[Java의 정석]제7장 객체지향개념 2 - 4. 제어자(modifier)

4. 제어자(Modifier)
		4.1 제어자란? 제어자(Modifier)는 클래스, 변수 또는 메서드의 선언부에 함께 사용되어 부가적인 의미를 부여한다. 그리고 제어자의 종류는 크게 접근제어자와 그 외의 제어자로 나눌 수 있다. 접근제어자 - public, protected, default, private 그 외 - static, final, abstract, native, transient, synchronized, volatile, strictfp 제어자는 클래스나 멤버변수와 메서드에 주로 사용되며, 하나의 대상에 대해서 여러 제어자를 조합하여 사용하는 것이 가능하다. 단, 접근제어자는 한번에 네 가지 중 하나만 선택해서 사용할 수 있다. 즉, 하나의 대상에 대해서 public과 private을 함께 사용할 수 없다는 것이다. [참고]제어자들 간의 순서는 관계없지만 주로 접근제어자를 제일 왼쪽에 놓는 경향이 있다. 4.2 static - 클래스의, 공통적인 static은 '클래스의' 또는 '공통적인'의 의미를 가지고 있다. 인스턴스변수는 하나의 클래스로부터 생성되었다 하더라도 각각 다른 값을 유지하지만, 클래스변수(static멤버변수)는 인스턴스에 관계없이 같은 값을 갖는다. 그 이유는 단 하나의 변수를 모든 인스턴스가 공유하기 때문이다. 그리고, static이 붙은 멤버변수와 메서드, 그리고 초기화블럭은 인스턴스가 아닌 클래스에 관계된 것이기 때문에 인스턴스를 생성하지 않고도 사용할 수 있다. 인스턴스메서드와 static메서드의 근본적인 차이는 메서드 내에서 인스턴스 멤버를 사용하는가의 여부에 있다. static이 사용될 수 있는 곳 - 멤버변수, 메서드, 초기화블럭 인스턴스 멤버를 사용하지 않는 메서드는 static을 붙여서 static메서드로 선언하는 것을 고려해보도록 하자. 가능하다면 static메서드로 하는 것이 인스턴스를 생성하지 않고도 호출이 가능해서 더 편리하고 속도도 더 빠르다. [참고]static초기화블럭은 클래스가 메모리에 로드될 때 단 한번만 수행되며, 주로 클래스변수(static멤버변수)를 초기화하는데 주로 사용된다. 4.3 final - 마지막의, 변경될 수 없는 final은 '마지막의' 또는 '변경될 수 없는'의 의미를 가지고 있으며 거의 모든 대상에 사용될 수 있다. 변수에 사용되면 값을 변경할 수 없는 상수가 되며, 메서드에 사용되면 오버라이딩을 할 수 없게 되고 클래스에 사용되면 자신을 확장하는 자손클래스를 정의하지 못하게 된다. final이 사용될 수 있는 곳 - 클래스, 메서드, 멤버변수, 지역변수 [참고]대표적인 final클래스로는 String과 Math가 있다. 4.4 생성자를 이용한 final 멤버변수 초기화. final이 붙은 멤버 변수는 상수이므로 일반적으로 선언과 초기화를 동시에 하지만, 멤버변수의 경우 생성자에서 초기화 되도록 할 수 있다. 클래스 내에 매개변수를 갖는 생성자를 선언하여, 인스턴스를 생성할 때 final이 붙은 멤버변수를 초기화하는데 필요한 값을 생성자의 매개변수로부터 제공받는 것이다. 이 기능을 활용하면 각 인스턴스마다 final이 붙은 멤버변수가 다른 값을 갖도록 하는 것이 가능하다. 만일 이것이 불가능하다면, 클래스에 선언된 final이 붙은 멤버변수는 모든 인스턴스에서 같은 값을 가져야만 할 것이다. 예를 들어 카드의 경우, 각 카드마다 다른 종류와 숫자를 갖지만, 일단 카드가 생성되면 카드의 값이 변경되어서는 안 된다. 52장의 카드 중에서 하나만 잘못 바꿔도 같은 카드가 2장이 되는 일이 생기기 때문이다. 그래서 카드의 값을 바꾸기 보다는 카드의 순서를 바꾸는 쪽이 더 안전한 방법이다. [예제7-11] FinalCardTest.java class Card { final int NUMBER; // 상수지만 선언과 함께 초기화 하지 않고 final String KIND; // 생성자에서 단 한번만 초기화할 수 있다. static int width = 100; static int height = 250; Card(String kind, int num) { // 매개변수로 넘겨받은 값으로 KIND와 NUMBER를 초기화한다. KIND = kind; NUMBER = num; } Card() { this("HEART", 1); } public String