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다형성의 개념

다형성(polymorphism) 이란 ?

- 다형성(polymorphism)이란 하나의 객체가 여러 가지 타입을 가질 수 있는 것을 의미한다.

  자바에서는 이러한 다형성을 부모 클래스 타입의 참조 변수로 자식 클래스 타입의 인스턴스를 참조할 수

  있도록 하여 구현하고 있다.

  다형성은 상속, 추상화와 더불어 객체 지향 프로그래밍을 구성하는 중요한 특징 중 하나이다.

 

참조 변수의 다형성

- 자바에서는 다형성을 위해 부모 클래스 타입의 참조 변수로 자식 클래스 타입의 인스턴스를 참조할 수 있도록 하고 있다.

  이때 참조 변수가 사용할 수 있는 멤버의 개수가 실제 인스턴스의 멤버 개수보다 같거나 적어야 참조할 수 있다.

 

class Parent { ... }
class Child extends Parent { ... }
...
Parent pa = new Parent(); // 허용
Child ch = new Child(); // 허용
Parent pc = new Child(); // 허용
Child cp = new Parent(); // 오류 발생

 

참조 변수의 타입 변환

- 자바에서는 참조 변수도 다음과 같은 조건에 따라 타입 변환을 할 수 있다.

 

1. 서로 상속 관계에 있는 클래스 사이에만 타입 변환을 할 수 있다.

2. 자식 클래스 타입에서 부모 클래스 타입으로의 타입 변환은 생략할 수 있다.

3. 하지만 부모 클래스 타입에서 자식 클래스 타입으로의 타입 변환은 반드시 명시해야 한다.

 

class Parent { ... }
class Child extends Parent { ... }
class Brother extends Parent { ... }
...
Parent pa01 = null;
Child ch = new Child();
Parent pa02 = new Parent();
Brother br = null;

pa01 = ch;  // 타입 변환 생략 가능
br = (Brother)pa02; // 타입 변환 생략 불가
br = (Brother)ch; // 직접적인 상속 관계가 아니므로, 오류 발생

 

instanceof 연산자

- 이러한 다형성으로 인해 런타임에 참조 변수가 실제로 참조하고 있는 인스턴스의 타입을 확인할 필요성이 생긴다.

  자바에서는 instanceof 연산자를 제공하여, 참조 변수가 참조하고 있는 인스턴스의 실제 타입을 확인 할 수 있도록 해준다.

 

참조변수 instanceof 클래스이름

좌측에 전달된 참조 변수가 실제로 참조하고 있는 인스턴스의 타입이 우측 클래스 타입이면 ture, 아니면 false 반환한다.

 

class Parent { }
class Child extends Parent { }
class Brother extends Parent { }
 
public class Polymorphism01 {
    public static void main(String[] args) {
        Parent p = new Parent();
        System.out.println(p instanceof Object); // true
        System.out.println(p instanceof Parent); // true
        System.out.println(p instanceof Child);  // false
        System.out.println();
 
        Parent c = new Child();
        System.out.println(c instanceof Object); // true
        System.out.println(c instanceof Parent); // true
        System.out.println(c instanceof Child);  // true
    }
}

 

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추상 클래스

추상 메소드 (abstract method)

- 추상 메소드란 자식 클래스에서 반드시 오버라이딩해야만 사용할 수 있는 메소드를 말한다.

  자바에서 추상 메소드를 선언하여 사용하는 목적은 추상 메소드가 포함된 클래스를 상속받는 자식 클래스가 

  반드시 추상 메소드를 구현하도록 하기 위함이다.

 

abstract 반환타입 메소드이름();

 

추상 클래스 (abstract class)

- 자바에서는 하나 이상의 추상 메소드를 포함하는 클래스를 가리켜 추상 클래스 라고 한다.

  이러한 추상 클래스는 객체 지향 프로그래밍에서 중요한 특징인 다형성을 가지는 메소드의 집합을 정의 할 수 있도록 해준다.

  즉, 반드시 사용되어야 하는 메소드를 추상 클래스에 추상 메소드로 선언해 놓으면,

  이 클래스를 상속받는 모든 클래스에서는 이 추상 메소드를 반드시 재정의해야 한다.

