[Java의 정석]제7장 객체지향개념 2 - 6. 추상클래스(Abstract class)

6. 추상클래스(Abstract class)
		6.1 추상클래스란? 클래스를 설계도에 비유한다면, 추상클래스는 미완성 설계도에 비유할 수 있다. 미완성 설계도란, 단어의 뜻 그대로 완성되지 못한 체로 남겨진 설계도를 말한다. 클래스가 미완성이라는 것은 멤버의 개수에 관계된 것이 아니라, 단지 미완성 메서드(추상메서드)를 포함하고 있다는 의미이다. 미완성 설계도로 완성된 제품을 만들 수 없듯이 추상클래스로는 인스턴스는 생성할 수 없다. 추상클래스는 상속을 통해서 자손클래스에 의해서 완성될 수 있다. 추상클래스 자체로는 클래스로서의 역할을 다 못하지만, 새로운 클래스를 작성하는데 있어서 바탕이 되는 조상클래스로서 중요한 의미를 갖는다. 추상클래스는 키워드 'abstract'를 붙이기만 하면 된다. 이렇게 함으로써 이 클래스를 사용할 때, 클래스 선언부의 abstract를 보고 이 클래스에는 추상메서드가 있으니 상속을 통해서 구현해주어야 한다는 것을 쉽게 알 수 있을 것이다. abstract class 클래스이름 { // ... } 추상클래스는 추상메서드를 포함하고 있다는 것을 제외하고는 일반클래스와 전혀 다르지 않다. 추상클래스에도 생성자가 있으며, 멤버변수와 일반 메서드도 가질 수 있다. [참고]추상메서드를 포함하고 있지 않은 클래스에도 키워드 'abstract'를 붙여서 추상클래스로 지정할 수도 있다. 추상메서드가 없는 완성된 클래스라 할지라도 추상클래스로 지정되면 클래스의 인스턴스를 생성할 수 없다. 6.2 추상메서드(abstract 메서드) 메서드는 선언부와 구현부(몸통)로 구성되어 있다고 했다. 선언부만 작성하고 구현부는 작성하지 않은 체로 남겨 둔 것이 추상메서드이다. 즉, 설계만 해 놓고 실제 수행될 내용은 작성하지 않기 때문에 미완성 메서드인 것이다. 메서드를 이와 같이 미완성 상태로 남겨 놓는 이유는 메서드의 내용이 상속받는 클래스에 따라 달라질 수 있기 때문에 조상클래스에서는 선언부만을 작성하고, 주석을 덧붙여 어떤 기능을 수행할 목적으로 작성되었는지 알려 주고, 실제 내용은 상속받는 클래스에서 구현하도록 비워 두는 것이다. 그래서, 추상클래스를 상속받는 자손클래스는 조상의 추상메서드를 상황에 맞게 적절히 구현해주어야 한다. 추상메서드 역시 키워드 'abstract'를 앞에 붙여 주고, 추상메서드는 구현부가 없으므로 괄호{}대신 문장의 끝을 알리는 ';'을 적어준다. /* 주석을 통해 어떤 기능을 수행할 목적으로 작성하였는지 설명한다. */ abstract 리턴타입 메서드이름(); 추상클래스로부터 상속받는 자손클래스는 오버라이딩을 통해 조상인 추상클래스의 추상메서드를 모두 구현해주어야 한다. 만일 조상으로부터 상속받은 추상메서드 중 하나라도 구현하지 않는다면, 자손클래스 역시 추상클래스로 지정해 주어야 한다. 실제 작업내용인 구현부가 없는 메서드가 무슨 의미가 있을까 싶기도 하겠지만, 메서드를 작성할 때 실제 작업내용인 구현부 보다 더 중요한 부분이 선언부이다. 메서드의 이름과 메서드의 작업에 필요한 매개변수, 그리고 작업의 결과로 어떤 타입의 값을 반환할 것인가를 결정하는 것은 쉽지 않은 일이다. 선언부만 작성해도 메서드의 절반 이상이 완성된 것이라 해도 과언이 아니다. 메서드를 사용하는 쪽에서는 메서드가 실제로 어떻게 구현되어있는지 보다는 메서드의 이름과 매개변수, 리턴타입, 즉 선언부만 알고 있으면 되므로 내용이 없을 지라도 추상메서드를 사용하는 코드를 작성하는 것이 가능하며, 실제로는 자손클래스에 구현된 완성된 메서드가 호출되도록 할 수 있다. 6.3 추상클래스의 작성 여러 클래스에 공통적으로 사용될 수 있는 클래스를 바로 작성하기도 하고, 기존의 클래스의 공통적인 부분을 뽑아서 추상클래스로 만들어 상속하도록 하는 경우도 있다. 참고로 추상의 사전적 정의는 다음과 같다. 추상[抽象] - 낱낱의 구체적 표상(表象)이나 개념에서 공통된 성질을 뽑아 이를 일반적인 개념으로 파악하는 정신 작용 상속이 자손클래스를 만드는데 조상클래스를 사용하는 것이라면, 추상화는 기존의 클래스의 공통부분을 뽑아 내서 조상클래스를 만드는 것이라고 할 수 있다. 추상화를 구체화와 반대되는 의미로 이해하면 보다 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 상속계층도를 따라 내려갈 수록 클래스는 점점 기능이 추가되어 구체화의 정도가 심해지며, 상속계층도를 따라 올라갈 수록 클래스는 추상화의 정도가 심해진다고 할 수 있다. 즉, 상속계층도를 따라 내려 갈수록 세분화되며, 올라갈수록 공통요소만 남게 된다. 