[준석] 12장 정리

12장 - 다형성/junseok.md

@@ -0,0 +1,279 @@
+# 12장 다형성
+
+## 이번 장의 목표
+
+포함 다형성의 관점에서 런타임에 상속 계층 안에서 적절한 메서드를 선택하는 방법을 이해하는 것이다.
+
+## 다형성
+
+하나의 추상 인터페이스에 대해 코드를 작성하고 이 추상 인터페이스에 대해 서로 다른 구현을 연결할 수 있는 능력이다[Czarnecki00].
+
+다형성은 런타임에 메시지를 처리하기에 적합한 메서드를 동적으로 탐색하는 과정을 통해 구현되며, 상속이 이런 메서드를 찾기 위한 일종의 탐색 경로를 클래스 계층의 형태로 구현하기 위한 방법이다.
+
+객체지향 프로그래밍에서 사용하는 다형성은 다음으로 분류된다.
+
+- 유니버셜 다형성
+ - 매개변수 다형성
+ - 포함 다형성(a.k.a. 서브타입 다형성)
+- 임시 다형성
+ - 오버로딩 다형성
+ - 강제 다형성
+
+### 매개변수 다형성
+
+클래스의 인스턴스 변수나 메서드의 매개변수 타입을 임의의 타입으로 선언한 후 사용한 시점에 구체적인 타입으로 지정하는 방식이다.
+
+(**제네릭 프로그래밍**과 관련이 깊다)
+
+EX) List 인터페이스
+
+컬렉션에 보관할 요소의 타입을 임의의 타입 T로 지정하고 실제 인스턴스를 생성하는 시점에 T를 구체적인 타입으로 지정한다.
+
+### **포함 다형성(a.k.a. 서브타입 다형성)**
+
+메시지가 동일하더라도 수신한 객체의 타입에 따라 실제로 수행되는 행동이 달라지는 능력을 의미한다.
+
+가장 널리 알려진 형태의 다형성이기 때문에 특별한 언급 없이 다형성이라고 할 때는 포함 다형성을 의미한다.
+
+```java
+public class Movie {
+ private DiscountPolicy discountPolicy;
+ public Money calculateMovieFee(Screening screening) {
+ // discountPolicy 객체 타입에 따라 실행되는 메서드가 달라진다.
+ return fee.minus(discountPolicy.calculateDiscountAmount(screening));
+ }
+}
+```
+
+포함 다형성을 구현하는 가장 일반적인 방법은 상속을 사용하는 것이다.
+
+상속을 사용하는 가장 큰 이유는 **상속이 클래스들을 계층으로 쌓아 올린 후 상황에 따라 적절한 메서드를 선택할 수 있는 메커니즘을 제공하기 때문이다.**
+
+객체가 메시지를 수신하면 객체지향 시스템은 메시지를 처리할 적절한 메서드를 상속 계층 안에서 탐색한다.
+
+실행한 메서드를 선택하는 기준은 어떤 메시지를 수신했는지, 어떤 클래스의 인스턴스인지, 상속 계층이 어떻게 구성돼 있는지에 따라 다르다.
+
+포함 다형성(서브타입 다형성)의 전제 조건은 자식 클래스가 부모 클래스의 서브타입이어야 한다는 것이다. 그리고 **상속의 진정한 목적은 코드 재사용이 아니라 다형성을 위한 서브타입 계층을 구축하는 것이다.**
+
+### 오버로딩 다형성
+
+하나의 클래스 안에 동일한 이름의 메서드가 존재하는 경우이다.
+
+### 강제 다형성
+
+언어가 지원하는 자동적인 타입 변환이나 사용자가 직접 구현한 타입 변환을 이용해 동일한 연산자를 다양한 타입에 사용할 수 있는 방식이다.
+
+EX) ‘+’연산자
+
+피연산자가 모두 정수일 때는 덧셈 연산자로 동작하고,
+
+피연산자 중 하나가 문자열일 때는 연결 연산자로 동작한다.
