[Design Pattern] 객체 지향 원리

Posted: 2022.06.28 Updated: 2022.06.28

자바 디자인 패턴 스터디를 하며 ‘Java 객체 지향 디자인 패턴’ 교재를 정리한 글입니다.

추상화

속성이나 행동을 추출하는 작업
필요한 부분에 집중 가능
여러 개체들을 집합으로 파악
예시) 자동차
- 아우디의 자동차들
- 벤츠의 자동차들
- 아우디와 벤츠 두 곳의 자동차들을 ‘자동차’ 로 언급할 수 있음
- 자동차는 아우디와 벤츠의 추상적 개념
구체적 개념보다 추상적 개념에 의존해야 함

캡슐화

요구 사항

요구사항의 변경은 당연한 것이다.

응집도: 클래스나 모듈 안의 요소들이 얼마나 밀접하게 관련되어 있는지
결합도: 어떤 기능을 실행하는 데 다른 클래스나 모듈들에 얼마나 의존적인지
응집도는 높게, 결합도는 낮게

캡슐화란?

정보 은닉(information hiding)을 통한 높은 응집도, 낮은 결합도
알 필요가 없는 정보는 외부에서 접근하지 못하도록 제한함
예시) 자동차의 가속 페달을 밟았을 때 어떤 과정을 거쳐 속도가 올라가는 지 몰라도 됨

정보 은닉

멤버가 public 으로 외부에 공개되어 있는 Array Stack

public class ArrayStack {
    public int top;
    public int[] itemArray;
    public int stackSize;

    public ArrayStack(int stackSize) {
        itemArray = new int [stackSize];
        top = -1;
        this.stackSize = stackSize;
    }

    public boolean isEmpty() {  // 스택이 비어있는지 검사
        return (top == -1);
    }

    public boolean isFull() {   // 스택이 꽉 차 있는지 검사
        return (top == this.stackSize -1);
    }

    public void push(int item) {    // 스택에 아이템 추가
        if(isFull()) {
            System.out.println("Inserting fail! Array stack is full!");
        }
        else {
            itemArray[++top] = item;
            System.out.println("Inserted Item: "+item);
        }
    }

    public int pop() {  // 스택의 탑에 있는 아이템 반환
        if(isEmpty()) {
            System.out.println("Deleting fail! Array Stack is empty!");
            return -1;
        }
        else {
            return itemArray[top--];
        }
    }

    public int peek() {
        if (isEmpty()) {
            System.out.println("Peeking fail! Array Stack is empty!");
            return -1;
        }
        else {
            return itemArray[top];
        }
    }
}

Stack Client

public class StackClient {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayStack st = new ArrayStack(10);
        st.itemArray[++st.top] = 20;
        System.out.println(st.itemArray[st.top]);
    }
}

push 메서드, pop 메서드를 사용하지 않고 직접 배열에 값을 저장할 수 있음.
→ ArrayStack과 StackClient 클래스 간 강한 결합 발생

자료구조의 형태와 관련된 항목들을 private 로 은닉

private int top;
private int[] itemArray;
private int stackSize;

사용하는 코드를 수정

public class StackClient {
    public static void main(String[] args) {
        ArrayStack st = new ArrayStack(10);
        st.push(20);
        System.out.println(st.peek());
    }
}

일반화 관계

일반화는 또 다른 캡슐화

객체 지향 프로그래밍 관점에서의 상속 관계
※ 속성이나 기능의 재사용으로 한정하면 안 됨
여러 개체들이 가진 공통된 특성을 부각시켜 하나의 개념이나 법칙으로 성립시키는 과정
- 과일(바나나, 사과, 배, 오렌지)
변경사항에 유연성 있게 대처할 수 있음
- 새로운 종류의 과일이 추가되어도 코드를 수정할 필요가 없음
is a kind of 관계가 성립해야 함
- 성립하지 않을 경우 상속을 사용하면 불필요한 속성, 연산도 물려받게 됨
- ArrayList 클래스를 상속받은 Stack의 경우 → Stack is a kind of ArrayList.(거짓)

위임

클래스 일부 기능만 재사용하고 싶을 경우 위임(delegation)을 사용
- 자신이 직접 기능을 실행하지 않고 다른 클래스의 객체가 기능을 실행하도록 위임
  - 일반화 관계: 클래스 사이의 관계
  - 위임: 객체 사이의 관계
위임을 사용한 일반화 대신 과정