추상화 - 클래스간의 공통점을 찾아내서 공통의 조상을 만드는 작업 구체화 - 상속을 통해 클래스를 구현, 확장하는 작업 여러 클래스에 널리 사용될 수 있는 Player라는 추상클래스를 작성해 보았다. 이 클래스는 VCR이나 Audio와 같은 재생 가능한(Player) 기기를 클래스로 작성할 때, 이 들의 조상클래스로 사용될 수 있을 것이다. abstract class Player { boolean pause; // 일시정지상태를 저장하기 위한 변수 int currentPos; // 현재 Play되고 있는 위치를 저장하기 위한 변수 Player() { // 추상클래스도 생성자가 있다. pause = false; currentPos = 0; } /** 지정된 위치(pos)에서 재생을 시작하는 기능이 수행하도록 작성되어야 한다. */ abstract void play(int pos); // 추상메서드 /** 재생을 즉시 멈추는 기능을 수행하도록 작성되어야 한다. */ abstract void stop(); // 추상메서드 void play() { play(currentPos); // 추상메서드를 사용할 수 있다. } void pause() { if(pause) { // pause가 true일 때(정지상태)에서 pause가 호출되면, pause = false; // pause의 상태를 false로 바꾸고, play(currentPos); // 현재의 위치에서부터 play를 한다. } else { // pause가 false일 때(play상태)에서 pause가 호출되면, pause = true; // pause의 상태를 true로 바꾸고 stop(); // play를 멈춘다. } } } [참고] /** */ 주석은 javadoc.exe를 사용해서 Java API와 같은 클래스의 멤버에 대한 설명을 담은 문서를 만드는데 사용된다. 이제 Player클래스를 조상으로 하는 CDPlayer 클래스를 만들어 보자. class CDPlayer extends Player { // 조상 클래스의 추상메서드를 구현한다. void play(int currentPos) { /* 실제구현 내용 생략 */ } void stop() { /* 실제구현 내용 생략 */ } // CDPlayer클래스에 추가로 정의된 멤버 int currentTrack; // 현재 재생 중인 트랙 void nextTrack() { currentTrack++; //... } void preTrack() { if(currentTrack > 0) { currentTrack--; } //... } } 조상클래스의 추상메서드를 CDPlayer클래스의 기능에 맞게 완성해주고, CDPlayer만의 새로운 기능들을 추가하였다. 사실 Player클래스의 play(int pos)와 stop()을 추상메서드로 하는 대신, 아무 내용도 없는 메서드로 작성할 수도 있다. 아무런 내용도 없이 단지 괄호{}만 있을지라도, 추상메서드가 아닌 일반메서드로 간주되기 때문이다. class Player { ... void play(int pos) {} void stop() {} ... } 어차피 자손클래스에서 오버라이딩하여 자신의 클래스에 맞게 구현할 테니 추상메서드로 선언하는 것과 내용없는 빈 몸통만 만들어 놓는 것이나 별 차이가 없어 보인다. 그래도 굳이 abstract를 붙여서 추상메서드로 선언하는 이유는 자손클래스에서 추상메서드를 반드시 구현하도록 강요하기 위해서이다. 만일 추상메서드로 정의되어 있지 않고 빈 몸통만 가지도록 정의되어 있다면, 상속받는 자손클래스에서는 이 메서드들이 온전히 구현된 것으로 인식하고 오버라이딩을 통해 자신의 클래스에 맞도록 구현하지 않을 수도 있기 때문이다. 하지만 abstract를 사용해서 추상메서드로 정의해놓으면, 자손클래스를 작성할 때 이들이 추상메서드이므로 내용을 새로 구현해주어야 한다는 사실을 인식하고 자신의 클래스에 알맞게 구현할 것이다. 이번엔 기존의 클래스로부터 공통된 부분을 뽑아 내어 추상클래스를 만들어 보도록 하자. class Marine { // 보병 int x, y; // 현재 위치 void move(int x, int y) { /* 지정된 위치로 이동 */ } void stop() { /* 현재 위치에 정지 */ } void stimPack() { /* 스팀팩을 사용한다.*/} } class Tank { // 탱크 int x, y; // 현재 위치 void move(int x, int y) { /* 지정된 위치로 이동 */ } void stop() { /* 현재 위치에 정지 */ } void changeMode() { /* 공격모드를 변환한다. */} } class Dropship { // 수송선 int x, y; // 현재 위치 void move(int x, int y) { /* 지정된 위치로 이동 */ } void stop() { /* 현재 위치에 정지 */ } void load() { /* 선택된 대상을 태운다.