[codestates] 클래스, 객체, 필드, 메서드

2023년 04월 21일

객체지향 프로그래밍

객체지향 프로그래밍(OOP, Object Oriented Programming)은 세계는 이러한 객체들로 구성되어 있으며, 발생하는 모든 사건들은 이 객체들 간의 상호작용을 통해 발생한다는 전제로부터 출발합니다.

OOP 는 데이터와 코드로 이루어진 객체라는 개념에 기초하고 있으며, 데이터는 필드라는 형식으로, 코드는 메서드라는 형식으로 표현됩니다.

클래스

클래스는 객체를 생성하는 하나의 틀입니다. 즉, 객체 그 자체가 아니라 단지 객체를 생성하는 데 사용되는 하나의 틀입니다.

이렇게 클래스를 통해 생성된 객체를 우리는 해당 클래스의 인스턴스(instance)라 부릅니다. 또한 클래스로부터 객체를 만드는 과정을 우리는 인스턴스화(instantiate)라 지칭합니다.

실 객체와 인스턴스는 같은 말이라 차이를 두는 것에 큰 의미는 없으며, 따라서 이 두 용어를 혼용하여 사용할 수 있습니다.

그럼에도, 조금 엄격하게 두 용어를 구분해 보자면, 객체는 모든 인스턴스를 포괄하는 넓은 의미를 가지고 있는 반면, 인스턴스는 해당 객체가 어떤 클래스로부터 생성된 것인지를 강조한다는 데 그 차이가 있다고 할 수 있습니다.

클래스의 구성요소

클래스의 구성요소는 크게 네가지로, 필드(field), 메서드(method), 생성자(constructor), 그리고 이너 클래스(inner class)입니다.

public class ExampleClass {
	int x = 10; // (1)필드
	void printX() {...} // (2)메서드
	ExampleClass {...} // (3)생성자
	class ExampleClass2 {...} // (4)이너 클래스
} 

(1) 필드 - 클래스의 속성을 나타내는 변수입니다. 자동차로 예를 들면 모델명, 컬러, 바퀴의 수 등이 포함될 수 있습니다.

(2) 메서드 - 클래스의 기능을 나타내는 함수입니다. 자동차를 예로 들면 시동하기, 가속하기, 정지하기 등이 포함될 수 있습니다.

(3) 생성자 - 클래스의 객체를 생성하는 역할을 합니다. 뒤의 내용에서 좀 더 자세히 학습하도록 합니다.

(4) 이너 클래스 - 클래스 내부의 클래스를 의미합니다.

객체

클래스는 개별 객체(인스턴스)를 만들기 위한 설계도이며, 클래스를 통해 만들어진 객체가 실제로 사용할 수 있는 실체입니다.

체는 크게 속성과 기능이라는 두 가지 구성요소로 이뤄져 있습니다.

속성과 기능은 각각 필드와 메서드로 정의되는데, 일반적으로 하나의 객체는 다양한 속성과 기능의 집합으로 이뤄져 있습니다. 그리고 이러한 속성과 기능은 이너클래스와 함께 객체의 멤버(member)라 부릅니다.

객체의 생성

객체의 생성은 다음과 같이 new 키워드를 사용하여 다음과 같이 실제 객체를 생성할 수 있습니다.

class CarTest {
	public static void main(String[] args) {

	Car bmw = new Car(); // Car 클래스를 기반으로 생성된 bmw 인스턴스
	Car tesla = new Car(); // Car 클래스를 기반으로 생성된 tesla 인스턴스
	Car audi = new Car(); // Car 클래스를 기반으로 생성된 audi 인스턴스
}

생성 과정(메모리)

Car bmw = new Car();

특정 클래스가 선언되면 해당 인스턴스를 참조하기 위한 참조변수가 선언됩니다. bmw 는 해당 참조변수를 가리킵니다.
new 키워드는 생성된 객체를 힙메모리에 들어가도록 합니다.
생성된 객체 Car() 은 실제 데이터로, 힙 메모리에 저장이 되고 bmw 는 해당 힙메모리 주소를 가르키게 됩니다.

객체 활용

public class Car {
	public String model;
	public String color;
	
	public Car(String model, String color){
		this.model = model;
		this.color = color;
	}
	
	 void power() { // 메서드 선언
        System.out.println("시동을 걸었습니다.");
    }

    void accelerate() {
        System.out.println("더 빠르게!");
    }

    void stop(){
        System.out.println("멈춰!!");
}

public class CarTest {
    public static void main(String[] args) {
        Car tesla = new Car("Model 3", "빨강"); // 객체 생성. 