toString() { return "" + KIND +" "+ NUMBER; } } class FinalCardTest { public static void main(String args[]) { Card c = new Card("HEART", 10); // c.NUMBER = 5; 에러발생! cannot assign a value to final variable NUMBER System.out.println(c.KIND); System.out.println(c.NUMBER); } } [실행결과] HEART 10 4.5 abstract - 추상의, 미완성의 abstract는 '미완성'의 의미를 가지고 있다. 메서드의 선언부만 작성하고 실제 수행내용은 구현하지 않은 추상메서드를 선언하는데 사용된다. 그리고, 클래스에 사용되어 클래스 내에 추상메서드가 존재한다는 것을 쉽게 알 수 있게 한다. abstract가 사용될 수 있는 곳 - 클래스, 메서드 [참고] 추상메서드가 없는 클래스도 abstract를 붙여서 추상클래스로 선언하는 것이 가능하기는 하지만 그렇게 해야 할 이유는 없다. 4.6 접근제어자(Access Modifiers) 접근제어자는 멤버 또는 클래스에 사용되어, 해당하는 멤버 또는 클래스를 외부에서 접근하지 못하도록 제한하는 역할을 한다. 접근제어자가 default임을 알리기 위해 실제로 default를 붙이지는 않는다. 클래스나 멤버변수, 메서드, 생성자에 접근제어자가 지정되어 있지 않다면, 접근제어자가 default임을 뜻한다. 접근제어자가 사용될 수 있는 곳 - 클래스, 멤버변수, 메서드, 생성자 private - 같은 클래스 내에서만 접근이 가능하다. default - 같은 패키지 내에서만 접근이 가능하다. protected - 같은 패키지 내에서, 그리고 다른 패키지의 자손클래스에서 접근이 가능하다. public - 접근 제한이 전혀 없다. 접근 범위 순으로 나열 하면 다음과 같다. private < default < protected < public public은 접근 제한이 전혀 없는 것이고, private은 같은 클래스 내에서만 사용하도록 제한하는 가장 높은 제한이다. 그리고 default는 같은 패키지내의 클래스에서만 접근이 가능하도록 하는 것이다. 마지막으로, protected는 패키지에 관계없이 상속관계에 있는 자손클래스에서 접근할 수 있도록 하는 것이 제한목적이지만, 같은 패키지 내에서도 접근이 가능하다. 그래서 protected가 default보다 접근범위가 더 넓다. 6.1 접근제어자를 이용한 캡슐화 클래스나 멤버, 주로 멤버에 접근제어자를 사용하는 이유는 클래스의 내부에 선언된 데이터를 보호하기 위해서이다. 데이터가 유효한 값을 유지하도록, 또는 비밀번호와 같은 데이터를 외부에서 함부로 변경하지 못하도록 하기 위해서는 외부로부터의 접근을 제한하는 것이 필요하다. 이 것을 데이터 감추기(Data Hiding)이라고 하며, 객체지향개념의 캡슐화(Encapsulation)에 해당하는 내용이다. 또 다른 이유는 클래스 내에서만 사용되는, 내부 작업을 위해 임시로 사용되는 멤버변수나 부분작업을 처리하기 위한 메서드 등의 멤버들을 클래스 내부에 감추기 위해서이다. 이러한 외부에서 접근할 필요가 없는 멤버들을 private으로 지정하여 외부에 노출시키지 않음으로써 복잡성을 줄일 수 있다. 이 것 역시 캡슐화에 해당한다. 접근 제어자를 사용하는 이유 - 외부로부터 데이터를 보호하기 위해서 - 외부에는 불필요한, 내부적으로만 사용되는, 부분을 감추기 위해서 이제 보다 구체적인 예제를 통해 자세히 알아보도록 하자. 시간을 표시하기 위한 클래스 Time을 다음과 같이 정의했다고 하자. public class Time { public int hour; public int minute; public int second; } 이 클래스의 인스턴스를 생성한 다음, 멤버변수에 직접 접근하여 값을 변경할 수 있을 것 이다. Time t = new Time(); t.hour=25; 멤버변수 hour는 0보다는 같거나 크고 24보다는 작은 범위의 값을 가져야 하지만 위의 코드에서처럼 잘못된 값을 지정한다고 해도 이 것을 막을 방법은 없다. 