 

abstract class 클래스이름 {

	...
    
    abstract 반환타입 메소드이름();
    
    ...
}

 

이러한 추상 클래스는 동작이 정의되어 있지 않은 추상 메소드를 포함하고 있으므로, 인스턴스를 생성 할 수 없다.

추상 클래스는 먼저 상속을 통해 자식 클래스를 만들고, 만든 자식 클래스에서 추상 클래스의 모든 추상 메소드를

오버라이딩하고 나서야 비로소 자식 클래스의 인스턴스를 생성할 수 있게 된다.

 

abstract class Animal { abstract void cry(); }
class Cat extends Animal { void cry() { System.out.println("냐옹냐옹!"); } }
class Dog extends Animal { void cry() { System.out.println("멍멍!"); } }
 
public class Polymorphism02 {
    public static void main(String[] args) {
        // Animal a = new Animal(); // 추상 클래스는 인스턴스를 생성할 수 없음.
        Cat c = new Cat();
        Dog d = new Dog();
 
        c.cry();
        d.cry();
    }
}

 

추상 메소드의 사용 목적

- 자바에서 추상 메소드를 선언하여 사용하는 목적은 추상 메소드가 포함된 클래스를 상속받는 자식 클래스가

  반드시 추상 메소드를 구현하도록 하기 위함이다.

  만약 일반 메소드로 구현한다면 사용자에 따라 해당 메소드를 구현할 수도 있고, 안 할 수도있다.

  하지만 추상 메소드가 포함된 추상 클래스를 상속받은 모든 자식 클래스는 추상 메소드를 구현해야만 

  인스턴스를 생성할 수 있으므로, 반드시 구현하게 된다.

-> 추상 메소드 구현을 강제화

 

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인터페이스

인터페이스(interface)란 ?

- 자식 클래스가 여러 부모 클래스를 상속받을 수 있다면, 다양한 동작을 수행할 수 있다는 장점을 가지게 될 것이다.

  하지만 클래스를 이용하여 다중 상속을 할 경우 메소드 출처의 모호성 등 여러 가지 문제가 발생할 수 있어 

  자바에서는 클래스를 통한 다중 상속은 지원하지 않는다.

 

하지만 다중 상속의 이점을 버릴 수는 없기에 자바에서는 인터페이스라는 것을 통해 다중 상속을 지원하고 있다.

인터페이스란 다른 클래스를 작성할 때 기본이 되는 틀을 제공하면서,

다른 클래스 사이의 중간 매개 역할까지 담당하는 일종의 추상클래스이다.

 

자바에서는 추상 클래스는 추상 메소드뿐만 아니라 생성자, 필드, 일반 메소드도 포함할 수 있다.

하지만 인터페이스는 오로지 추상 메소드와 상수만을 포함할 수 있다.

 

인터페이스의 선언

접근제어자 interface 인터페이스이름 {
    public static final 타입 상수이름 = 값;
    ...
    public abstract 메소드이름(매개변수목록);
    ...
}

단, 클래스와는 달리 인터페이스의 모든 필드는 public static final 이어야 하며, 

모든 메소드는 public abstarct 이어야 한다.

이 부분은 모든 인터페이스에 공통으로 적용되는 부분이므로 이 제어자는 생략이 가능하다.

이렇게 생략된 제어자는 컴파일 시 자바 컴파일러가 자동으로 추가해준다.

 

인터페이스의 구현

- 인터페이스는 추상 클래스와 마찬가지로 자신이 직접 인스턴스를 생성할 수는 없다.

  따라서 인터페이스가 포함하고 있는 추상 메소드를 구현해 줄 클래스를 작성해야만 한다.

 

class 클래스이름 implements 인터페이스이름 { ... }

interface Animal { public abstract void cry(); }
 
class Cat implements Animal {
    public void cry() {
        System.out.println("냐옹냐옹!");
    }
}
 
class Dog implements Animal {
    public void cry() {
        System.out.println("멍멍!");
    }
}
 
public class Polymorphism03 {
    public static void main(String[] args) {
        Cat c = new Cat();
        Dog d = new Dog();
 
        c.cry();
        d.cry();
    }
}

 

자바에서는 다음과 같이 상속과 구현을 동시에 할 수 있다.

class 클래스이름 extend 상위클래스이름 implements 인터페이스이름 { ... }

 

