[Java] 객체지향 프로그래밍1

객체지향 언어

객체지향 이론의 기본 개념

실제 세계는 사물(객체)로 이루어져 있으며, 발생하는 모든 사건들은 사물간의 상호작용이다.
실제 사물의 속성과 기능을 분석한 다음, 데이터(변수)와 함수로 정의함으로써 실제 세계를 컴퓨터 속에 옮겨 놓은 것과 같은 가상 세계를 구현하고 이 가상세계에서 모의실험을 함으로써 많은 시간과 비용을 절약할 수 있다.

객체지향 언어의 주요 특징

1. 코드의 재사용성이 높다.

2. 코드의 관리가 용이하다.

3. 신뢰성이 높은 프로그래밍을 가능하게 한다.

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클래스와 객체

• 클래스: 어떤 문제를 해결하기 위한 데이터를 만들기 위해 추상화를 거쳐 집단에 속하는 속성과 행위를 변수와 메서드로 정의한 것으로 객체를 만들기 위한 메타정보
• 객체: 클래스에서 정의한 것을 토대로 실제 메모리에 할당된 것으로 실제 프로그램에서 사용되는 데이터
• 인스턴스화: 클래스로부터 객체를 만드는 과정을 인스턴스화 라고 한다.
• 인스턴스: 어떤 클래스로부터 만들어진 객체
• 참조변수에는 객체의 주소가 저장된다.

인스턴스는 참조변수를 통해서만 다룰 수 있으며, 참조변수의 타입은 인스턴스의 타입과 일치해야 한다.
참조변수에는 하나의 값(주소)만이 저장될 수 있다. 둘 이상의 참조변수가 하나의 인스턴스를 참조하는 것은 가능하지만 하나의 참조변수로 여러개의 인스턴스를 참조하는 것은 가능하지 않다.

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변수와 메서드

변수의 종류	선언위치	생성시기
클래스 변수	클래스 영역	클래스가 메모리에 올라갈 때
인스턴스 변수	클래스 영역	인스턴스가 생성되었을 때
지역 변수	클래스 영역 이외의 영역 (메서드, 생성자, 초기화 블럭 내부)	변수 선언문이 수행되었을 때

1. 인스턴스 변수

• 클래스의 인스턴스를 생성할 때 만들어진다.
• 인스턴스 변수의 값을 일어 오거나 저장하기 위해서는 인스턴스를 생성해야한다.
• 인스턴슨느 독립적인 저장공간을 가지므로 서로 다른 값을 가질 수 있다.
• 인스턴스마다 고유한 상태를 유지해야하는 속성의 경우 인스턴스 변수로 선언한다.

2. 클래스 변수

• 인스턴스 변수 앞에 static을 붙인다.
• 모든 인스턴스가 공통된 저장공간을 공유
• 한 클래스의 모든 인스턴스들이 공통적인 값을 유지해야하는 속성의 경우 클래스 변수로 선언해야한다.
• 클래스가 메모리에 로딩될 때 생성되어 프로그램이 종료될 때까지 유지된다.
• public을 앞에 붙이면 같은 프로그램 내에서 어디서나 접근할 수 있는 전역변수의 성격을 갖는다.

3. 지역 변수

• 메서드 내에서 선언되어 메서드 내에서만 사용 가능 
• 메서드가 종료되면 소멸되어 사용 불가
• for, while문의 블럭 내에 선언된 지역변수는 지역변수가 선언된 {}블럭 내에서만 사용 가능하며 블럭을 벗어나면 소멸되어 사용할 수 없게 된다.

 

메서드 사용 이유

1. 높은 재사용성

• 한번 만들어 놓은 메서드는 몇 번이고 호출할 수 있다.