+
+## 상속의 양면성
+
+**객체지향 프로그램을 작성하기** 위해서는 항상 **데이터와 행동이라는 두 가지 관점에서 함께 고려해야 한다.**
+
+타입 계층에 대한 고민 없이 코드를 재사용하기 위해 상속을 사용하면 이해하기 어렵고 유지보수하기 버거운 코드가 만들어질 확률이 높다. 문제를 피할 수 있는 유일한 방법은 상속이 무엇이고 언제 사용해야 하는지를 이해하는 것이다.
+
+### **메서드 오버라이딩**
+
+자식 클래스 안에 상속받은 메서드와 동일한 시그니처의 메서드를 재정의해서 부모 클래스의 구현을 새로운 구현으로 **대체하는 것**이다.
+
+### **메서드 오버로딩**
+
+부모 클래스에서 정의한 메서드와 이름은 동일하지만 시그니처는 다른 메서드를 자식 클래스에 **추가하는 것**이다.
+
+### 데이터 관점의 상속
+
+데이터 관점에서 상속은 자식 클래스의 인스턴스 안에 부모 클래스의 인스터스를 포함하는 것이다. 따라서 자식 클래스의 인스턴스는 자동으로 부모 클래스에서 정의한 모든 인스턴스 변수를 내부에 포함하게 된다.
+
+### 행동 관점의 상속
+
+부모 클래스가 정의한 일부 메서드를 자식 클래스의 메서드로 포함시키는 것이다.
+
+객체의 경우에는 각 인스턴스별로 독립적인 메모리를 할당받아야 한다.
+
+하지만 메서드의 경우엔 한 번만 메모리에 로드하고 **각 인스턴스별로 클래스를 가리키는 포인터를 갖게 하는 것**이 경제적이다.
+
+런타임 시스템이 자식 클래스에 정의되지 않은 메서드가 있을 때 이 메서드를 부모 클래스 안에서 탐색하기 때문에 부모 클래스에서 구현한 메서드를 자식 클래스의 인스턴스에서 수행할 수 있다.
+
+메시지를 수신한 객체는 class포인터로 연결된 자신의 클래스에서 적절한 메서드가 존재하는지 찾는다. 만약 메서드가 없으면 클래스의 parent 포인터를 따라 부모 클래스를 차례대로 훑어가면서 적절한 메서드를 탐색한다.
+
+class포인터와 parent포인터를 조합해 현재 인스턴스 클래스부터 최상위 클래스까지 접근 가능하다.
+
+## 업캐스팅과 동적 바인딩
+
+### 같은 메시지, 다른 메서드
+
+선언된 참조 타입과 무관하게 실제로 메시지를 수신하는 객체의 타입에 따라 실행되는 메서드가 달라질 수 있는 것은 **업캐스팅**과 **동적 바인딩**이라는 메커니즘이 작용하기 때문이다.
+
+- 업캐스팅
+ 부모 클래스 타입으로 선언된 변수에 자식 클래스의 인스턴스를 할당하는 것이 가능하다.
+- 동적 바인딩
+ 선언된 변수의 타입이 아니라 메서드를 수신하는 객체의 타입에 따라 실행되는 메서드가 결정된다.
+
+업캐스팅과 동적 메서드 탐색은 개방-폐쇄 원칙을 따르게 해주는 방법으로, 코드를 변경하지 않고도 기능을 추가할 수 있게 해준다.
+
+다운캐스팅
+
+반대로 부모 클래스의 인스턴스를 자식 클래스 타입으로 변환하기 위해서는 명시적인 타입 캐스팅이 필요하다.
+
+EX) Lecture lecture = new GradeLecture(…);
+
+GradeLecture gradeLecture = (GradeLecture)lecture;
+
+### 정적 바인딩과 동적 바인딩
+
+**정적 바인딩, 초기 바인딩, 컴파일타임 바인딩**
+
+컴파일타임에 호출할 함수를 결정하는 방식이다.
+
+**동적 바인딩, 지연 바인딩**
+
+런타임에 실행될 메서드를 결정하는 방식이다.