인터페이스를 사용한 다중 상속의 예

interface Animal { public abstract void cry(); }
interface Pet { public abstract void play(); }
 
class Cat implements Animal, Pet {
    public void cry() {
        System.out.println("냐옹냐옹!");
    }
    public void play() {
        System.out.println("쥐 잡기 놀이하자~!");
    }
}
 
class Dog implements Animal, Pet {
    public void cry() {
        System.out.println("멍멍!");
    }
    public void play() {
        System.out.println("산책가자~!");
    }
}
 
public class Polymorphism04 {
    public static void main(String[] args) {
        Cat c = new Cat();
        Dog d = new Dog();
 
        c.cry();
        c.play();
        d.cry();
        d.play();
    }
}

 

클래스를 이용한 다중 상속의 문제점

- 메소드 출처의 모호성 등의 문제가 발생할 수 있다.

 

-> 다중 상속시 누구의 메소드인지 구분할 수 없는 모호성을 지닌다. 

    이와 같은 이유로 자바에서는 클래스를 이용한 다중 상속을 지원하지 않는다.

    하지만 인터페이스를 이용하여 다중 상속을 하게 되면, 메소드 호출의 모호성을 방지할 수 있다.

 

인터페이스의 장점

1. 대규모 프로젝트 개발 시 일관되고 정형화된 개발을 위한 표준화가 가능하다.

2. 클래스의 작성과 인터페이스의 구현을 동시에 진행할 수 있으므로, 개발 시간을 단축할 수 있다.

3. 클래스와 클래스 간의 관계를 인터페이스로 연결하면, 클래스마다 독립적인 프로그래밍이 가능하다.

 

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내부 클래스

내부클래스 (inner class)

- 내부 클래스란 하나의 클래스 내부에 선언된 또 다른 클래스를 의미한다.

  이러한 내부 클래스는 외부 클래스 (outer class)에 대해 두 개의 클래스가 서로 긴밀한 관계를 맺고 있을때 선언 할 수 있다.

 

내부 클래스의 장점

1. 내부 클래스에서 외부 클래스의 멤버에 손쉽게 접근할 수 있게 된다.

2. 서로 관련 있는 클래스를 논리적으로 묶어서 표현함으로써, 코드의 캡슐화를 증가시킨다.

3. 외부에서는 내부 클래스에 접근할 수 없으므로, 코드의 복잡성을 줄일 수 있다.

 

내부 클래스의 종류

1. 정적 클래스 (static class)

2. 인스턴스 클래스 (instance class)

3. 지역 클래스 (local class)

4. 익명 클래스 (anonymous class)

 

외부 클래스 영역에 선언된 클래스 중에서 static 키워드를 가지는 클래스를 정적 클래스라고 한다.

이러한 정적 클래스는 주로 외부 클래스의 클래스 메소드에 사용될 목적으로 선언된다.

 

외부 클래스 영역에 선언된 클래스 중에서 static 키워드를 가지지 않는 클래스를 인스턴스 클래스라고 한다.

이러한 인스턴스 클래스는 주로 외부 클래스의 인스턴스 변수나 인스턴스 메소드에 사용될 목적으로 선언된다.

 

지역 클래스란 외부 클래스의 메소드나 초기화 블록에 선언된 클래스를 의미한다.

이러한 지역 클래스는 선언된 블록 내에서만 사용할 수 있다.

 

익명 클래스 (anonymous class)

- 익명 클래스란 다른 내부 클래스와는 달리 이름을 가지지 않는 클래스를 의미한다.

  익명 클래스는 클래스의 선언과 동시에 객체를 생성하므로, 단 하나의 객체만을 생성하는 일회용 클래스이다.

  따라서 생성자를 선언할 수도 없으며, 오로지 단 하나의 클래스나 단 하나의 인터페이스를 상속받거나 구현할 수 있다.

 

이러한 익명 클래스는 매우 제한적인 용도에 사용되며, 구현해야 되는 메소드가 매우 적은 클래스를 구현할때 사용한다.

 

// 익명 클래스는 선언과 동시에 생성하여 참조변수에 대입함.
클래스이름 참조변수이름 = new 클래스이름(){
    // 메소드의 선언
};

 

 

 

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※출처

tcpschool.com/java/java_polymorphism_concept