ArrayList 클래스를 상속받은 Stack의 위임

public class MyStack<String> extends ArrayList<String> {
    public void push(String element) {
        add(element);
    }

    public String pop() {
        return remove(size() - 1);
    }
}

자식 클래스에 부모 클래스의 인스턴스를 참조하는 속성을 만들고, this로 초기화

public class MyStack<String> extends ArrayList<String> {
    private ArrayList<String> arList = this;

    public void push(String element) {
        add(element);
    }

    public String pop() {
        return remove(size() - 1);
    }
}

서브 클래스에 정의된 각 메서드에 1번에서 만든 위임 속성 필드를 참조하도록 변경

public class MyStack<String> extends ArrayList<String> {
    private ArrayList<String> arList = this;

    public void push(String element) {
        arList.add(element);
    }

    public String pop() {
        return arList.remove(arList.size() - 1);
    }
}

서브 클래스에서 일반화 관계 선언 제거, 위임 속성 필드에 슈퍼 클래스의 객체를 생성해 대입

public class MyStack<String> {
    private ArrayList<String> arList = new ArrayList<>();

    public void push(String element) {
        arList.add(element);
    }

    public String pop() {
        return arList.remove(arList.size() - 1);
    }
}

서브 클래스에서 사용된 슈퍼 클래스의 메서드에도 위임 메서드 추가

public class MyStackDelegation<String> {
    private ArrayList<String> arList = new ArrayList<>();

    public void push(String element) {
        arList.add(element);
    }

    public String pop() {
        return arList.remove(arList.size() - 1);
    }
    
    public boolean isEmpty() {
        return arList.isEmpty();
    }
    
    public int size() {
        return arList.size();
    }
}

기능을 재사용할 때는 위임 사용하기

집합론 관점의 일반화 관계

일반화 관계는 수학의 집합론과 매우 밀접
부모 클래스 A는 전체 집합의 A, 자식 클래스 A1, A2, A3는 A의 부분 집합
연관 관계 단순화 가능
상호 배타적인 부분 집합으로 나누는 과정에 적용 가능
다중 분류: 한 인스턴스가 동시에 여러 클래스에 속할 수 있음
- 쇼핑몰의 회원 등급을 구매액에 따른 VIP 회원, 일반 회원으로 분류하고 동시에 쇼핑몰과 동일한 지역 주민인지 아닌지에 따라 분류하는 것
- 변별자: 집합을 분류하는 분류 기준. UML 에서는 일반화 관계 선 옆에 표시
  - 변별자를 사용해 집합을 부분 집합으로 나눌 때 <<다중>> 스테레오 타입을 사용해야 함
동적 분류: 한 클래스의 인스턴스가 다른 클래스의 인스턴스로 할당될 수 있음
- <<동적>> 스테레오 타입 사용
일반화는 자식 클래스들의 적절한 합집합과 교집합으로 이루어짐

특수화

일반화의 역관계
부모 클래스에서 자식 클래스를 추출하는 과정
어떤 속성이나 연관 관계가 특정 자식 클래스에서만 관련 있고 다른 자식 클래스에서는 관련이 없는 경우

다형성

서로 다른 클래스의 객체가 같은 메시지를 받았을 때 각자의 방식으로 동작하는 능력
자식 클래스를 한 번에 처리할 수 있게 함
- 애완동물 중 고양이, 강아지, 앵무새 등 각각의 우는 소리를 talk 연산으로 표현

public abstract class Pet {
    public abstract void talk();
}

public class Cat extends Pet {
    @Override
    public void talk() {
        System.out.println("야옹");
    }
}

public class Dog extends Pet {
    @Override
    public void talk() {
        System.out.println("멍멍");
    }
}

public class Parrot extends Pet {
    @Override
    public void talk() {
        System.out.println("안녀엉");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Pet p = new Parrot();
        p.talk();
    }
}

실행 결과

안녀엉

피터 코드의 상속 규칙

상속의 오용을 막기 위해 상속의 사용을 엄격하게 제한하는 규칙
한 가지라도 만족하지 않으면 상속을 쓰면 안 됨

자식 클래스와 부모 클래스 사이는 역할 수행 관계가 아니어야 함
- 사람과 운전자, 회사원에서 운전자는 사람이 수행하는 역할 중 하나이며 회사원도 어떤 순간에 수행하는 역할
한 클래스의 인스턴스는 다른 서브 클래스의 객체로 변환할 필요가 절대 없어야 함
- 사람이 운전자의 역할과 회사원의 역할을 수행할 때 객체 변환 작업이 필요
자식 클래스가 부모 클래스의 책임을 무시하거나 재정의하지 않고 확장만 수행해야 함
자식 클래스가 단지 일부 기능을 재사용할 목적으로 유틸리티 역할을 수행하는 클래스를 상속하지 않아야 함
자식 클래스가 역할, 트랜잭션, 디바이스 등을 특수화해야 함

Better Jeong

[Design Pattern] 객체 지향 원리

추상화

캡슐화

요구 사항

캡슐화란?

정보 은닉

일반화 관계

일반화는 또 다른 캡슐화

위임

집합론 관점의 일반화 관계

특수화

다형성

피터 코드의 상속 규칙

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