본 내용은 자바의 정석 3rd Edition을 참고하여 작성되었습니다. 개인적으로 학습한 내용을 복습하기 목적이기 때문에 내용상 오류가 있을 수 있습니다.
1. 다형성이란?
객체지향개념에서 다형성이란 “여러가지 형태를 가질 수 있는 능력”을 의미 하며, java에서는 한 타입의 참조변수로 여러 타입의 객체를 참조할 수 있도록 함으로써 다형성을 프로그램적으로 구현하였다. 이를 좀더 구체적으로 말하자면 조상클래스 타입의 참조변수로 자손 클래스의 인스턴스를 참조할 수 있도록 함 이다.
1.1 다형성 예제 1
class Tv {
boolean power; // 전원
int channerl; // 채널
void power() {
power = !power;
}
void channelUp() {
++channel;
}
void channelDown() {
--channel;
}
}
class CaptionTv extends Tv {
String text;
void caption() {}
}
위의 예제를 보면 Tv클래스와 CaptionTv는 서로 상속관계에 있으며 이 두 클래스의 인스턴를 생성하고 사용하기 위해서는 아래와 같이 할 수 있다.
Tv tv = new Tv();
CaptionTv = new CaptionTv();
지금까지는 생성된 인스턴스를 다루기 위해서는 인스턴스 타입과 일치하는 타입의 참조변수만을 사용했다. 위의 코드와 같이 Tv인스턴스를 다루기 위해서는 Tv타입의 참조변수를 CaptionTv인스턴스를 다루기 위해서는 CaptionTv타입의 참조변수를 사용했다. 이처럼 인스턴스의 타입과 참조변수의 타입이 일치하는 것이 보통이지만 Tv와 CaptionTv 클래스가 서로 상속관계 있을 때는 아래와 같이 조상클래스 타입의 참조변수로 자손 클래스타입의 인스턴스를 참조하도록 하는 것이 가능하다.
Tv tv = new CaptionTv();
그렇다면 인스턴스 타입과 같은 참조변수를 사용하는 것 과 인스턴스 타입과 다른 조상 클래스 타입의 참조변수를 사용하는 것 이 어떻게 다른지 알아보자.
CaptionTv ctv = new CaptionTv();
Tv tv = new CaptionTv();
CaptionTv타입의 인스턴스일지라도 Tv클래스 타입의 참조변수 tv로는 CaptionTv인스턴스의 멤버를 사용할 수 없다. 즉, 다시말해 tv.text, tv.caption()을 사용할 수가 없다. 둘다 같은 타입의 인스턴스이지만 참조변수의 타입에 따라 사용할 수 있는 멤버의 갯수가 달라진다.
반대로 아래와 같이 자손타입의 참조변수로 조상타입의 인스턴스를 참조하는 것은 가능할까?
CaptionTv ctv = new Tv();
실제로 위의 코드를 컴파일하면 에러가 발생하는데 그 이유는 실제 인스턴스인 Tv의 멤버 개수보다 참조변수 ctv가 사용할 수 있는 멤버 개수가 많기 때문에 이를 허용하지 않는다. 참조변수 ctv가 참조하고 있는 Tv인스턴스에는 text와 caption()이 존재하지 않기 때문이다.
위의 내용을 바탕으로 다형성을 정리하면 다음과 같다.
- 조상타입의 참조변수로 자손타입의 인스턴스를 참조할 수 있다.
- 자손타입의 참조변수로 조상타입의 인스턴스를 참조할 수 없다.
2. 참조변수의 형변환
기본형 변수와 마찬가지로 참조 변수도 형변환이 가능하다. 단 조건은 서로 상속관계에 있는 클래스 사이에서만 가능하다.
- 자손타입 -> 조상타입(Up-casting) : 형변환 생략가능
- 조상타입 -> 자손타입(Down-casting) : 형변환 생략불가
상속관계에 있는 클래스 간의 형변환을 하는 이유는 참조하고 있는 인스턴스에서 사용할 수 있는 멤버의 범위를 조절하기 위해서이다. 그리고 형변환은 참조변수의 타입을 변환하는 것일뿐이지 인스턴스가 변환하는 것이 아니기 때문에 형변환은 인스턴스에 영향을 미치지 않는다.
