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☕️[Java] 다형성(Polymorphism) 시작
Java Programming Language

다형성(Polymorphism) 시작.

“객체지향 프로그래밍의 대표적인 특징으로는 캡슐화, 상속, 다형성이 있습니다.”

  • 그 중에서 “다형성” 은 객체지향 프로그래밍의 이라고 불립니다.

앞서 학습한 캡슐화나 상속은 직관적으로 이해하기 쉽습니다.

  • 반면에 “다형성은 제대로 이해하기도 어렵고, 잘 활용하기는 더 어렵습니다.”
    • 하지만 좋은 개발자기 되기 위해서는 “다형성에 대한 이해가 필수” 입니다.

“다형성(Polymorphism)” 은 이름 그대로 “다양한 형태”, “여러 형태” 를 뜻합니다.

  • 프로그래밍에서 “다형성은 한 객체가 여러 타입의 객체로 취급될 수 있는 능력을 뜻합니다”

보통 하나의 객체는 하나의 타입으로 고정되어 있습니다.

  • 그런데 “다형성을 사용하면 하나의 객체가 다른 타입으로 사용될 수 있다는 뜻입니다.”

본격적인 다형성 학습.

다형성을 이해하기 위해서는 크게 “2가지 핵심 이론” 을 알아야 합니다.

  1. 다형적 참조
  2. 메서드 오버라이딩

먼저 “다형적 참조”라 불리는 개념에 대해 알아봅시다.

다형적 참조.

다형적 참조를 이해하기 위해 다음과 같은 간단한 상속 관계를 코드로 만들어보겠습니다.

  • 부모와 자식이 있고, 각각 다른 메서드를 가집니다.

Parent

package poly.basic;

public class Parent {

  public void parentMethod() {
    System.out.println("Parent.parentMethod");
  }
}

Child

package poly.basic;

public class Child extends Parent {

  public void childMethod() {
    System.out.println("Child.childMethod");
  }
}

PolyMain

/*
 * 다형적 참조: 부모는 자식을 품을 수 있다. 
 */

package poly.basic;

public class PolyMain {

  public static void main(String[] args) {
    // 부모 변수가 부모 인스턴스 참조
    System.out.println("Parent -> Parent");
    Parent parent = new Parent();
    parent.parentMethod();

    // 자식 변수가 자식 인스턴스 참조
    System.out.println("Child -> Child");
    Child child = new Child();
    child.parentMethod();
    child.childMethod();

    // 부모 변수가 자신 인스턴스 참조(다형적 참조)
    System.out.println("Parent -> Child");
    Parent poly = new Child();
    poly.parentMethod();
  }
}
Parent -> Parent
Parent.parentMethod
Child -> Child
Parent.parentMethod
Child.childMethod
Parent -> Child
Parent.parentMethod

그림을 통해 코드를 하나씩 분석해봅시다.

부모 타입의 변수가 부모 인스턴스 참조

  • 부모 타입의 변수가 부모 인스턴스를 참조합니다.
  • Parent parent = new Parent()
  • Parent 인스턴스를 만들었습니다. 이 경우 부모 타입인 Parent를 생성했기 때문에 메모리 상에 Parent만 생성됩니다.(자식은 생성되지 않습니다.)
  • 생성된 참조값을 Parent 타입의 변수인 parent에 담아둡빈다.
  • parent.parentMethod()를 호출하면 인스턴스의 Parent 클래스에 있는 parentMethod()가 호출됩니다.

자식 타입의 변수가 자식 인스턴스 참조

  • 자식 타입의 변수가 자식 인스턴스를 참조합니다.
  • Child child = new Child()
  • Child 인스턴스를 만들었습니다. 이 경우 자식 타입인 Child를 생성했기 때문에 메모리 상에 ChildParent가 모두 생성 됩니다.
  • 생성된 참조값을 Child 타입의 변수인 child에 답아둡니다.
  • child.childMethod()를 호출하면 인스턴스의 Child 클래스에 있는 childMethod()가 호출됩니다.