        System.out.println("내 차의 모델은 " + tesla.model + "이고 " + "색은 " + tesla.color + "입니다."); // 필드 호출
        tesla.power(); // 메서드 호출
        tesla.accelerate();
        tesla.stop();
    }
}

필드 활용 : [클래스 변수명.필드이름] 으로 사용합니다. (tesla.model)

메서드 활용 : [클래스 변수명.메서드이름] 으로 사용합니다. (tesla.power())

필드

필드는 클래스에 포함된 변수입니다.

변수는 크게 클래스 변수(cv, class variable), 인스턴스 변수(iv, instance variable), 그리고 지역 변수(lv, local variable)라는 세 가지로 구분될 수 있습니다.

class Example { // => 클래스 영역
	int instanceVariable; // 인스턴스 변수
	static int classVariable; // 클래스 변수(static 변수, 공유변수)

	void method() { // => 메서드 영역
		int localVariable = 0; // 지역 변수. {}블록 안에서만 유효
	}
}

인스턴스 변수는 개별 인스턴스마다 고유한 속성을 가지는 변수입니다. new 생성자()를 통해 인스턴스가 생성될 때 만들어집니다.

클래스 변수는 독립적인 저장 공간을 가지는 인스턴스 변수와 다르게 공통된 저장공간을 공유합니다. 따라서 클래스 변수는 인스턴스 변수와 달리 인스턴스를 따로 생성하지 않고도 언제라도 [클래스명.클래스변수명] 을 통해 사용 가능합니다.

지역변수는 메서드 내에 선언되며 메서드 내({} 블록)에서만 사용가능한 변수입니다.

이중 필드는 인스턴스 변수와 클래스 변수를 말합니다. 필드는 어떠한 데이터를 저장하기 위한 역할을 담당하며 클래스 내부의 생성자와 메소드 밖에 정의가 됩니다.

필드의 특징

필드의 경우 다른 지역변수들과 다르게 초기화를 하지 않아도 기본값이 자동으로 초기화 된다는 특징을 가지고 있습니다. String의 경우 null, int의 경우 0으로 초기화 됩니다.

필드 선언은 다음과 같이 합니다.

[access_modifier] [static] [final] type name [= initial value] ;

필드를 선언할 때는 접근 제어자(access_modifier), static 여부, final 여부, 필드의 타입, 필드의 이름을 정해줘야 합니다. (해당 내용은 아래에 있습니다. 접근 제어자는 method 에서 확인해주세요.)

필드 선언은 중괄호 블록 어디서든 존재할 수 있습니다. 생성자 선언과 메소드 선언의 앞, 뒤 어디서든 필드 선언이 가능합니다. 하지만 생성자와 메소드 중괄호 블록 내부에서는 선언될 수 없으며, 생성자와 메소드 중괄호 내부에 선언된 것은 모두 로컬 변수로 필드라고 하지 않습니다.

다음은 필드의 초기값입니다.

분류	데이터 타입	초기값
정수타입	byte	0
char	\u0000(빈 공백)
short	0
int	0
long	oL
실수타입	float	0.0F
double	0.0
논리타입	boolean	false
참조타입	배열클래스 (String 포함)인터페이스	null

static

static은 클래스의 멤버(필드, 메서드, 이너 클래스)에 사용하는 키워드입니다. static 키워드가 붙어있는 멤버를 우리는 ‘정적 멤버(static member)’라고 부르고 static이 붙어있지 않은 인스턴스 변수와 구분합니다.

다음과 같은 특징 2가지를 가집니다.

static field 는 객체 간 공유 변수의 성질이 있습니다.
static method 의 경우 인스턴스 변수 또는 인스턴스 메서드를 사용할 수 없습니다.

다음은 static 사용 예시입니다.

class Car {

    public String instanceVariable = "instance";
    public static String staticVariable = "static";

    public void instanceMethod() {
        System.out.println(this.instanceVariable);
        System.out.println(staticVariable);
    }

    public static void staticMethod() {
        //System.out.println(instanceVariable); -> error because static methods can't access instance variables
        System.out.println(staticVariable);

    }

}

public class Main {

    public static void main(String[] args) {

        Car car1 = new Car();
        Car car2 = new Car();

        car1.staticVariable = "i'm a static variable";
        car2.instanceVariable = "i'm an instance variable";

        System.out.println(car1.staticVariable);
        System.out.println(car2.staticVariable);
        System.out.println(Car.staticVariable);

