[객체지향의 사실과 오해] 3장. 타입과 추상화

 

타입과 추상화

1. 추상화를 통한 복잡성 극복

추상화란 어떤 양상, 세부 사항 구조를 좀 더 명확하게 이해하기 위해 특정 절차나 물체를 의도적으로 생략하거나 감춤으로써 복잡도를 극복하는 방법이다.
복잡성을 다루기 위해 추상화는 두 차원에서 이뤄진다.
- 구체적인 사물들 간의 공통점을 취하고 차이점은 버리는 일반화를 통해 단순하게 만든다.
- 중요한 부분을 강조하기 위해 불필요한 세부 사항을 제거함으로써 단순하게 만든다.

객체지향 패러다임을 이용한 애플리케이션을 개발하기 위한 첫걸음은 추상화의 두 차원을 잘 적용하는 것이다.

 

2. 객체지향과 추상화

🔍 그룹으로 나누어 단순화하기

이상한 나라 엘리스 이야기에 등장하는 정원사, 병사, 신하, 왕자와 공주, 하객으로 참석한 왕과 왕비들, 하트 잭 등 그들은 서로만의 독특한 특징을 지니고 있다. 하지만 그들을 '트럼프' 라는 유사성을 기반으로 추상활르 통해 인물들의 계급, 나이, 성격 등의 차이점을 무시했다.

또, 트럼프 그룹과 트럼프가 아닌 그룹(엘리스, 토끼)으로 나눌 수 있다. 따라서 그룹으로 나누어 단순화 시킬 수 있다.

🔍개념

엘리스가 인물들의 차이점을 무시하고 공통점만을 취해 트럼프라는 개념으로 단순화 하는 것은 추상화의 일종이다. 이처럼 공통점을 기반으로 객체들을 묶이 위한 그릇을 개념(concept)이라고 한다. 개념이란, 일반적으로 우리가 인식하고 있는 다양한 사물이나 객체에 적용할 수 있는 아이디어나 관념을 의미한다.

예를들어, 길거리를 빠른 속도로 누비는 교통수단에 대해서는 '자동차'라는 개념을 적용한다. 하늘을 나는 교통수단을 지칭하는 개념은 '비행기'다. 각 항공사의 '비행기' 마다 모두 외형이 다르고, 기능도 조금씩 다르지만 공통점을 기반으로 '비행기'라는 개념으로 묶음으로써 여러 '비행기'를 개별적으로 다뤄야 하는 복잡한 상황을 피할 수 있다.

개념을 이용하면 객체를 여러 그룹으로 분류(classification) 할 수 있다. 각 개체는 특정한 개념을 표현하는 그룹의 일원으로 포함된다. 하트 여왕은 '트럼프'라는 개념 그룹의 일원이다. 하얀 토끼는 '토끼'라는 개념 그룹의 일원이다. 이처럼 객체가 개념 그룹의 일원이 될 때 그 객체를 그 개념의 인스턴스(instance)라고 한다. 즉, 객체란 특정한 개념을 적용할 수 있는 구체적인 사물이고, 개념이 객체에 적용됐을 때 객체를 개념의 인스턴스라고 한다.

🔍 개념의 세가지 관점

개념은 특정한 객체가 어떤 그룹에 속할 것인지 결정한다. 개념에는 세가지 관점이 있다.
심볼(symbol): 개념을 가리키는 간략한 이름이나 명칭
내연(intension) : 개념의 완전 정의를 나타내며 내연의 의미를 이용해 객체가 개념에 속하는지 여부를 확인할 수 있다.
외연(extension) : 개념에 속하는 모든 객체의 집합(set)

