JAVA - OOP 객체 지향 프로그래밍

OOP(Object Oriented Programing) - 객체 지향 프로그래밍

 

객체 지향 프로그래밍은 데이터가 아닌 객체를 중심으로 한 프로그래밍이다.
객체란 추상화하여 프로그램상에서 만들어낸 결과물을 뜻한다.
이 객체들을 가지고 상호작용하도록 맏드는 언어라고 생각하면 될 것같다.

예를 들어 컴퓨터라고 생각하면 하나하나의 부품 즉 모니터, 키보드, 스피커 등등 컴퓨터가 제공하는 모든 기능이 객체라고 생각하면 더 쉽게 이해가 될 것이다.

프로그래밍은 크게 두가지로 나뉘며
절차지향 프로그래밍과, 객체지향 프로그래밍으로 나뉜다.

절차지향 프로그래밍은 작업의흐름(절차)에 따라 코드를 작성하는 것이고
객체지향 프로그래밍은 객체의 관계에 따라 코드를 작성하는 것이다.

객체지향프로그래밍 언어로는 자바, c++, 파이썬 등등이 있으며 매우 많은 종류의 언어들이 있다.

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객체지향 프로그래밍의 장점과 단점

장점

1. 프로그램 모듈의 재사용 가능(상속이 가능함)
- 프로그래밍을 한번 하고나서 그 프로그램을 다시 상속하여 새로운 프로그램을 만들 수 있기 때문에
  재사용이 용이하다.

2. 프로그램의 확장 및 유지 보수가 용이함
- 컴퓨터 부품과 마찬가지로 하나하나 독립된 객체로 되어 있기 때문에 유지 및 보수가 용이합니다.

3. 쉬운 프로그램의 개발로 인한 생산성 향상
- 완성 된 객체들을 이용하여 생산성이 향상됩니다.

4. 완성도 높은 모듈 사용으로 프로그램의 안정성 확보
- 이미 완성도가 높은 프로그램의 재사용으로 인해 안정성 확보가 더욱 용이합니다.

단점

1. 개발이 느리다.
 - 모든 객체의 역할과 기능을 이해해야 하기 때문에 프로그래밍에 많은 시간이 소요됩니다.

2. 실행 속도가 절차지향언어에 비해 느리다.
 - 절차지향처럼 하나의 프로그래밍이 아닌 객체를 연결시켜 실행시키는 프로그램이기 때문에
   절차지향에 비해 느린 실행속도를 가지고 있다.

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객체 지향 언어 - 클래스

클래스란, 객체를 생성하기 위해 속성과 기능을 정의한 일종의 틀이다.
속성 = 변수, 기능 = 메소드로 구성되어 있으며
사물이나 개념의 공통요소를 추상화라하여 정의한다.

클래스 내에 있는 것들은 멤버이며
클래스내에 선언 된 변수는 "멤버 변수", 클래스 내에 선언 된 메소드는 "멤버 메소드"라 칭한다.

이 "멤버 변수", "멤버 메소드"는 힙 영역에 선언된다.

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객체지향언어의 추상화

객체란, 현실에 존재하는 독립적이면서 하나로 취급되는 사물이나 개념을 뜻하며
객체지향언어에서의 객체는 클래스에 정의된 내용대로 메모리에 할당되는 결과물을 뜻한다.

즉 클래스라는 붕어빵틀을 통해 만들어지는 인스턴스라는 붕어빵이 객체라고 볼 수 있을 것 같다.

추상화란
프로그램이 필요로 하는 실제 데이터들을 모델링하는 기술 유연성을 확보하기 위해 구체적인 것은 제거한다는 것을
의미한다.
따라서 추상화는 객체에서 필요로하는 데이터와 동작들을 정리하는 과정이라고 볼 수 있다.
클래스는 추상화한 내용을 정리한 설계도이며
객체는 클래스를 실제 사용한 프로그램 상에서의 결과물이다.

국민 관리 프로그램을 만든다고 가정 했을 시 프로그램에서 요구되는 "국민 한 사람"의 정보를 추상화 한다고 해보자.

그렇게 한다 했을 때 위 그림과 같이 필요한 정보를 정리하는 것이 추상화라고 할 수 있다.
이 추상화의 결과물을 객체지향언어를 사용하여 다시 정리하게 되면 

이런 모양으로 정리가 되며
이 표를 바탕으로 정리 된 변수명과 자료형을 클래스 다이어그램으로 표현하게 된다면

이런 다이어그램으로 표현이 가능하게 된다.
이렇게 표현하는 다이어그램을 풀어 자바로 프로그래밍하는것이 실무에서 많이 쓰인다고 하였으며
이렇게 표현 시 잘못 된 것이 보인다면 바로바로 커뮤니케이션하는 것이 중요하다고 강사님께서 말씀해주셨다.
이 때문에 커뮤니케이션능력은 개발자에게 필수적인 요소라고 덧붙여주셨다.

