부록. 추상화 기법

추상화는 도메인의 복잡성을 단순화하고 직관적인 멘탈 모델을 만드는 데 사용할 수 있는 가장 기본적인 인지 수단입니다.
사람들은 도메인에 존재하는 개념을 구조화하고 단순화하기 위해 다양한 추상화 기법을 사용합니다.
- 분류와 인스턴스화 : 분류는 객체의 구체적인 세부 사항을 숨기고 인스턴스 간에 공유하는 공통적인 특성을 기반으로 범주를 형성하는 과정. 분류의 역이 인스턴스화
- 일반화와 특수화 : 일반화는 범주 사이의 차이를 숨기고 범주 간에 공유하는 공통적인 특성을 강조합니다. 일반호의 역이 특수화
- 집합과 분해 : 집합은 부분과 관련된 세부 사항을 숨기고 부분을 사용해서 전체를 형성하는 과정, 집합의 반대 과정은 전체를 부분으로 분리하는 분해 과정
객체 지향은 동일한 추상화 기법을 통해 프로그램으 분석, 설계, 구현 단계에 걸쳐 일관성 있게 적용할 수 있습니다.

1. 분류와 인스턴스화#

개념과 범주#

객체를 분류하고 범주로 묶는 것은 객체들의 특정 집합에 공통의 개념을 적용하는 것
세상에 존재하는 객체에 개념을 적용하는 과정을 분류(classification) 이라고 합니다.
사람들은 분류를 통해서 개별 현상을 하나의 개념으로 다룹니다. 이때 수많은 현상을 객체, 하나의 개념을 타입이라 합니다.
분류는 객체를 타입과 연관시키는 것입니다. 분류의 역은 타입에 해당하는 객체를 생성하는 과정으로 인스턴스화 또는 예시라고 합니다.
객체지향의 세계에서 개념을 가리키는 용어는 타입입니다.
분류란 객체들을 동일한 타입 또는 범주로 묶는 과정을 의미하므로 객체를 타입의 인스턴스라고 합니다.

타입#

타입을 객체의 분류 장치로서 적용할 수 있으려면 다음과 같은 세 가지 관점에서의 정의가 필요합니다.
- 심볼 : 타입을 가리키는 간략한 이름이나 명칭
- 내연 : 타입의 완전한 정의, 내연의 의미를 이용해 객체가 타입에 속하는지 여부를 확인할 수 있습니다.
- 외연 : 타입에 속하는 모든 객체들의 집합

외연과 집합#

타입의 외연은 타입에 속하는 객체들의 집합으로 표현합니다.
객체들은 서로 다른 집합에 표현될 수 있습니다.
단일 분류와 다중 분류의 차이는 다음과 같습니다.
- 단일 분류(single classification) : 한 객체가 한 시점에 하나의 타입에 속하는 경우
- 다중 분류(multiple classification) : 한 객체가 한 시점에 여러 타입에 속하는 경우 (다중 상속과 다릅니다.)
객체가 타입을 변경할 수 있는가에 따라 동적 분류과 정적 분류로 나눠집니다.
- 동적 분류(dynamic classification) : 객체가 한 집합에서 다른 집합의 원소로 자신이 속하는 타입을 변경할 수 있는 경우
- 정적 분류(static classification) : 객체가 자신의 타입을 변경할 수 없는 경우 (일반적인 언어)
유연성이 반드시 필요한 경우, 다중 분류와 동적 분류를 구현할 수 있는 디자인 템플릿을 사용하는 것이 좋으며 일반적으로는 단일 분류와 정적 분류를 선택하는 것이 현명합니다.

클래스#

클래스 기반의 객체지향 언어에서는 클래스는 객체가 공유하는 본질적인 속성을 정의합니다.
분류는 분류를 하는 사람과 기준에 따라 결과도 달라집니다.
클래스가 없는 프로토타입 언어에서 분류와 인스턴스화는 프로토타입이라는 객체의 복사를 통해 이뤄집니다. (js)

2. 일반화와 특수화#

범주의 타입#

수많은 생물을 정리하기 위해서 자연의 체계(Systema Naturae) 가 등장했습니다.
- 계(동물계) -> 문(척색동물문) -> 강(포유류강) -> 목(육식동물목) -> 과(고양이과) -> 속(고양이속) -> 종(고양이종)
이러한 린네의 계층 구조는 세부적인 범주가 계층의 하위에 위치하고 좀 더 일반적인 범주가 계층의 상위에 위치합니다.
- 계층의 상위에 있는 범주가 하위 위치의 범주의 일반화, 하위의 범주는 계층의 상위의 위치한 범주의 특수화라고 합니다.

