>[Java] Java 객체지향 프로그래밍(OOP, Object-Oriented Programming)에 대하여

 

 

 

Java는 객체지향 프로그래밍 언어이다. 객체는 뭐고 그런 객체를 지향한다는 건 어떤 뜻을 가지고 있는 걸까?

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1. 개념  

▶ 객체 - Object 

물리적으로 존재하거나 추상적으로 생각할 수 있는 것 중에서 자신의 속성을 가지고 다른 것과 식별 가능한 것

ex.
- 물리적 성격: 자동차, 자전거, 책, 사람 등
- 추상적 성격의 학과, 강의, 주문 등

 

 

 

▶ 객체 모델링  

현실 세계 객체의 속성과 동작을 추려내어 소프트웨서 객체의 필드와 메소드로 정의하는 과정이라고 볼 수 있다.

예를 들어 사람은 이름, 나이 등의 속성이 있고 동작으로는 웃다, 걷다 등이 있다.
자바는 이 속성과 동작들을 각가 필드와 메소드라고 부른다.

 

 

▶ 객체지향적 프로그래밍  

다양한 개념과 원칙을 포함하여 프로그램을 설계하고 구현하는 방법론으로 여러 가지 요소들이 조합되어 객체지향 프로그래밍을 구성한다.

 

① 객체 조립: 부품 객체들을 조합하여 기능 구현   (* 부품 객체:특정 기능이나 역할을 수행하는 작은 단위)

② 객체 모델링

③ 객체 간의 관계 모델링: 

- 집합 관계 : 햄버거(완성품 객체) = 패티(부품 객체)+상추(부품 객체)+치즈(부품 객체)

- 사용 관계 : 손님(객체A)은 롯데리아 (객체B) 키오스크 (객체B의 메서드)를 사용하여 햄버거 를 주문한다.

④ 객체간의 상호작용: 나(객체)는 햄버거(객체)를 구입했다(행위 실체화).

⑤ 주요 개념: 캡슐화, 상속, 다형성, 추상화

⑥ 주요 원칙: 단일 책임 원칙, 개방 폐쇄 원칙, 리스코프 치환 원칙, 인터페이스 분리 원칙, 의존성 역전 원칙 

 

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2. 객체와 클래스   

 

객체는 하늘에서 뚝 떨어지는게 아니다! 햄버거가 하늘에서 갑자기 뚝 떨어지는게 아니라 레시피를 바탕으로 만들어지듯 말이다. 

 

자바에서 이 레시피가 바로 클래스이다. 클래스에는 필드(객체의 속성)와 메소드(행위)가 정의되어 있고 클래스로부터 만들어진 객체를 '인스턴스' 라고한다.

 

정리하자면

☞ 클래스(Class): 객체를 생성하기 위한 틀 또는 설계도

☞ 객체(Object): 클래스를 기반으로 생성된 구체적인 데이터를 가지고 있는 개체

☞ 인스턴스(Instance): 클래스로부터 생성된 객체로 실제로 메모리에 할당되어 실행되는 상태

 

* "객체"와 "인스턴스" 모두 클래스를 기반으로 생성된 것을 가리키지만, "객체"는 보다 일반적인 용어로서 클래스의 인스턴스를 의미하고, "인스턴스"는 구체적으로 클래스로부터 생성된 특정 객체를 가리킨다.

 

 

(1) 클래스 선언 

@Data
@Allargsconstructor
@Noargsconstructor
public class Burger {
  private String type;  // 햄버거 종류
    private String pattyType;  // 패티 종류
    private boolean hasLettuce;  // 상추 포함 여부
    private boolean hasCheese;   // 치즈 포함 여부

    // 햄버거 주문 메서드
    public void orderBurger() {
        System.out.println("주문하신 " + type + " 햄버거가 제조되었습니다!");
    }

    // 추가적인 햄버거 설정 메서드
    public void addLettuce() {
        this.hasLettuce = true;
        System.out.println("상추가 추가되었습니다.");
    }

    public void addCheese() {
        this.hasCheese = true;
        System.out.println("치즈가 추가되었습니다.");
    }

 

(2) 객체생성  

★ 'new' 연산자를 사용하여 클래스로부터 객체를 생성시킨다.

★ 'new' 연산자로 생성된 객체는 메모리 힙(heap) 영역에 생성된다. 

★ 'new' 연산자는 힙 영역에 객체를 생성하고 객체의 주소를 리턴한다.

★ 리턴된 객체의 주소에 저장하면 아래와 같이 변수가 객체를 참조하게 되고, 변수를 통해 객체를 사용할 수 있다.

public class Main {
	public static void main(String[] args) { 
        // 햄버거 객체 생성
        // 클래스 변수 = new 클래스();
        Burger burger = new Burger("치즈버거", "소고기 패티", true, true);
    }
}

 

 

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3. 객체지향 프로그래밍 특징 

(1) 캡슐화(Encapsulation)   

객체의 상태(데이터)와 행위(메서드)를 하나로 묶고, 외부의 접근을 제어하여 객체 내부의 상태를 보호하는 개념이다.