        System.out.println(car1.instanceVariable);
        System.out.println(car2.instanceVariable);
        //System.out.println(Car.instanceVariable); -> error because instance variables can't be called from the class


        car1.instanceMethod();
        car2.instanceMethod();

        car1.staticMethod();
        car2.staticMethod();
        Car.staticMethod();
        //Car.instanceMethod(); -> error because static methods can't be called from the class

    }
}

static method 안에는 instance field 가 들어갈 수 없습니다. staticMethod() 참고
instance variable 은 클래스로부터 얻을 수 없습니다. 인스턴스에서만 얻을 수 있습니다. Car.instanceVariable 참고
instance method 는 클래스로부터 얻을 수 없습니다. 인스턴스에서만 얻을 수 있습니다. instanceMethod() 참고

final

final 키워드는 변하지 않는 값입니다. 즉, 한번 선언되면 클래스나 인스턴스 내에서 계속 그 값을 유지합니다. final 은 static 과 사용된다면 변하지 않는 공통된 값으로서 constant 역할을 수행하게 됩니다. 다음과 같이 사용할 수 있습니다.

static 키워드가 없을 때

static 이 없다면 개별 instance 마다 각각의 value 를 가지게 되며, 처음 선언할 때 주입받게 됩니다. 따라서 final 필드를 주입받는 생성자가 없다면 컴파일 에러가 나게 됩니다.

public class Customer {

    final String field1 = "Fixed Value";

}

static 키워드가 있을 때

static 키워드가 있다면 상수와 같이 취급되며 클래스 내에서 다음과 같이 반드시 초기화되어야 합니다.

//선언부에서 함께 초기화
class MyClass {
    public static final String MESSAGE = "Hello, World!";
}

//static initializer block 에서 초기화
class MyClass {
    public static final String MESSAGE;

    static {
        MESSAGE = "Hello, World!";
    }
}

//다음과 같이 생성자 주입으로 초기화하지 못합니다. (컴파일 에러)
class MyClass {
    public static final String MESSAGE;

    public MyClass(MESSAGE){
    	this.MESSAGE = MESSAGE;
	}
}

static final 은 생성자 주입으로 선언하지 못합니다.

Array 가 final 일 때

array 와 같이 참조값이 다른 참조값을 가리키고 있는 경우 새로운 array 로 변경하는 건 불가능하지만 array 내부 배열의 값은 변경가능합니다.

예시입니다. (리터럴이 계속 에러로 블로그에 안올려져서 이미지로 대체했습니다.)

main 메서드의 첫번째 test.array 와 같이 array 에 다른 배열을 넣는 것은 컴파일 에러가 납니다.
하지만 test.array 안의 배열 하나를 변경하는 건 정상적으로 작동합니다. 왜냐하면 array 의 참조값을 변경하는 게 아니라 array 내부 배열은 {"1", "2"} 의 참조값을 변경하는 것이기 때문입니다.

메서드

메서드는 “특정 작업을 수행하는 일련의 명령문들의 집합”을 의미하며, 앞서 본 것처럼 클래스의 기능에 해당하는 내용들을 담당합니다.

메서드는 다시 크게 머리에 해당하는 메서드 시그니처(method signature)와 몸통에 해당하는 메서드 바디(method body)로 구분할 수 있습니다.

접근제어자 반환타입 메서드명(매개 변수) { // 메서드 시그니처
	메서드 내용 // 메서드 바디
}

Access Modifier (접근 제어자)

access Modifier 는 어떤 클래스가 주어진 클래스와 필드, 생성자, 메서드에 접근할 수 있는지 지정합니다.

public Access Modifier

public Access Modifier 는 모든 코드들이 클래스, 필드, 메서드, 생성자에 접근할 수 있습니다.

private Access Modifier

private 으로 선언되면 같은 클래스 내에서만 접근할 수 있습니다. 해당 값은 외부 클래스나, 자식 클래스(subclass) 에서 접근 불가능합니다. 클래스 자체는 private 으로 설정할 수 없는데, 그 이유는 클래스를 private 으로 설정하면 클래스를 사용하지 않겠다는 것과 같은 의미이기 때문입니다.

public class Clock {
    private long time = 0;
}

다음과 같이 Constructor 에도 private 을 사용할 수 있습니다. 이 때는 클래스 내부에서만 해당 constructor 를 사용한다는 의미입니다.

public class Clock {

    private long time = 0;

    //해당 constructor 는 아래의 생성자에서 사용됨
    private Clock(long time) {
        this.time = time;
    }

    public Clock(long time, long timeOffset) {
        this(time);
        this.time += timeOffset;
    }

    public static Clock newClock() {
        return new Clock(System.currentTimeMillis());
    }

}

default Access Modifier

default Access Modifier 는 어떠한 Access Modifier 도 선언하지 않음으로써 선언됩니다. 이 값은 해당 클래스나 동일 패키지 내의 클래스에서 접근할 수 있습니다. 따라서 이 Access Modifier 는 package Access Modifier 라고도 불립니다.