2. 중복된 코드의 제거

3. 프로그램의 구조화

• 프로그램을 메소드로 구조화 하면 나중에 프로그램에 문제가 발생해도 해당 부분을 쉽게 찾아서 해결 할 수 있다.
• 프로그램을 설계할 때 내용이 없는 메서드를 작업단위로 만들어 놓고, 하나씩 완성해가는 것도 프로그램을 구조화하는 좋은 방법

 

메서드 선언과 구현

• 선언부: 반환 타입 - 메서드 이름 - 매개변수 선언
• 구현부: {}
• return문: 단 하나의 값만 반환할 수 있다.

 

매개변수의 유효성 검사

• 메서드의 구현부를 작성할 때 제일 먼저 해야 하는 일이 매개변수의 값이 적절한 것인지 확인 하는 것
• 적절하지 않은 값이 매개변수를 통해 넘어온다면 매개변수의 값을 보정하던가, 보정하는 것이 불가능하다면 return문을 사용해서 작업을 중단하고 호출한 메서드로 되돌아가야한다.
• 간과하기 쉬운 중요한 부분

 

JVM의 메모리 구조

Method Area 클래스 데이터

Call stack 지역변수, 메서드 연산의 중간 결과

Heap 인스턴스

1. 메서드 영역

• 프로그램 실행 중 어떤 클래스가 사용되면, JVM은 해당 클래스이 클래스 파일(*.class)을 읽어서 분석하여 클래스에 대한 정보(클래스 데이터)를 메서드 영역에 저장한다.
• 클래스의 클래스 변수도 메서드 영역에 함께 생성된다.

2. 힙

• 인스턴스가 생성되는 공간
• 인스턴스 변수들이 생성되는 공간

3. 호출 스택

• 메서드이 작업에 필요한 메모리 공간을 제공
• 메서드가 호출되면, 호출 스택에 호출된 메서드를 위한 메모리가 할당되며, 이 메모리는 메서드가 작업을 수행하는 동안 지역변수들과 연산의 중간 결과 등을 저장하는데 사용된다.
• 메서드가 작업을 마치면 할당되었던 메모리 공간은 반환되어 비워진다.
•  Object 타입의 데이터들에 대한 참조를 위한 값들, primitive types 데이터들이 할당된다.

 

기본형 매개변수와 참조형 매개변수

• 기본형 매개변수: 변수의 값을 읽기만 할 수 있다.
• 참조형 매개변수: 인스턴스의 주소가 복사된다. 변수의 값을 읽고 변경할 수 있다.

 

참조형 반환타입

• 메서드가 객체 주소를 반환

 

재귀호출

• 메서드의 내부에서 메서드 자신을 다시 호출하는 것
• 무한 호출에 빠지지 않기 위해서 조건문이 필수적으로 따라다님
• 대부분의 재귀호출은 반복문으로 작성하는 것이 가능하다.
• 반복문은 같은 문장을 반복해서 수행하는 것이지만, 메서드를 호출하는 것은 반복문보다 몇 가지 과정, 매개변수 복사와 종료 후 복귀할 주소 저장 등 추가로 필요하기 때문에 반복문보다 재귀호출의 수행시간이 더 오래 걸린다.
• 굳이 재귀호출을 사용하는 이유는 재귀호출이 주는 논리적 간결함 때문. 효율적이라도 알아보기 힘들게 작성하는 것보다 다소 비효율적이더라도 알아보기 쉽게 작성하는 것이 논리적 오류가 발생할 확률도 줄어들고 나중에 수정하기도 좋다.
• 재귀호출은 비효율적이므로 재귀호출에 드는 비용보다 재귀호출의 간결함이 주는 이득이 충분히 큰 경우에만 사용해야한다.

 

클래스 메서드와 인스턴스 메서드

인스턴스 메서드는 인스턴스 변수와 관련된 작업을 하는, 메서드의 작업을 수행하는데 인스턴스 변수를 필요로 하는 메서드
인스턴스와 관계없는(인스턴스 변수나 인스턴스 메서드를 사용하지 않는) 메서드를 클래스 메서드로 정의

1. 클래스를 설계할 때, 멤버변수 중 모든 인스턴스에 공통으로 사용하는 것에 static을 붙인다.

