12. 다형성

타입 계층은 객체지향 프로그래밍의 중요한 특성 중 하나인 다형성의 기반을 제공합니다.

01. 다형성#

다형성은 여러 타입을 대상으로 동작할 수 있는 코드를 작성할 수 있는 방법입니다.

다형성

매개변수 다형성 : 제네릭 프로그래밍과 관련이 높으며, 클래스의 인스턴스 변수나 메서드의 매개변수 타입을 임의의 타입으로 선언한 후 사용하는 시점에 구체적인 타입으로 지정하는 방식
포함 다형성 : 메시지가 동일하더라도 수신한 객체의 타입에 따라 실제로 수행되는 행동이 달라지는 능력, 포함 다형성은 서브타입(Subtype) 다형성이라고도 불립니다.
오버로딩 다형성 : 하나의 클래스 안에 동일한 이름의 메서드가 존재하는 경우
강제 다형성 : 언어가 지원하는 자동적인 타입 변환이나 사용자가 직접 구현한ㄷ 타입 변환을 이용해 동일한 연산자를 다양한타입에 사용할 수 있는 방식

02. 상속의 양면성#

상속의 목적은 코드 재사용이 아니라, 상속은 프로그램을 구성하는 개념들을 기반으로 다형성을 자능하게 하는 타입 계층을 구축하기 위한 것입니다.

상속을 사용한 강의 평가#

자식 클래스 안에 상속받은 메서드와 동일한 시그니처의 메서드를 재정의해서 부모 클래스의 구현을 새로운 구현으로 대체하는 것을 메서드 오버라이딩이라고 부릅니다.
부모 클래스에서 정의한 메서드와 이름은 동일하지만 시그니처는 다른 메서드를 자식 클래스에 추가하는 것을 메서드 오버로딩이라고 부릅니다.

데이터 관점의 상속#

데이터 관점에서 상속은 자식 클래스의 인스턴스 안에 부모 클래스의 인스턴스를 포함하는 것으로 볼 수 있습니다.
따라서 자식 클래스의 인스턴스는 자동으로 부모 클래스에서 정의한 모든 인스턴스 변수를 내부에 포함하게 되는 것입니다.

행동 관점의 상속#

데이터 관점의 상속이 자식 클래스이 인스턴스 안에 부모 클래스의 인스턴스를 포함하는 개념이라면 행동 관점의 상속은 부모 클래스가 정의한 일부 메서드를 자식 클래스의 메서드로 포함시키는 것을 의미합니다.

03. 업캐스팅과 동적 바인딩#

같은 메시지, 다른 메시지#

업캐스팅 : 부모 클래스 타입으로 선언된 변수에 자식 클래스의 인스턴스를 할당하는 것이 가능합니다.
동적 바인딩 : 선언된 변수의 타입이 아니라 메시지를 수신하는 객체의 타입에 따라 실행되는 메서드가 결정됩니다. 이는 객체지향 시스템이 메시지를 처리할 적절한 메서드를 컴파일 시점이 아니라 실행 시점에 결정하기 때문에 가능합니다.

업캐스팅#

상속을 이용하면 부모 클래스의 퍼블릭 인터페이스가 자식 클래스의 퍼블릭 인터페이스에 합쳐지기 때문에 부모 클래스의 인스턴스에게 전송할 수 있는 메시지를 자식 클래스의 인스턴스에게 전송할 수 있습니다.
부모 클래스의 인스턴스를 자식 클래스 타입으로 변환하기 위해서는 명시적인 타입 캐스팅이 필요한 데 이를 다운캐스팅(downcasting) 이라고 부릅니다.

동적 바인딩#

컴파일타임에 호출할 함수를 결정하는 방식을 정적 바인딩(static binding) 이라고 부릅니다.
실행될 메서드를 런타임에 결정하는 방식을 동적 바인딩(dynamic binding) 이라고 부릅니다.