2.1 형변환 예제 1 : 조상타입의 참조변수로 자손타입의 인스턴스를 참조
public class CastingTest1 {
public static void main(String[] args) {
Car car = null; // 조상타입 참조변수 선언
FireEngine fe = new FireEngine(); // 자손클래스 타입의 참조변수 선언, 자손클래스의 인스턴스 생성
FireEngine fe2 = null; // 자손타입 참조변수 선언
fe.water(); // 정상적으로 사용가능
car = fe; // 형변환 생략 : 자손 -> 조상
// car.water(); // 컴파일에러, Car 타입의 참조변수로는 FireEngine 의 멤버를 사용할 수 없기때문
fe2 = (FireEngine) car; // 형변환 생략불가 : 조상 -> 자손
fe2.water();
}
}
class Car {
String color;
int door;
void drive() {
System.out.println("drive");
}
void stop() {
System.out.println("stop");
}
}
class FireEngine extends Car {
void water() {
System.out.println("water");
}
}
water
water
2.2 형변환 예제 2 : 자손타입의 참조변수로 조상타입의 인스턴스를 참조는 불가
public class CastingTest2 {
public static void main(String[] args) {
Car car = new Car(); // 조상타입의 참조변수 선언, 조상타입의 인스턴스 생성
Car car2 = null; // 조상타입의 참조변수 선언
FireEngine2 fe2 = null; // 자손타입의 참조변수 선언
car.drive(); // 정상적으로 사용
fe2 = (FireEngine2) car; // 에러, 조상타입의 인스턴스는 자손타입의 참조변수로 참조하는 것을 허용하지 않기때문
fe2.drive();
car2 = fe2;
car2.drive();
}
}
class Car2 {
String color;
int door;
void drive() {
System.out.println("drive");
}
void stop() {
System.out.println("stop");
}
}
class FireEngine2 extends Car2 {
void water() {
System.out.println("water");
}
}
형변환을 정리해보자면 다음과 같다.
- 서로 상속관계에 있는 클래스 타입의 참조변수간의 형변환 은 양방향으로 자유롭게 수행가능
- 참조변수가 참조하고 있는 인스턴스의 자손타입으로 형변환은 불가
3. instanceof 연산자
참조변수가 참조하고 있는 인스턴스의 실제 타입을 알아보기 위해 사용한다. 주로 조건문에 사용되며, instanceof의 왼쪽에는 참조변수를 오른쪽에 타입이 피연산자로 위치한다. 연산의 결과는 boolean값이 반환된다. 즉, true가 반환되었다는 것은 참조변수가 검사한 타입으로 형변환이 가능하다는 뜻 이다.
void doWork(Car car) {
if (car instanceof FireEngine) {
FireEngine fe = (FireEngine) car;
fe.water();
// ...
} else if (car instanceof Ambulance) {
Ambulance a - (Ambulance) car;
a.siren();
// ...
}
// ...
}
위 코드는 Car클래스 타입의 참조변수 car를 매겨변수로 하는 메서드이다. 이 메서드가 호출될 때 매개변수로 Car클래스 또는 자손클래스 타입의 인스턴스를 넘겨받지만 메서드에서는 어떤 인스턴스인지 알길이 없다. 그래서 instanceof연산자를 이용해서 참조변수 c가 가리키고 있는 인스턴스의 타입을 체크하고, 적절한 형변환을 한 다음 작업을 수행해야한다.
3.1 instanceof 예제 1
public class InstanceofTest {
public static void main(String[] args) {
FireEngine3 fe = new FireEngine3();
if (fe instanceof FireEngine3)
System.out.println("this is a FireEngine3's instance");
if (fe instanceof Car3)
System.out.println("this is a Car3's instance");
if (fe instanceof Object)
System.out.println("this is a Object's instance");
System.out.println(fe.getClass().getName());
}
}
class Car3{
}
class FireEngine3 extends Car3 {
}
this is a FireEngine3's instance
this is a Car3's instance
this is a Object's instance
com.doubles.standardofjava.ch07_oop2.part05_polymorphism.FireEngine3
4. 참조변수와 인스턴스의 연결
멤버변수가 조상클래스와 자손클래스에 중복으로 정의되었을 경우는 어떻게 되는지 정리해보면 다음과 같다.