2. 클래스 변수는 인스턴스를 생성하지 않아도 사용할 수 있다. (static이 붙은 클래스 변수는 클래스가 메모리에 올라갈 때 이미 자동적으로 생성된다.)

3. 클래스 메서드는 인스턴스 변수를 사용할 수 없다.

• 클래스메서드는 인스턴스 생성 없이 호풀가능하므로 클래스 메서드가 호출되었을 때 인스턴스가 존재하지 않을 수도 있다.

4. 메서드 내에서 인스턴스 변수를 사용하지 않는다면, static을 붙이는 것을 고려한다.

• 메서드 호출시간이 짧아지므로 성능이 향상된다. static을 안 붙인 인스턴스메서드는 실행시 호출되어야할 메서드를 찾는 과정이 추가적으로 필요하기 때문에 시간이 더 걸린다.

 

클래스 멤버와 인스턴스 멤버간의 참조와 호출

1. 인스턴스 멤버가 존재한다는 것은 인스턴스가 이미 생성되었있다는 것을 의미하고, 그럼 다른 인스턴스 멤버들도 모두 존재한다. 따라서 인스턴스 멤버는 인스턴스 멤버간이 호출이 가능하다.
2. 클래스 멤버는 언제나 참조 또는 호출이 가능하기 때문에 인스턴스 멤버가 클래스 멤버 호출 가능가능하다.
3. 클래스멤버간 참조 또는 호출 역시 아무 문제 없음
4. 하지만, 인스턴스 멤버는 반드시 객체를 생성한 후에만 참조 또는 호출이 가능하기 때문에 클래스 멤버가 인스턴스 멤버를 참조, 호출하기 위해서는 객체를 생성해야한다.

실제로는 같은 클래스 내에서 클래스멤버가 인스턴스멤버를 참조 또는 호출해야하는 경우는 드물다. 만일 그런 경우가 발생한다면, 인스턴스 메서드로 작성해야할 메서드를 클래스 메서드로 한 것은 아닌지 생각해봐야함

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오버로딩

한 클래스 내에 같은 이름의 메서드를 여러개 정의 하는 것을 의미. 

조건

1. 메서드 이름이 같아야 한다.
2. 매개변수의 개수 또는 타입이 달라야 한다.

같은 일을 하지만 매개변수를 달리해야한는 경우 사용

 

장점

• 같은 기능을 하는 메서드들을 이름을 여러개 만들 필요가 없다. 즉 메서드의 이름을 절약할 수 있다.
• 메서드 이름만 보고 '이 메서드들은 이름이 같으니, 같은 기능을 하겠구나' 라고 쉽게 예측할 수 있다.

 

가변인자 오버로딩

• JDK1.5 부터 매개변수 개수를 동적으로 지정해 줄 수 있다.
• 매개변수 중에서 제일 마지막에 선언해야한다.
• 내부적으로 배열을 이용. 가변인자가 선언된 메서드를 호출할 때마다 배열이 새로 생성된다.
• 가변인자를 성언한 메서드를 오버로딩하면, 메서드를 호출했을 때 구별되지 못하는 경우가 발생하기 쉽다. 가능하면 가변인자를 사용한 메서드는 오버로딩하지 않는 것이 좋다.

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생성자

인스턴스가 생성될 때 호출되는 '인스턴스 초기화 메서드' 인스턴스 변수의 초기화 작업에 사용되며, 인스턴스 생성 시에 실행되어야 할 작업을 위해서도 사용됨

연산자 new가 인스턴스를 생성하는 것이지 생성자가 인스턴스를 생성하는 것이 아니다.
생성자는 인스턴스변수들의 초기화에 사용되는 조금 특별한 메서드일 뿐. 

Card c = new Card();

1. 연산자 new에 의해서 메모리(heap)에 Card클래스의 인스턴스가 생성된다.
2. 생성자 Card()가 호출되어 수행된다.
3. 연산자 new의 결과로, 생성된 Card인스턴스의 주소가 반환되어 참조변수 c에 저장된다.