 

- public: 외부 접근을 제한 하지 않는다. 다른 클래스 어디에서든 접근 가능

- private: 해당 클래스 내부에서만 접근 허용

- protected: 같은 패키지, 상속 받은 하위 클래스 에서만 접근 가능

- default(packeage-private): 별도의 접근 제어자를 명시하지 않은 경우 기본 접근 수준, 같은 패키지 내에서만 접근 가능 

public class Student {
    // 이 변수들은 getName()과 getAge() 메서드를 통해 간접적으로 접근할 수 있다.
    private String name;
    private int age;

    // 생성자, Getter 메서드
	.....
}

 

(2) 상속(Inheritance)   

상속은 기존 클래스(부모 클래스)의 특성과 기능을 그대로 물려받아 새로운 클래스(자식 클래스)를 생성하는 개념이다. 상속을 통해 코드의 재사용성을 높이고 클래스 간의 계층 구조를 구축할 수 있다. 

// 상속 예제: Animal 클래스와 Dog 클래스
public class Animal {
    public void eat() {
        System.out.println("동물이 먹는다.");
    }
}

// Animal 클래스를 상속받는 Dog 클래스
public class Dog extends Animal {
    public void bark() {
        System.out.println("멍멍!");
    }
}

 

(3) 다형성(Polymorphism) 

다형성은 같은 이름의 메서드나 연산자('+')가 여러 형태로 동작할 수 있는 특성을 의미한다.

 

1. 메서드 다형성

- 오버로딩(Overloading): 같은 이름의 메서드가 매개변수의 타입, 개수, 순서가 다르게 정의되는 것

- 오버라이딩(Overriding): 하위 클래스에서 상위 클래스 메서드 재정의하여 사용

2. 객체 다형성: 상위 클래스 타입으로 선언된 변수는 해당 상위 클래스 또는 하위 클래스의 인스턴스를 참조

3. 연산자 다형성: + 연산자는 정수형 변수 간에는 덧셈을 수행하지만, 문자열(String)과 문자열 간에는 문자열 연결을 수행

 

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Animal animal = new Dog();  // Dog 객체를 Animal 타입으로 참조
        animal.eat();  // Dog의 eat() 메서드 호출 (다형성)
        
        // animal.bark();  // 컴파일 에러: Animal 타입에는 bark() 메서드가 없음
        // ((Dog) animal).bark();  // 강제 형변환을 통해 Dog의 bark() 메서드 호출
    }
}

 

(4) 추상화(Abstraction)  

추상화는 객체에서 핵심적인 특징을 추출하여 간단하게 표현하는 것을 의미한다. 클래스와 인터페이스를 통해 객체의 공통된 속성과 행위를 정의하고 구체적인 구현은 각각의 객체에 맡긴다.

// 추상화 예제: Shape 추상 클래스와 Circle 클래스
abstract class Shape {
    abstract double area();  // 추상 메서드: 도형의 넓이를 계산하는 메서드
}

// Shape 클래스를 상속받는 Circle 클래스
class Circle extends Shape {
    private double radius;

    public Circle(double radius) {
        this.radius = radius;
    }

    @Override
    double area() {
        return Math.PI * radius * radius;  // 원의 넓이 계산
    }
}

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4. 객체지향적 설계 원칙 - SOLID   

▶ SRP(Single Responsibility Principle, 단일 책임 원칙)

: 각 클래스는 하나의 책임만 가져야 하며, 수정 이유는 단 하나여야 한다.

▶ OCP(Open/Closed Principle, 개방-폐쇄 원칙)

: 수정에는 닫혀 있고(Open for Extension), 확장에는 열려 있어야(Closed for Modification) 한다.

▶ LSP(Liskov Substitution Principle, 리스코프 치환 원칙)

: 자식 클래스는 부모 클래스의 대체 가능성을 유지해야 한다.

▶ ISP(Interface Segregation Principle, 인터페이스 분리 원칙)

: 클라이언트는 자신이 사용하지 않는 메서드에 의존하지 않아야 한다.

▶ DIP(Dependency Inversion Principle, 의존성 역전 원칙) 

: 고수준 모듈은 저수준 모듈의 구현에 의존해서는 안 되며, 양쪽 모두 추상화에 의존해야 한다.

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5. 객체지향의 장점과 단점 

▶장점

①객체 모듈화 및 재사용성

: 객체 단위로 모듈화, 각 객체는 독립적이고 재사용 가능한 모듈로써 다른 프로그램에서도 쉽게 사용할 수 있다.

②코드의 재사용성

: 상속을 통해 기존의 코드를 재사용할 수 있다.

③유지보수 

: 캡슐화를 통해 객체의 내부 구현을 외부에 감춤으로써, 객체 내부의 변경이 외부에 영향을 미치지 않도록 한다. 

④유연성 (Flexibility)

: 다형성을 통해 동일한 인터페이스를 가진 객체가 여러 형태로 구현될 수 있습니다. 

 

▶단점 

① 성능: 프로세스와 메모리 요구량이 더 많을 수 있다. (객체 생성과 관리, 가비지 컬렉션 비용, 상속과 다형성의 오버헤드 등)

② 설계의 복잡성: 각 객체의 역할, 책임, 관계 등을 명확하게 정의해야한다.

③ 적절하지 않은 사용: 객체지향 프로그래밍을 잘못 사용할 경우, 지나치게 복잡하거나 비효율적인 코드가 작성될 수 있다.