- 조상타입의 참조변수를 사용한 경우 : 조상클래스에 선언된 멤버변수 사용
- 자손타입의 참조변수를 사용한 경우 : 자손클래스에 선언된 멤버변수 사용
- 메서드의 경우
- 조상클래스의 메서드를 자손클래스에서 오버라이딩한 경우에도 참조변수의 타입과 관계없이 항상 실제 인스턴스의 메서드가 호출
4.1 예제 1 : 조상클래스와 자손클래스에 멤버변수가 중복정의 되었을 경우
public class BindingTest {
public static void main(String[] args) {
Parent parent = new Child();
Child child = new Child();
// 조상타입의 참조변수를 사용
System.out.println("parent.x = " + parent.x);
parent.method();
// 자손타입의 참보변수 사용
System.out.println("child.x = " + child.x);
child.method();
}
}
class Parent {
int x = 100;
void method() {
System.out.println("parent method");
}
}
class Child extends Parent {
int x = 200;
void method() {
System.out.println("child method");
}
}
parent.x = 100
child method
child.x = 200
child method
참조변수 parent와 child는 타입이 다르지만 Child인스턴스를 참조하고 있고, Parent와 Child클래스는 같이 이름의 멤버변수를 가지고 있다. 참조변수를 어떤 타입으로 하는지에 따라 결과가 다르게 나온다는 것을 알 수 있다. 메서드의 경우 참조변수에 관계없이 항상 실제 인스턴스의 Child에 정의된 메서드가 호출된다.
4.2 예제 2 : 중복정의가 되지 않은 경우
public class BindingTest2 {
public static void main(String[] args) {
Parent2 parent2 = new Child2();
Child2 child2 = new Child2();
System.out.println("parent2.x = " + parent2.x);
parent2.method();
System.out.println("child2.x = " + child2.x);
child2.method();
}
}
class Parent2 {
int x = 100;
void method() {
System.out.println("parent2 method");
}
}
class Child2 extends Parent2 {
}
parent2.x = 100
parent2 method
child2.x = 100
parent2 method
이전 예제와 다르게 Child2클래스의 경우 멤버변수가 정의되어 있지 않고 단순히 조상클래스로부터 멤버를 상속받게 된다. 그래서 참조변수의 타입과 관계없이 조상클래스의 멤버들을 사용하게 된다.
4.3 예제 3 : super, this를 통해 조상, 자손클래스의 멤버 구분
public class BindingTest3 {
public static void main(String[] args) {
Parent3 parent3 = new Child3();
Child3 child3 = new Child3();
System.out.println("parent3.x = " + parent3.x);
parent3.method();
System.out.println();
System.out.println("child3 = " + child3.x);
child3.method();
}
}
class Parent3 {
int x = 100;
void method() {
System.out.println("parent3 method");
}
}
class Child3 extends Parent3 {
int x = 200;
void method() {
System.out.println("child3 method");
System.out.println("x = " + x);
System.out.println("super.x = " + super.x);
System.out.println("this.x = " + this.x);
}
}
parent3.x = 100
child3 method
x = 200
super.x = 100
this.x = 200
child3 = 200
child3 method
x = 200
super.x = 100
this.x = 200
자손클래스 Child3에 선언된 인스턴스변수 x와 조상클래스 Parent3로부터 상속받은 인스턴스변수 x를 구분하는데 this와 super가 사용된다.
5. 매개변수의 다형성
5.1 매개변수의 다형성 예제 1
public class PolyArgumentTest {
public static void main(String[] args) {
Buyer buyer = new Buyer();
buyer.buy(new Tv());
buyer.buy(new Computer());
System.out.println("현재 잔액은 " + buyer.money + "만원 입니다.");
System.out.println("현재 보너스 포인트는 " + buyer.bonusPoint + "점 입니다.");
}
}
class Product {
int price;
int bonusPoint;
Product(int price) {
this.price = price;
bonusPoint = (int) (price/10.0);
}
}
class Tv extends Product {
Tv() {
super(100);
}
public String toString() {
return "Tv";
}
}
class Computer extends Product {
Computer() {
super(200);
}
public String toString() {
return "Computer";
}
}
class Buyer {
int money = 1000;
int bonusPoint = 0;
// 상품이 새로 추가될 때마다 중복되는 로직의 메서드를 작성하지 않기 위해
// 매개변수의 다형성을 적용, Product을 상속받은 자손클래스의 경우 매개변수로 사용가능
void buy(Product product) {
if (money < product.price) {
System.out.println("잔액이 부족합니다.");
return;
}
money -= product.price; // 구매한 상품의 가격만큼 보유금액에서 차감
bonusPoint += product.bonusPoint; // 구매한 상품의 가격의 10%를 보너스포인트로 적립
System.out.println(product + "을/를 구입하셨습니다.");
}
}
Tv을/를 구입하셨습니다.
Computer을/를 구입하셨습니다.
현재 잔액은 700만원 입니다.
현재 보너스 포인트는 30점 입니다.
