차이점_323p (내용 다름)

• 실제 객체 타입

: 런타임 시점에 영향을 주며, 동적바인딩으로 동작한다.

 

• Cat 타입, Cat 생성자

interface Animal {
    void sound();
}

class Cat implements Animal {
    @Override
    public void sound() {
        System.out.println("Meow");
    }

    public void scratch() {
        System.out.println("Cat is scratching");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Cat a2 = new Cat();
        a2.sound();   
        a2.scratch(); 
    }
}

생성자 a2는 참조 변수 타입과 실제 객체 타입이 Cat으로 동일하다. 이런 경우 a2는 Cat에 있는 메서드를 사용해야한다. 그렇기에 sound 값은 "Meow"가 될 것이다. scratch는 잘 실행되어 "Cat is scratching"으로 출력될 것이다.

 

 

• Animal 타입, Cat 생성자

interface Animal {
    void sound(); 
}

class Cat implements Animal {
    @Override
    public void sound() {
        System.out.println("Meow");
    }

    public void scratch() {
        System.out.println("Cat is scratching");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Animal a2 = new Cat();
        a2.sound();

        a2.scratch();
    }
}

오버라이딩된 메서드를 살펴볼 것이다. 인터페이스인 Animal을 상속하는 Cat 클래스는 sound( ) 메서드를 가졌지만, Animal 인터페이스도 똑같이 sound( ) 메서드가 있다.

참조 변수 타입은 Animal이고 실제 객체 타입은 Cat인 생성자 a2는 sound( )메서드와 scratch( )메서드를 호출하고자 한다. 이때 sound 메서드는 오버라이딩이 되어 Cat의 sound 메서드가 호출되어 (동적바인딩) "Meow"가 출력될 것이다. 그런데 Animal 클래스에는 scratch 메서드가 존재하지 않았다. 그렇기에 Animal 타입인 a2는 scratch 메서드는 불러올 수 없다.

 

 

 

• 참조 변수 타입

: 컴파일 시점에 영향을 주며, 정적 바인딩으로 동작한다.

interface Animal {
    void sound(); 
}

class Cat implements Animal {
    @Override
    public void sound() {
        System.out.println("Meow");
    }

    public void scratch() {
        System.out.println("Cat is scratching");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Animal a2 = new Cat(); 
        a2.sound();

        Cat a = (Cat) a2;
        a.scratch();
    }
}

위의 코드에서 a2.scratch는 오류가 발생했다. 그렇다면 오류가 발생하지 않게 하기 위해서는 생성자 a2를 다운캐스팅 해주면 된다. a2가 Animal 타입을 가지고 있어서 Animal에 있는 메서드만 실행가능했다. 그러면 a2를 Cat 타입으로 바꿔주면 된다. 참조 변수 타입을 변경하기 위해 다운캐스팅을 해줬다. 그러면 scratch 메서드를 사용할 수 있다.

 

 

 

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✔️   instanceof_ 326p

• instanceof

:  캐스팅 가능 여부를 불리언 타입으로 확인할 수 있다.

C c = new C();

System.out.println(c instanceof A);

[ 참조 변수 instanceof 타입 ] 형식으로 쓰이며, 캐스팅이 가능하면 true로 불가능하면 false로 확인할 수 있다. instanceof 키워드를 사용하면 상속 관계나 객체를 만든 생성자를 직접 확인하지 않고도 캐스팅 가능 여부를 확인할 수 있다.