*/ } void unload() { /* 선택된 대상을 태운다.*/ } } 유명한 컴퓨터게임인 Starcraft에 나오는 유닛들을 클래스로 간단히 정의해보았다. 이 유닛들은 각자 나름대로의 기능을 가지고 있지만 공통부분을 뽑아 내어 하나의 클래스로 만들고, 이 클래스로부터 상속받도록 변경해보자. abstract class Unit { int x, y; abstract void move(int x, int y); void stop() { /* 현재 위치에 정지 */ } } class Marine extends Unit { // 보병 void move(int x, int y) { /* 지정된 위치로 이동 */ } void stimPack() { /* 스팀팩을 사용한다.*/} } class Tank extends Unit { // 탱크 void move(int x, int y) { /* 지정된 위치로 이동 */ } void changeMode() { /* 공격모드를 변환한다. */} } class Dropship extends Unit { // 수송선 void move(int x, int y) { /* 지정된 위치로 이동 */ } void load() { /* 선택된 대상을 태운다.*/ } void unload() { /* 선택된 대상을 내린다.*/ } } 각 클래스의 공통부분을 뽑아 내서 Unit클래스를 정의하고 이로부터 상속받도록 하였다. 이 Unit클래스는 다른 유닛을 위한 클래스를 작성하는데 재활용될 수 있을 것이다. 이들 클래스에 대해서 stop메서드는 선언부와 구현부 모두 공통적이지만, Marine, Tank는 지상유닛이고 Dropship는 공중유닛이기 때문에 이동하는 방법이 서로 달라서 move메서드의 실제 구현 내용이 다를 것이다. 그래도 move메서드의 선언부는 같기 때문에 추상메서드로 정의할 수 있다. 최대한의 공통부분을 뽑아 내기 위한 것이기도 하지만, 모든 유닛은 이동할 수 있어야 하기 때문에 Unit클래스에는 move메서드가 반드시 필요한 것이기 때문이다. move메서드가 추상메서드로 선언된 것에는, 앞으로 Unit클래스를 상속받아서 작성되는 클래스는 move메서드를 자신의 클래스에 알맞게 반드시 구현해야한다는 의미가 담겨 있는 것이기도 하다. Unit[] group = new Unit[5]; group[0] = new Marine(); group[1] = new Tank(); group[2] = new Marine(); group[3] = new Dropship(); group[4] = new Marine(); for(int i=0;i< group.length;i++) { // Unit배열의 모든 유닛을 좌표(100, 200)의 위치로 이동한다. group[i].move(100, 200); } 위의 코드는 공통조상인 Unit클래스 타입의 참조변수 배열을 통해서 서로 다른 종류의 인스턴스를 하나의 묶음으로 다룰 수 있다는 것을 보여 주기 위한 것이다. 다형성에서 배웠듯이 조상클래스타입의 참조변수로 자손클래스의 인스턴스를 참조하는 것이 가능하기 때문에 이처럼 조상클래스타입의 배열에 자손클래스의 인스턴스를 담을 수 있는 것이다. 만일 이들 클래스간의 공통조상이 없었다면 이처럼 하나의 배열로 다룰 수 없었을 것이다. Unit클래스에 move메서드가 비록 추상메서드로 정의되어 있다 하더라도 이처럼 Unit클래스 타입의 참조변수로 move메서드를 호출하는 것이 가능하다. 메서드는 참조변수의 타입에 관계없이 실제 인스턴스에 구현된 것이 호출되기 때문이다. group[i].move(100, 200)과 같이 호출하는 것이 Unit클래스의 추상메서드인 move를 호출하는 것 같이 보이지만 실제로는 이 추상메서드가 구현된 Marine, Tank, Dropship인스턴스의 메서드가 호출되는 것이다. 모든 클래스의 조상인 Object클래스 타입의 배열로도 서로 다른 종류의 인스턴스를 하나의 묶음으로 다룰 수 있지만, Object클래스에는 move메서드가 정의되어 있지 않기 때문에 move메서드를 호출하는 부분에서 에러가 발생한다. Object[] group = new Object[5]; group[0] = new Marine(); group[1] = new Tank(); group[2] = new Marine(); group[3] = new Dropship(); group[4] = new Marine(); for(int i=0;i < group.length;i++) { // 에러!!! Object클래스에는 move메서드가 정의되어 있지 않다. group[i].move(100, 200); }