04. 동적 메서드 탐색과 다형성#

객체지향 시스템은 다음 규칙에 따라 실행할 메서드를 선택합니다.
- 메시지를 수신한 객체는 먼저 자신을 생성한 클래스에 적합한 메서드가 존재하는지 검사합니다. 존재하면 메서드를 실행하고 탐색을 종료합니다.
- 메서드를 찾지 못했다면 부모 클래스에서 메서드 탐색을 계속합니다. 이 과정은 적합한 메서드를 찾을 때까지 상속 계층을 따라 올라가며 계속됩니다.
- 상속 계층의 가장 최상위 클래스에 이르렀지만 메서드를 발견하지 못한 경우 예외를 발생시키며 탐색을 중단합니다.
self 참조(self reference) 는 객체가 메시지를 수신하면 컴파일러는 self 참조라는 임시 변수를 자동으로 생성한 후 메시지를 수신한 객체를 가리키도록 설정합니다.
동적 메서드 탐색은 두 가지 원리로 구성된다는 것을 알 수 있습니다.
- 첫 번째 원리는 자동적인 메시지 위임입니다.
- 두 번째 원리는 메서드를 탐색하기 위해 동적인 문맥을 사용한다는 것입니다.

자동적인 메시지 위임#

자식 클래스에서 부모 클래스의 방향으로 자동으로 메시지 처리가 위이모디기 때문에 자식 클래스에서 어떤 메서드를 구현하고 있느냐에 따라 부모 클래스에 구현된 메서드의 운명이 결정되기도 합니다.
동일한 시그니처를 가지는 자식 클래스의 메서드는 부모 클래스의 메서드를 감추지만 이름만 같고 시그니처가 완전히 동일하지 않은 메서드들은 상속 계층에 걸쳐 사이좋게 공존할 수도 있습니다. 이가 메서드 오버로딩입니다.

메서드 오버라이딩#

자식 클래스가 부모 클래스의 메서드를 오버라이딩하면 자식 클래스에서 부모 클래스로 향하는 메서드 탐색 순서 때문에 자식 클래스의 메서드가 부모 클래스의 메서드를 감추게 됩니다.

메서드 오버로딩#

동적 메서드 탐색과 관련된 규칙이 언어마다 다를 수 있습니다.

동적인 문맥#

self 참조가 가르키는 객체의 타입을 변경함으로써 객체가 실행될 문맥을 동적으로 바꿀 수 있습니다.
그러나 이를 잘못 사용하여 깊은 상속 계층과 메서드 오버라이딩을 만나면 극단적으로 이해하기 어려운 코드가 만들어집니다.

이해할 수 없는 메시지#

정적 타입 언어와 이해할 수 없는 메시지#

동적 타입 언어와 이해할 수 없는 메시지#

동적 타입 언어에는 컴파일 단계가 존재하지 않기 때문에 실제로 코드를 실행해보기 전에는 메시지 처리 가능 여부를 판단할 수 없다는 점이 있습니다.
동적 타입 언어의 이러한 동적인 특성과 유연성은 코드를 이해하고 수정하기 어렵게 만들뿐만 아니라 디버깅 과정을 복잡하게 만들기도 합니다.

self 대 super#

보통 자식 클래스에서 부모 클래스의 인스턴스 변수나 메서드에 접근하기 위해 사용할 수 있는 super 참조라는 내부 변수를 제공합니다.
동적 바인딩, self 참조, super 참조는 상속을 이용해 다형성을 구현하고 코드를 재사용하기 위한 가장 핵심적인 재료입니다.

05. 상속 대 위임#

위임과 self 참조#

자신이 수신한 메시지를 다른 객체에게 동일하게 전달해서 처리를 요청하는 것을 위임(delegation) 이라고 부릅니다.
위임이 객체 사이의 동적인 연결 관계를 이용해 상속을 구현하는 방법입니다.
클래스 기반의 객체지향 언어가 클래스 사이의 메시지 위임을 자동으로 처리해주는 것처럼 프로토타입 기반의 객체지향 언어는 객체 사이의 메시지 위임을 자동으로 처리해줍니다.

프로토타입 기반의 객체지향 언어#

클래스가 존재하지 않고 오직 객체만 존재하는 프로토타입 기반의 객체지향 언어에서 상속을 구현하는 유일한 방법은 객체 사이의 위임을 이용하는 것입니다.
메서드를 탐색하는 과정은 클래스 기반 언어의 상속과 거의 동일합니다.
객체지향은 객체를 지향하는 것입니다.
클래스 없이도 객체 사이의 협력 관계를 구축하는 것이 가능하며 상속 없이도 다형성을 구현하는 것이 가능합니다.
중요한 부분은 클래스 기반의 상속과 객체 기반의 위임 사이에 기본 개념과 메커니즘을 공유한다는 점입니다.