* 인스턴스를 생성할 때는 반드시 클래스 내에 정의된 생성자 중의 하나를 선택하여 지정해주어야 한다.

 

기본 생성자

클래스 이름() {}
Card() {}

• 컴파일러가 제공함
• 소스파일(*.java)의 클래스에 생성자가 하나도 정의되지 않은 경우 컴파일러는 자동적으로 기본 생성자를 추가하여 컴파일 한다. (단, 컴파일러가 자동적으로 기본 생성자를 추가해주는 경우는 '클래스 내에 생성자가 하나도 없을 때'임을 명심해야 함)

 

매개변수가 있는 생성자

Class Car{
	String color;
    String gearType;
    int door;
    
    Car() {}
    Car(String color, String gearType, int door) {
    	this.color = color;
        this.gearType = gearType;
        this.door = door;
    }
}

• 인스턴스를 생성하는 동시에 원하는 값으로 초기화

 

생성자에서 다른 생성자 호출하기 - this(), this

생성자 간에도 서로 호출이 가능하다.

Class Car{
    String color;
    String gearType;
    int door;
    
    Car() {
    	this("white", "auto", "4") // 자동차를 생산할 때 아무 옵션도 주지 않을 경우 default값
    }
    Car(String color, String gearType, int door) {
    	this.color = color;
        this.gearType = gearType;
        this.door = door;
    }
}

• 생성자 이름으로 클래스 이름 대신 this()를 사용한다.
• 한 생성자에서 다른 생성자를 호출할 때는 반드시 첫줄에서만 호출이 가능하다.
• this는 참조변수로 인스턴스 자신을 가리킨다.
• this로 인스턴스 변수에 접근할 수 있다. this를 사용할 수 있는 것은 인스턴스 멤버 뿐.

 

생성자를 이용한 인스턴스의 복사

Class Car{
    String color;
    String gearType;
    int door;
    
    Car() {
    	this("white", "auto", "4");    
    }
    
    Car(Car c) {
    	this.color = c.color;
        this.gearType = c.gearType;
        this.door = c.door;
    }
    
    Car(String color, String gearType, int door) {
    	this.color = color;
        this.gearType = gearType;
        this.door = door;
    }
}

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변수의 초기화

변수를 선언하고 처음으로 값을 저장하는 것

명시적 초기화

• 변수를 선언과 동시에 초기화하는 것

 

초기화 블럭

초기화 블럭 내에서는 메서드 내에서와 같이 조건문, 반복문, 예외처리구문 등을 자유롭게 사용할 수 있으므로, 초기화 작업이 복잡하여 명시적 초기화만으로 부족한 경우 초기화 블럭을 사용한다.

• 클래스 초기화 블럭 static{}: 클래스 변수의 복잡한 초기화에 사용됨
• 인스턴스 초기화 블럭 {}: 인스턴스변수의 복잡한 초기화에 사용됨
• 인스턴스 변수의 초기화는 주로 생성자를 사용하고, 인스턴스 초기화 블럭은 모든 생성자에서 공통으로 수행되어야 하는 코드를 넣는데 사용한다.

Class Car{
    String color;
    String gearType;
    static int count;
    int serialNo;

    {
        count++;
        serialNo = count;
    }

    Car(){
        this("White", "Auto");
    }
    
    Car(String color, String gearType){
    	this.color = color;
        this.gearType = gearType;
    }
}

 

멤버변수의 초기화 시기와 순서

• 클래스변수의 초기화 시점: 클래스가 처음 로딩될 때 단 한번 초기화 된다.
• 인스턴스변수의 초기화 시점: 인스턴스가 생성될 때마다 각 인스턴스별로 초기화가 이루어진다.
• 클래스변수의 초기화 순서: 기본값 → 명시적 초기화 → 클래스 초기화 블럭
• 인스턴스변수의 초기화 순서: 기본값 → 명시적 초기화 → 인스턴스 초기화 블럭 → 생성자
• 클래스 초기화 → 인스턴스 초기화 

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source

자바의 정석