+
+## 동적 메서드 탐색과 다형성
+
+객체지향 시스템은 실행할 메서드를 다음 규칙에 따라 선택한다.
+
+- 메시지를 수신한 객체는 먼저 자신을 생성한 클래스에 적합한 메서드가 존재하는 검사한다. 존재하면 메서드를 실행하고 탐색을 종료한다.
+- 메서드를 찾지 못했다면 부모 클래스에서 메서드 탐색을 계속한다. 이 과정은 적합한 메서드를 찾을 때까지 상속 계층을 따라 올라가며 계속된다.
+- 상속 계층의 가장 최상위 클래스에 이르렀지만 메서드를 발견하지 못한 경우 예외를 발생시키며 탐색을 중단한다.
+
+동적 메서드는 **self**가 가리키는 객체의 클래스에서 시작해 메서드 탐색이 종료되면 **self 참조**는 자동으로 소멸된다.
+
+동적 메서드 탐색은 두 가지 원리로 구성된다.
+
+1. 자동적인 메시지 위임
+2. 동적인 문맥 사용
+
+## 자동적인 메시지 위임
+
+**자식 클래스는 자신이 이해할 수 없는 메시지를 전송받은 경우 상속 계층을 따라 부모 클래스에게 처리를 자동으로 위임한다.**
+
+C++에서는 상속 계층 내 동일한 이름의 메서드가 공존해 발생하는 혼란을 방지하기 위해 부모 클래스에 선언된 이름이 동일한 메서드 전체를 숨겨 클라이언트가 호출하지 못하도록 한다.
+
+이를 이름 숨기기라고 부른다[Eckel03].
+
+이처럼 사용하는 언어마다 동적 메서드 탐색과 관련한 규칙은 다를 수 있다.
+
+## 동적인 문맥 사용
+
+**메서드를 탐색하는 경로는 self 참조를 시작으로 런타임에 어떤 메서드를 실행할지 결정한다.**
+
+동적인 문맥을 결정하는 것은 메시지를 수신한 객체를 가리키는 self 참조이다.
+
+self 전송의 특성을 간단한 예제로 살펴보자.
+
+```java
+public class User {
+ public void introduce() {
+ /* getName()은 현재 클래스의 메서드를 호출하는 것이 아니라
+ **현재 객체(self참조가 가리키는 객체)에게 getJob 메시지를 전송하는 것이다.**
+ */
+ print("My name is" + getJob());
+ }
+ public String getJob() {
+ return "user";
+ }
+}
+```
+
+inroduce 메서드 탐색 과정을 따라가보자.
+
+1. User 인스턴스가 inroduce 메시지를 수신하면 self 참조는 메시지를 수신한 User 인스턴스를 가리키도록 자동으로 할당된다.
+2. 시스템은 User객체에서 introduce 메서드를 발견하고 실행시킨다.
+3. inroduce 메서드를 실행하면서 getJob 메서드 호출 구문을 발견하면 시스템은 self 참조가 가리키는 현재 객체에게 메시지를 전송해야 한다고 판단한다.
+4. introduce를 수신한 동일한 객체에게 getJob 메시지를 전송한다.
+5. self 참조로부터 다시 메서드 탐색을 하고 getJob 메서드를 실행 후 메서드 탐색을 종료한다.
+
+여기에 상속이 추가되면 복잡해진다.
+
+```java
+public class Student extends User{
+ @Override
+ public String getJob() {
+ return "student";
+ }
+}
+```
+
+Student 인스턴스가 inroduce 메시지를 수신했다 가정하면
+
+1. Student에서 introduce 못찾아 계층 구조를 따라 올라가 User에서 itroduce를 찾는다.
+2. getJob 메서드 발견 후 introduce 수신한 Student인스턴스에 메시지 전송한다.
+3. Student인스턴스의 getJob 메서드 실행 후 메서드 탐색 종료한다.
+
+이 결과 이해하기 어려운 코드가 만들어진다.