Subclass (자식 클래스) 도 superclass(부모 클래스) 와 같은 패키지에 있는게 아니면 default Access Modifier 에 접근할 수 없습니다.

public class Clock {
    long time = 0;
}

//Clock 과 동일한 패키지라고 가정
public class ClockReader {
    Clock clock = new Clock();

    public long readClock{
        return clock.time;
    }
}

protected Access Modifier

protected Access Modifier 은 default Access Modifier 와 같은 접근 제어를 하지만, subclass 에서도 접근할 수 있는 차이점이 있습니다.

//package A
public class Clock {
    protected long time = 0;    // time in milliseconds
}

//another package
public class SmartClock() extends Clock{

    public long getTimeInSeconds() {
        return this.time / 1000;
    }
}

parameter (매개변수)

파라미터는 메서드가 값을 받을 수 있게 하여 해당 값으로 동작하도록 합니다.

public void writeText(String text1, String text2) {
    System.out.print(text1);
    System.out.print(text2);
}

Parameters vs. Variables

parameter 는 변수와 비슷합니다. 값을 읽을 수 있고 변경할 수도 있습니다. 다음과 같습니다.

public MyClass{

    public void writeText(String text1, String text2) {
        System.out.print(text1);    // read value of text1 parameter.
        System.out.print(text2);    // read value of text2 parameter.

        text1 = "new value 1";      // change value of text1
        text2 = "new value 2";      // change value of text2
    }
}

주의 : parameter 의 값을 메서드 내부에서 변경가능하지만, 코드에 혼동을 주기 때문에 조심해야 합니다. 로컬 변수를 설정하여 parameter 를 받고, 해당 로컬 변수를 조작하는 게 낫습니다. 그리고 parameter 는 손대지 않은 채로 놔둡니다.

Final Parameter

parameter 도 variable 처럼 Final 키워드를 설정할 수 있습니다. 즉, 만약 parameter 가 특정 object 의 참조값이면, 그 참조값은 변경할 수 없지만 object 내부의 값들은 값들은 변경 가능합니다. 아래와 같습니다.

public void writeText(final String text1, final Car car1) {
	//text1 변경 불가능, compilation error
	text1 = "another text"; --> compilation error
    //car1 변경 불가능, compoliation error
    car1 = new Car(); --> compilation error
    //car1 내부는 변경 가능
    car1.model = "another model"

}

Local variables

메서드 안에 지역변수를 선언할 수 있습니다. 해당 지역변수는 오직 메서드 안에서만 접근 가능합니다. 다음과 같이 사용할 수 있습니다.

public void writeText() {
    int localVariable1 = 1;
    int localVariable2 = 2;

    System.out.println( localVariable1 + localVariable2 );
}

지역변수 또한 final 선언이 가능합니다.

메서드 오버로딩(Method Overroading)

메서드 오버로딩이란 하나의 클래스 안에 같은 이름의 메서드를 여러 개 정의하는 것을 의미합니다.

즉, 같은 이름의 메서드명을 써줘야 하고, 매개변수의 개수나 타입이 다르게 정의되어야 합니다. 다음과 같습니다.

public class Overloading {
    public static void main(String[] args) {
        Shape s = new Shape(); // 객체 생성
 
        s.area(); // 메서드 호출
        s.area(5);
        s.area(10,10);
        s.area(6.0, 12.0);
    }
}

class Shape {
    public void area() { // 메서드 오버로딩. 같은 이름의 메서드 4개.
        System.out.println("넓이");
    }
    public void area(int r) {
        System.out.println("원 넓이 = " + 3.14 * r * r);
    }

    public void area(int w, int l) {
        System.out.println("직사각형 넓이 = " + w * l);
    }

    public void area(double b, double h) {
        System.out.println("삼각형 넓이 = " + 0.5 * b * h);
    }
}

//출력값
넓이
원 넓이 = 78.5
직사각형 넓이 = 100
삼각형 넓이 = 36.0

오버로딩의 장점은 하나의 메서드로 여러 경우의 수를 해결할 수 있다는 것입니다.

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객체지향 프로그래밍

클래스

객체

필드

필드의 특징

static

final

Array 가 final 일 때

메서드

Access Modifier (접근 제어자)

parameter (매개변수)

Local variables

메서드 오버로딩(Method Overroading)

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