위에서 언급 한 클래스다이어그램은 UML이라는 모델링 언어 중 가장 대표적인 것이라 말할 수 있다.
시스템의 일부 또는 전체의 구조를 나타낼 수 있다.
이를 통해 자바로 프로그래밍을 할 경우 꼭 설계도대로 만들어야하며 이에 대해 궁금증이 있을 시 직접 소통을 하는 것이 좋다고 했다. 

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클래스명명 규칙

1. 하나 이상의 문자로 이루어져야 함.

2. 첫 글자는 숫자가 나올 수 없음

3. $, _ 외의 특수문자 사용 불가

4. 예약어 사용 불가

5. 관례적으로 첫 글자는 대문자, 나머지 소문자로 사용

6. 관례적으로 두 단어 이상이면 각 단어의 첫 글자를 대문자로 사용

7. 한글도 가능하지만 되도록 영어로 작성

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클래스의 용도

1. 라이브러리용 클래스
 - API용도
 - 다른 클래스에서 이용할 목적으로 설계되는 클래스

2. 실행용 클래스
 - 프로그램의 진입점인 main() 메소드를 제공하는 역할
 - 프로그램 전체에서 사용되는 클래스 중 하나만 실행용 클래스라고 한다.

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클래스 정의 형식

public class Member(){
//=======↓↓↓속성(Field)↓↓↓========
private String name;
private int age;
//=======↓↓↓생성자(Constructor)↓↓↓========
public Member(){
}
public Member(String name, int age){
	this.name = name;
    this.age = age;
}
//=======↓↓↓기능(Method)↓↓↓========
public void setName(String name){
	this.name = name;
}
public void setAge(int age){
	this.age = age;
}
}

 

코드로 나열해보자면 위 코드처럼 작성이 된다고 볼 수 있다.

 

그리고 소스파일 하나당 하나의 클래스를 선언하는 것이 일반적이며

두 개 이상의 클래스도 선언은 가능하지만 pubic으로 접근제한자를 걸어 둔 클래스는 하나의 클래스만 생성이 가능하다.

가급적이면 소스파일 하나엔 하나의 클래스만 선언하는 것이 좋다.

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객체 할당 방법

객체는
클래스를 설계
클래스를 이용하여 객체 생성
생성된 객체를 사용
하는 순서로 이루어져있다.

객체의 할당 방법은 위 그림과 같으며 코드로 나열해보자면

public class Run(){
	public static void main(String[] args){
    	Member m = new Member();
    }
}

위 코드와 같이 할당을 한다.

이를 인스턴스화라고도 하며 
heap영역에 객체를 생성한 후 주소를 리턴해주며
참조변수를 만들어 주소를 담아 사용한다.
참조변수는 객체와 동일한 클래스 타입으로 생성해야 한다.

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객체사용

생성된 객체의 속성(Field)과 기능(Method)을 사용하는 것을 뜻하며
객체 접근 연산자를 이용하여 객체에 접근 후 사용한다.
그 연산자는 도트( . )연산자 이다.

 

 

Member m = new Member();

m.setName();

아까 만들어 둔 클래스를 위 코드와 같이 만든다면 사용이 가능하다.

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접근 제한자

접근 제한자는 외부에서 접근 가능한 멤버와 불가능한 멤버를 구분하는 용도로 사용되는 언어이다.
해당 언어를 통해 캡슐화가 가능하도록 도와준다.

캡슐화란, 추상화를 통해 정리된 데이터들과 기능을 하나로 묶어 관리하는 것을 뜻한다.
보통 데이터의 접근 제한을 원칙으로 한다.

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캡슐화의 원칙

1. 클래스의 멤버 변수에 대한 접근 권한은 private을 원칙으로 한다.
2. 클래스의 멤버 변수에 대한 연산처리를 목적으로 하는 함수들을 클래스 내부에 작성한다.
3. 멤버 함수는 클래스 밖에서 접근할 수 있도록 public으로 설정한다.

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접근제한자의 종류

접근제한자는 위와 같이 4종류로 사용되며
주로 사용되는 것은 (+)public, (-)private 이라 한다. 이는 UML에서 많이 등장하니 기호를 알아두는 것이 좋다.
차이점은 위 표와 같다.

 

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필드

public class Member(){
//=======↓↓↓속성(Field)↓↓↓========
private String name;
private int age;
//=======↓↓↓생성자(Constructor)↓↓↓========
public Member(){
}
public Member(String name, int age){
	this.name = name;
    this.age = age;
}
//=======↓↓↓기능(Method)↓↓↓========
public void setName(String name){
	this.name = name;
}
public void setAge(int age){
	this.age = age;
}
}

아까 작성한 코드를 다시 가져왔다. 맨 위에 있는 필드 부분을 참고하면 더 도움이 될 것이다.

필드는 객체의 데이터가 저장 되는 곳을 의미한다.
변수와 비슷하지만 생성자나 메소드 외부에 선언되어 클래스 전체에서 사용된다.
생성자와 메소드 내부에 선언 된 변수는 로컬변수(지역변수)라고 부른다.