이런 경우 멤버변수는 private으로 제한하고 멤버변수의 값을 읽고 변경할 수 있는 public메서드를 제공함으로써 간접적으로 멤버변수의 값을 다룰 수 있도록 하는 것이 바람직하다. public class Time { private int hour; private int minute; private int second; public int getHour() { return hour; } public void setHour(int hour) { if (hour < 0 || hour >24) return; this.hour = hour; } public int getMinute() { return minute; } public void setMinute(int minute) { if (minute < 0 || minute > 60) return; this.minute = minute; } public int getSecond() { return second; } public void setSecond(int second) { if (second < 0 || second > 60) return; this.second = second; } } get으로 시작하는 메서드는 단순히 멤버변수의 값을 반환하는 일을 하고, set으로 시작하는 메서드는 매개변수에 지정된 값을 검사하여 조건에 맞는 값일 때만 멤버변수의 값을 변경하도록 작성되어 있다. 만일 상속을 통해 확장될 것이 예상되는 클래스라면 멤버에 접근 제한을 주되 자손클래스에서 접근하는 것이 가능하도록 하기 위해 private대신 protected를 사용한다. [참고] 보통 멤버변수의 값을 읽는 메서드의 이름을 'get멤버변수이름'으로 하고, 멤버변수의 값을 변경하는 메서드의 이름을 'set멤버변수이름'으로 하지만 반드시 그렇게 해야 하는 것은 아니다. 그리고, get으로 시작하는 메서드를 getter, set으로 시작하는 메서드를 setter라고 부른다. [예제7-12] Time.java public class Time { private int hour; private int minute; private int second; public Time(int hour, int minute, int second) { setHour(hour); setMinute(minute); setSecond(second); } public int getHour() { return hour; } public void setHour(int hour) { if (hour < 0 || hour >23) return; this.hour = hour; } public int getMinute() { return minute; } public void setMinute(int minute) { if (minute < 0 || minute > 59) return; this.minute = minute; } public int getSecond() { return second; } public void setSecond(int second) { if (second < 0 || second > 59) return; this.second = second; } public String toString() { return hour + ":" + minute + ":" + second; } } class TimeTest { public static void main(String[] args) { Time t = new Time(12, 35, 30); System.out.println(t); // t.hour=13; 에러발생! hour has private access in Time t.setHour(t.getHour()+1); // 현재시간보다 1시간 후로 변경한다. System.out.println(t); } } [실행결과] 12:35:30 13:35:30 Time클래스의 모든 멤버변수의 접근제어자를 private으로 하고, 이 들을 다루기 위한 public메서드를 추가했다. 그래서 t.hour=13;과 같이 멤버변수로의 직접적인 접근은 허가되지 않는다. 메서드를 통한 접근만이 허용될 뿐이다. [참고] 하나의 소스파일(*.java)에는 하나 이상의 public클래스가 존재할 수 없으며, 소스파일의 이름은 반드시 public클래스의 이름과 같아야 한다. [참고] 위의 예제에서 set메서드의 조건을 강화하여, second(초)가 60이 되면, second의 값은 0으로 하고 minute(분)의 값을 증가시키도록 변경해보는 것도 좋은 연습이 될 것이다. 4.8 생성자의 접근제어자 생성자에 접근제어자를 사용함으로써 인스턴스의 생성을 제한할 수 있다. 