여기까지는 지금까지 배운 내용이므로 이해하는데 어려움은 없을 것입니다. 이제부터가 중요합니다.

  • 부모 타입의 변수가 자식 인스턴스를 참조합니다.
  • Parent poly = new Child()
  • Child 인스턴스를 만들었습니다. 이 경우 자식 타입인 Child를 생성했기 때문에 메모리 상에 ChildParent가 모두 생성됩니다.
  • 생성된 참조값을 Parent 타입의 변수인 poly에 담아둡니다.

부모는 자식을 담을 수 있습니다.

  • 부모 타입은 자식 타입을 담을 수 있습니다.
  • Parent poly는 부모 타입입니다. new Child()를 통해 생성된 결과는 Child 타입입니다. 자바에서 부모 타입은 자식 타입을 담을 수 있습니다.
    • Parent poly = new Child() : 성공
  • 반대로 자식 타입은 부모 타입을 담을 수 없습니다.
    • Child child1 = new Parent() : 컴파일 오류 발생

다형적 참조
지금까지 학습한 내용을 떠올려보면 항상 같은 타입에 참조를 대입했습니다.
그래서 보통 한 가지 형태만 참조할 수 있습니다.

  • Parent parent = new Parent()
  • Child child = new Child()

그런데 Parent 타입의 변수는 다음과 같이 자신인 Parent는 물론이고, 자식 타입까지 참조할 수 있습니다. 만약 손자가 있다면 손자도 그 하위 타입도 참조할 수 있습니다.

  • Parent poly = new Parent()
  • Parent poly = new Child()
  • Parent poly = new Grandson() : Child 하위에 손자가 있다면 가능

자바에서 부모 타입은 물론이고, 자신을 기준으로 모든 자식 타입을 참조할 수 있습니다.
“이것을 바로 다양한 형태를 탐조할수 있다고 해서 다형적 참조하고 합니다.”

다형적 참조와 인스턴스 실행
앞의 그림을 참고합시다.

  • poly.parentMethod()를 호출하면 먼저 참조값을 사용해서 인스턴스를 찾습니다.
    • 그리고 다음으로 인스턴스 안에서 실행할 타입도 찾아야 합니다.
  • polyParent 타입입니다.
    • 따라서 Parent 클래스부터 시작해서 필요한 기능을 찾습니다.
  • 인스턴스의 Parent 클래스에 parentMethod()가 있습니다.
    • 따라서 해당 메스드가 호출됩니다.

Parent poly = new Child() 이렇게 자식을 참조한 상황에서 poly가 자식 타입인 Child에 있는 childMethod()를 호출하면 어떻게 될까요?

  • poly.childMethod()를 실행하면 먼저 참조값을 통해 인스턴스를 찾습니다.
    • 그리고 다음으로 인스턴스 안에서 실행할 타입을 찾아야 합니다.
      • 호출자인 polyParent타입입니다.
        • 따라서 Parent 클래스부터 시작해서 필요한 기능을 찾습니다.
          “그런데 상속 관계는 부코 방향으로 찾아 올라갈 수는 있지만 자식 방향으로 찾아 내려갈 수는 없습니다.”
  • Parent는 부모 타입이고 상위에 부모가 없습니다.
    • 따라서 childMethod()를 찾을 수 없으므로 컴파일 오류가 발생합니다.

이런경우 childMethod()를 호출하고 싶으면 어떻게 해야할까요?

  • “바로 캐스팅이 필요합니다.”

다형적 참조의 핵심은 부모는 자식을 품을 수 있다는 것입니다.
그런데 이런 “다형적 참조가 왜 필요하지?” 라는 의문이 들 수 있습니다.

  • 이 부분은 다형성의 다른 이론들도 함께 알아야 이해할 수 있습니다.
    • 지금은 우선 다형성의 문법과 이론을 익히는데 집중합시다.