+
+## 이해할 수 없는 메시지
+
+프로그래밍 언어가 정적 타입 언어에 속하는지, 동적 타입 언어에 속하는지에 따라 달라진다.
+
+### 정적 타입 언어와 이해할 수 없는 메시지
+
+자바와 같은 정적 타입 언어는 컴파일 시에 상속 계층 전체를 탐색하고, 메시지를 처리할 수 있는 메서드를 발견하지 못했다면 컴파일 에러를 발생시킨다.
+
+안정적이지만 유연하지 않다.
+
+### 동적 타입 언어와 이해할 수 없는 메시지
+
+정적 타입 언어와의 차이점은 컴파일 단계가 없어 실제로 코드를 실행하기 전에는 메시지 처리 가능 여부를 판단할 수 없다는 점이 있다.
+
+또한 이해할 수 없는 메시지에 대해 예외를 던지거나 메시지를 이해할 수 없다는 메시지에 대해 응답할 수 있는 메서드를 구현할 수 있다.
+
+동적 타입 언어는 이해할 수 없는 메시지를 처리할 수 있는 능력을 가짐으로써 메시지가 선언된 인터페이스와 메서드가 정의된 구현을 분리할 수 있다.
+
+유연성이 있지만 안정적이지 않다.
+
+## Self vs Super
+
+self 전송의 경우 메서드 탐색을 시작할 클래스를 반드시 실행 시점에 동적으로 결정해야 하지만
+
+super 전송의 경우 컴파일 시점에 미리 결정해 놓을 수 있다.
+
+**super 참조**는 지금 이 클래스의 부모 클래스에서부터 메서드 탐색을 시작하라는 의도이다.
+
+super 참조를 이용해 부모 클래스에게 **메시지를 전송**한다.
+
+**왜 메시지를 호출이 아니라 메시지를 전송한다라고 표현?**
+
+호출되는 메서드는 바로 한단계 위의 부모 클래스가 아닌 더 상위의 클래스일 수 있기 때문이다.
+
+이를 **super 전송**이라고 부른다.
+
+## 상속 대 위임
+
+### 위임과 self 참조
+
+자신이 수신한 메시지를 다른 객체에게 동일하게 전달해서 처리를 요청하는 것을 **위임**이라고 한다.
+
+위임은
+
+- 본질적으로 자신이 정의하지 않거나 처리할 수 없는 속성 또는 메서드의 탐색 과정을 다른 객체로 이동시키기 위해 사용한다.
+- 클래스를 이용한 상속 관계를 객체 사이의 합성 관계로 대체해서 다형성을 구현하기 위해 사용한다.
+- 이를 위해 위임은 항상 현재의 실행 문맥을 가리키는 **self 참조를 인자로 전달한다.**
+
+**포워딩과 위임 차이**
+
+포워딩
+
+처리를 요청할 때 self참조를 전달하지 않는 경우이다.
+
+위임
+
+처리를 요청할 때 self참조를 전달하는 경우이다.
+
+### 프로토타입 기반의 객체지향 언어
+
+클래스가 존재하지 않고 오직 객체만 존재하는 프로토타입 기반의 객체지향 언어에서 상속을 구현하는 유일한 방법은 객체 사이의 위임을 이용하는 것이다.
+
+자바스크립트에서는 prototype 체인으로 연결된 객체 사이에 메시지를 위임함으로써 상속을 구현할 수 있다.
+
+# 읽고 난 후
+
+이번 장을 읽고 클래스 없이도 객체 사이의 협력 관계를 구축할 수 있고, 상속 없이 다형성을 구현할 수 있다는 점을 알았다. 이처럼 클래스는 객체를 편리하게 정의하고 생성하기 위해 제공되는 프로그래밍 구성 요소일 뿐이지, 너무 클래스에 목 메이지 말아야 겠다고 다시 한 번 생각하게 되었다.
+
+중요한 것은 클래스가 아닌 메시지와 협력이다!
+
+우리 모두 메시지와 협력에 집중하여 객체를 지향하자!!