필드의 종류는
클래스변수 : 클래스 영역에 static예약어를 사용한 변수.
멤버변수(인스턴스 변수) : 클래스 영역에 선언

필드의 특징은

객체가 생성 될 때 만들어지고, 객체가 소멸할 때 같이 소멸된다.
필드는 기본타입, 또는 참조타입 변수로 생성 가능하며
선언 시 초기값을 넣을 수 있다.
클래스 내부에서 필드 사용 시 이름만 불러서 사용하고
클래스 외부에서 필드 사용 시 객체명.필드명 으로 사용한다.

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정적 필드(static)

적적필드란, 같은 타입의 여러 객체가 공유할 목적의 필드에 사용한다.
프로그램 실행 시에 정적 메모리 영역에 자동 할당되며
같은 타입의 모든 객체가 꼭 필요한 공통적인 속성을 가진 변수에 사용한다.

static뿐만 아니라 상수속성을 가진 final라는 문자를 넣어
static final 이라는 예약어로도 사용이 가능하다.

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필드 초기화

초기화 방법으로는

1. JVM 기본값 초기화 - JVM에서 자동으로 초기값 설정
2. 명시적 초기화 - 필드 선언 시 초기값 설정
3. 초기화 블록을 이용한 초기화 - 인스턴스 변수를 이용하여 초기화
4. 생성자를 이용한 초기화 - 생성자 내부에 초기화 코드 작성

위와 같이 4가지가 있다.

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초기화 순서

초기화 순서는 위 그림과 같다.

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메소드

메소드는 수학의 함수와 비슷하며 호출을 통해 사용한다.
전달 값이 없는 상태로 호출하거나 어떤 값을 전달하여 호출
함수 내에 작성된 연산 수행 후 반환 값/결과 값은 있거나 없을 수 있다.

위 그림과 같이 메소드를 불러 올 때 들어가는 인자값이 안에 짜여진 함수를 통해 연산되고
값을 반환해주는 식으로 사용된다.

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메소드의 반환형

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메소드의 매개변수

 

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메소드의 예약어

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메소드의 리턴

메소드의 리턴은 다음과 같으며 스택에 순서대로 축적되며
가장 최근에 축적 된 순으로 마무리가 된다.
따라서 새로운 메소드에 인자를 넣어 스택에 값을 기록 후 
해당 값을 클래스에서 가져온 힙영역에 있는 멤버변수에 덮어씌우는 방법으로
값을 초기화시킨다.
또한 앞에 있는 메소드가 리턴하면 다시 그 메소드를 실행시킨 메소드로 돌아오며 최종적으로 메인메소드까지 돌아오고 리턴이 되면 프로그램이 마무리 된다고 볼 수 있을 것 같다.

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오버로딩

오버로딩은 동일한 이름의 메소드를 여러 개 정의해서 사용하는 것이다.
하나의 함수가 마치 여러 일을 하는 것 처럼 정의할 수 있기 때문에 다형성이 구현된다.

오버로딩의 조건은
1. 메소드의 이름이 같아야한다.
2. 매개변수명은 무관하다.
3. 리턴 타입은 무관하다.

따라서 매개변수의 타입과 순서, 갯수가 중요하다.

// 좋은 예시
public void test(int num){}
public void test(String str){}
public void test(int num, String str){}
public void test(String str, int num){}

// 나쁜 예시
public void test(int num){}
public int test(int num2){}
public void test(int num, String str){}
public void test(int num2, String str2){}

 

위 표를 이용하여 예시를 들었으며 변수명과 리턴타입은 무관하므로 아래의 예시는 전부 실행이 불가능하다.

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this

this 는 모든 인스턴스 메소드에 숨겨진 채 존재하는 레퍼런스로 할당 된 객체를 가르키는 객체이다.
함수 실행 시 전달되는 객체의 주소를 자동으로 받을 수 있다.

public class Test(){

	public String name = "홍길동";
    
    public void testmethod(){
    String name = "김길동";
    
    System.out.println(name);     // 김길동
    System.out.println(this.name);// 홍길동
    
    }
}

위 표와 같이 작성하면 되며
this를 안붙인 name은 지역변수인 김길동을 가르키고
this를 붙인 name은 멤버변수인 홍길동을 가르키는 모습을 볼 수 있다.

 

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실습 - 깃허브 : https://github.com/thyum3891/kh_java_study/commit/fcc24233a96d41769eb02dd2973594c0024b06fa
마치며 실습을 하면서 그동안 배운것들이 어떻게 쓰이는지 어느정도 그려지는 느낌이 들었다.
해당 내용에 대해서는 곱씹어 이해할게 많아서 오히려 더 어려웠지만 하나하나 이해가 되는 느낌이 또 새로웠다.
코딩에서 이론이 왜 중요한지 알게되는 계기가 된 것 같으며 앞으로도 더 열심히 기반을 만들어야겠다.