서브타입#

객체지향의 세계에서 범주는 개념을 의미하고, 개념은 타입을 의미하므로 일반화의 특수화는 계층 구조 안에 존재하는 타입간의 관계를 의미합니다.
- 슈퍼타입(supertype) : 어떤 타입이 다른 타입보다 일반적인 경우
- 서브타입(subtype) : 어떤 타입이 다른 타입보다 좀 더 특수한 경우
어떤 타입이 다른 타입의 서브타입이 되기 위해서는 '100% 규칙'과 'Is-a 규칙' 규칙을 준수해야합니다.
- 100% 규칙 : 슈퍼타입의 정의가 100% 서브 타입에 적용되야합니다. 서브타입을 속성과 연관관계 면에서 슈퍼타입과 100%일치해야 합니다.
- Is-a 규칙 : 서브 타입의 모든 인스턴스는 슈퍼타입 집합에 포함돼야 합니다. 이는 대개 영어로 서브타입은 슈퍼타입이다(subtype is a supertype)라는 구문을 만듦으로써 테스트합니다.

상속#

프로그래밍 언어 세계에서 일반화, 특수화를 구현하는 대표적인 방법은 클래스 간의 상속입니다. 다만, 모든 상속 관계가 일반화 관계는 아닙니다.
일반화의 원칙은 한 타입이 다른 타입의 서브타입이 되기 위해서 슈퍼타입에 순응(conformance)해야합니다. 즉, 특정 기대 집합에 대해 서브타입의 슈퍼타입에 대한 대체 가능성을 의미합니다.
순응은 구조적인 순응과 행위적인 순응으로 나눠집니다.
- 구조적인 순응(structural conformance) : 타입의 내연과 관련된 100% 규칙을 의미합니다.
- 행위적인 순응(behavioral conformance) : 서브타입은 슈퍼타입을 행위적으로 대체가능해야합니다. 이를 리스코프 치환 원칙(Liskov Substitution Principle, LSP) 이라고 합니다.
상속은 서브타이핑과 서브클래스의 두 가지 용도로 사용될 수 있습니다.
- 서브타이핑(subtyping) : 서브클래스가 슈퍼클래스를 대체할 수 있는 경우, 인터페이스 상속(interface inheritance)
- 서브클래싱(subclassing) : 서브클래스가 슈퍼클래스를 대체할 수 없는 경우, 구현 상속(implementation inheritance)
요약하면 일반화를 위한 서브타이핑은 특정 기대 집합에 대한 서브타입과 슈퍼타입 간의 구조적, 또는 행위적 순응 관계를 의미하며 대체 가능성을 내포합니다.
여러클래스로 구성된 상속 계층에서 수신된 메시지를 이해하는 기본적인 방법은 클래스간의 위임(delegation) 입니다.
클래스가 없는 프로토타입 기반 언어에서 상속은 객체와 객체 간의 관계로 이뤄집니다. 타입의 객체를 특정 객체 타입의 특수화로 만들거나 행동을 공유할 수 있게 만들고 싶은 경우, 객체와 객체를 상속 관계를 통해 연결합니다.
클래스 기반 언어와 프로토타입 기반 언어 모두 위임 메커니즘을 기반으로 메시지를 해석할 수 있는 대상을 선택합니다.

3. 집합과 분해#

계층적인 복잡성#

호라와 템프스의 우화에서 얻을 수 있는 것은 다음과 같습니다.
- 복잡성은 계층의 형태를 띕니다.
- 단순한 형태로부터 복잡한 형태로 진화하는데 걸리는 시간은 그 사이에 존재하는 안정적인 형태의 수와 분포에 의존합니다.
안정적인 형태의 부분으로부터 전체를 구축하는 행위를 집합, 집합과 반대로 전체를 부분으로 분할하는 것을 분해라고 합니다.
집합은 전체의 내부로 불필요한 세부 사항을 배제하고 큰 이름에서 대상을 다룰 수 있게 해줍니다.

합성 관계#

객체와 객체 사이의 전체-부분 관게를 구현하기 위해서는 합성 관계를 사용해야합니다.
합성 관계로 연결된 객체들은 포함하는 객체가 제거될 때 내부에 포함된 객체도 함께 제거되는 경우가 많습니다.
연관 관계로 연결된 객체들은 생명주기에 어떤 제약도 없습니다.

패키지#

합성 관계도 클래스가 많아지면 의존성 관리가 어렵습니다.
패키지(package) 또는 모듈(module) : 소프트웨어의 전체적인 구조를 표현하기 위해 관련된 클래스 집합을 하나의 논리적인 단위로 묶는 구성요소
합성 관계가 내부에 포함된 객체들의 존재를 감춤으로써 내부 구조를 추상화하는 것처럼 패키지는 내부에 포함된 클래스들을 감춤으로써 시스템의 구조를 추상화합니다.