6. 여러 종류의 객체를 배열로 다루기
6.1 여러 종류의 객체를 배열로 다루기 예제 1 : 배열사용
public class PolyArgumentTest2 {
public static void main(String[] args) {
Buyer2 buyer2 = new Buyer2();
buyer2.buy(new Computer2());
buyer2.buy(new Tv2());
buyer2.buy(new Audio2());
buyer2.summary();
}
}
class Product2 {
int price;
int bonusPoint;
Product2(int price) {
this.price = price;
bonusPoint = (int) (price/10.0);
}
}
class Tv2 extends Product2 {
Tv2() {
super(100);
}
public String toString() {
return "Tv";
}
}
class Computer2 extends Product2 {
Computer2() {
super(200);
}
public String toString() {
return "Computer";
}
}
class Audio2 extends Product2 {
Audio2() {
super(50);
}
public String toString() {
return "Audio";
}
}
class Buyer2 {
int money = 1000; // 잔액
int bonusPoint = 0; // 보너스 포인트
Product2[] item = new Product2[10]; // 구매한 상품을 저장하기 위한 배열
int i = 0; // Product 배열에 사용될 카운터
void buy(Product2 product) {
if (money < product.price) {
System.out.println("잔액이 부족합니다.");
return;
}
money -= product.price;
bonusPoint += product.bonusPoint;
item[i++] = product;
System.out.println(product + "을/를 구입하셨습니다.");
}
void summary() {
int sum = 0; // 구매한 물품의 가격합계
String itemList = ""; // 구매한 물품목록
for (int i = 0; i < item.length; i++) {
if (item[i] == null)
break;
sum += item[i].price;
itemList += (i == 0) ? "" + item[i] : "," + item[i];
}
System.out.println("구입하신 물품의 총금액은 " + sum + "만원입니다.");
System.out.println("구입하신 제품은 " + itemList + "입니다.");
}
}
Computer을/를 구입하셨습니다.
Tv을/를 구입하셨습니다.
Audio을/를 구입하셨습니다.
구입하신 물품의 총금액은 350만원입니다.
구입하신 제품은 Computer,Tv,Audio입니다.
6.2 여러 종류의 객체를 배열로 다루기 예제 2 : Vector 사용
public class PolyArgumentTest3 {
public static void main(String[] args) {
Buyer3 buyer3 = new Buyer3();
buyer3.buy(new Computer3());
buyer3.buy(new Tv3());
buyer3.buy(new Audio3());
buyer3.summary();
}
}
class Product3 {
int price;
int bonusPoint;
Product3(int price) {
this.price = price;
bonusPoint = (int) (price/10.0);
}
Product3() {
price = 0;
bonusPoint = 0;
}
}
class Tv3 extends Product3 {
Tv3() {
super(100);
}
public String toString() {
return "Tv";
}
}
class Computer3 extends Product3 {
Computer3() {
super(200);
}
public String toString() {
return "Computer";
}
}
class Audio3 extends Product3 {
Audio3() {
super(50);
}
public String toString() {
return "Audio";
}
}
class Buyer3 {
int money = 1000; // 잔액
int bonusPoint = 0; // 보너스 포인트
Vector item = new Vector(); // 구입한 제품을 저장하기 위한 Vector 객체
int i = 0; // Product 배열에 사용될 카운터
void buy(Product3 product) {
if (money < product.price) {
System.out.println("잔액이 부족합니다.");
return;
}
money -= product.price;
bonusPoint += product.bonusPoint;
item.add(product);
System.out.println(product + "을/를 구입하셨습니다.");
}
void refund(Product3 product3) {
if (item.remove(product3)) {
money += product3.price;
bonusPoint -= product3.bonusPoint;
System.out.println(product3 + "을/를 반품하셨습니다.");
} else {
System.out.println("구입하신 제품이 없습니다.");
}
}
void summary() {
int sum = 0; // 구매한 물품의 가격합계
String itemList = ""; // 구매한 물품목록
if (item.isEmpty()) {
System.out.println("구입하신 제품이 없습니다.");
return;
}
for (int i = 0; i < item.size(); i++) {
Product3 product = (Product3) item.get(i);
sum += product.price;
itemList += (i == 0) ? "" + product : "," + product;
}
System.out.println("구입하신 물품의 총금액은 " + sum + "만원입니다.");
System.out.println("구입하신 제품은 " + itemList + "입니다.");
}
}
Computer을/를 구입하셨습니다.
Tv을/를 구입하셨습니다.
Audio을/를 구입하셨습니다.
구입하신 물품의 총금액은 350만원입니다.
구입하신 제품은 Computer,Tv,Audio입니다.
7. References
본 내용은 자바의 정석 3rd Edition을 참고하여 작성되었습니다. 개인적으로 학습한 내용을 복습하기 목적이기 때문에 내용상 오류가 있을 수 있습니다.