보통 생성자의 접근제어자는 클래스의 접근제어자와 같지만, 다르게 지정할 수도 있다. 생성자의 접근제어자를 private으로 지정하면, 외부에서 생성자에 접근할 수 없으므로 인스턴스를 생성할 수 없게 된다. 그래도 클래스 내부에서는 인스턴스의 생성이 가능하다. class Singleton { private Singleton() { //... } //... } 대신 인스턴스를 생성해서 반환해주는 public메서드를 제공함으로써 외부에서 이 클래스의 인스턴스를 사용하도록 할 수 있다. 이 메서드는 public인 동시에 static이어야 한다. class Singleton { // getInstance()에서 사용될 수 있도록 인스턴스가 미리 생성되어야 하므로 static이어야 한다. private static Singleton s = new Singleton(); private Singleton() { //... } // 인스턴스를 생성하지 않고도 호출할 수 있어야 하므로 static이어야 한다. public static Singleton getInstance() { return s ; } //... } 이처럼 생성자를 통해 직접 인스턴스를 생성하지 못하게 하고 public메서드를 통해 인스턴스에 접근하게 함으로써 사용할 수 있는 인스턴스의 개수를 제한할 수 있다. 또 한가지, 생성자가 private인 클래스는 다른 클래스의 조상이 될 수 없다. 왜냐하면, 자손클래스의 인스턴스를 생성할 때 조상클래스의 생성자를 호출해야만 하는데, 생성자의 접근제어자가 private이므로 자손클래스에서 호출하는 것이 불가능하기 때문이다. 그래서, 클래스 앞에 final을 더 추가하여 상속할 수 없는 클래스라는 것을 알리는 것이 좋다. [참고] Math클래스는 몇 개의 상수와 static메서드만으로 구성되어 있기 때문에 인스턴스를 생성할 필요가 없다. 그래서 외부로부터의 불필요한 접근을 막기 위해 다음과 같이 생성자의 접근제어자를 private으로 지정하였다. public final Math { private Math() {} //... } [예제7-13] SingletonTest.java class Singleton { private static Singleton s = new Singleton(); private Singleton() { //... } public static Singleton getInstance() { return s; } //... } class SingletonTest { public static void main(String args[]) { // Singleton s = new Singleton(); // 에러!!! Singleton() has private access in Singleton Singleton s1 = Singleton.getInstance(); } } 4.9 제어자(Modifier)의 조합 지금까지 접근제어자와 static, final, abstract에 대해서 학습했다. 이 외에도 더 많은 제어자들이 있으나 관련 내용이 현재 학습범위를 넘어선다고 판단되어 생략하였다. 이들은 앞으로 자바를 더 깊게 공부하게 되면서 자연스럽게 학습하게 될 것이다. 제어자가 사용될 수 있는 대상을 중심으로 제어자를 정리해보았다. 제어자의 기본적인 의미와 그 대상에 따른 의미 변화를 다시 한번 되새겨 보도록 하자. 마지막으로 제어자를 조합해서 사용할 때 주의해야 할 사항에 대해 정리해 보았다. 1. 메서드에 static과 abstract를 함께 사용할 수 없다. - static메서드는 몸통이 있는 메서드에만 사용할 수 있기 때문이다. 2. 클래스에 abstract와 final을 동시에 사용할 수 없다. - 클래스에 사용되는 final은 클래스를 확장할 수 없다는 의미이고 abstract는 상속을 통해서 완성되어야 한다는 의미이므로 서로 모순되기 때문이다. 3. abstract메서드의 접근제어자가 private일 수 없다. - abstract메서드는 자손클래스에서 구현해주어야 하는데 접근제어자가 private이면, 자손클래스에서 접근할 수 없기 때문이다. 4. 메서드에 private과 final을 같이 사용할 필요는 없다. - 접근제어자가 private인 메서드는 오버라이딩될 수 없기 때문이다. 이 둘 중 하나만 사용해도 의미가 충분하다.