심볼이란, 개념을 가리키는 이름이다. 엘리스 이야기에서 개념을 지칭하는데 사용하는 '트럼프'라는 명칭은 개념의 심볼이다.
내연이란, 개념의 의미를 나타낸다. 몸이 납작하고 두손과 두 발이 네모난 모서리에 달려있다는 트럼프에 대한 설명이 내연이다. 내연은 개념을 객체에 적용할 수 있는지 판단하기 위한 조건이다. 하얀 토끼는 트럼프의 내연을 만족시키지 못해 트럼프가 될 수 없다.
외연은 개념에 속하는 객체들이다. 즉, 개념의 인스턴스들이 모여 이뤄진 집합을 의미한다. 정원사, 병사, 신하, 왕자와 고주, 왕, 왕비들, 하트 잭, 하트 왕 등 모두 트럼프의 외연을 구성하는 집합에 속한다.

심볼: 트럼프
내연 : 몸이 납작하고 두 손과 두발은 네모 귀퉁이에 달려있는 등장인물
외연 : 정원사, 병사, 신하, 왕자와 공주, 왕, 왕비, 하트 잭 등

개념을 이용해 공통점을 가진 객체들을 분류하는 것이 객체지향 패러다임이 복잡성을 극복하는 데 사용되는 기본적 인지 수단이다.

🔍 객체를 분류하기 위한 틀

분류는 객체지향의 가장 중요한 개념 중 하나다. 어떤 객체를 어떤 개념으로 분류할지가 객체지향의 품질을 결정한다. 분류는 추상화를 위한 도구다.

 

3. 타입

🔍 타입은 개념이다.

타입은 개념과 동일하다. 타입이란, 우리가 인식하고 있는 다양한 사물이나 객체에 적용할 수 있는 아이디어나 관념을 의미한다. 어떤 객체에 타입을 적용할 수 있을 때 그 객체를 타입의 인스턴스라고 한다. 타입의 인스턴스는 타입을 구성하는 외연의 객체 집합의 일원이 된다.

🔍 데이터 타입

데이터들은 0과 1로 메모리에 저장된다. 그러므로 메모리 세상에는 타입이라는게 존재하지 않는다. 애플리케이션의 타입 시스템은 메모리 안에 저장된 0과 1에 대해 수행 가능한 작업과 불가능한 작업을 구분함으로써 데이터가 잘못 사용되는 것을 방지한다. 결과적으로 타입 시스템의 목적은 데이터가 잘못 사용되지 않도록 제약사항을 부과하는 것이다.

데이터 타입은 메모리안에 저장된 데이터의 종류를 분류하는 데 사용하는 메모리 집합에 관한 메타데이터다. 데이터에 대한 분류는 어떤 종류의 연산을 수행할 수 있는지를 결정한다.

🔍 객체와 타입

객체지향 프로그램에서는 객체를 데이터처럼 사용한다. 객체를 타입에 따라 분류하고 그 타입에 이름을 붙이는 것은 프로그램에서 사용할 새로운 데이터 타입을 선언하는 것과 같다. 그러나 객체는 데이터가 아니다. 객체에서 중요한 것은 객체의 행동이다. 상태는 행동의 결과를 표현하기 위한 추상적인 개념이다. 객체를 창조할 때 가장 중요하게 고려할 것은 객체가 이웃하는 객체와 협력하기 위해 어떤 행동을 해야할지를 결정하는 것이다. 즉, 객체가 협력을 위해 어떤 책임을 지녀야 하는지를 결정하는 것이 객체지향 설계의 핵심이다.

객체 타입의 2가지 원칙
- 첫째, 객체가 어떤 행동을 하냐에 따라 객체 타입이 결정된다. 어떤 객체가 어떤 타입에 속하는지를 결정하는 것은 객체가 수행하는 행동이다. 어떤 객체들이 동일한 행동을 수행할 수 있다면 그 객체들은 동일한 타입으로 분류할 수 있다.
- 둘째, 객체 타입은 객체의 내부 표현과 아무런 상관이 없다. 객체의 내부적인 표현은 외부로부터 감춰진다. 객체의 행동을 가장 효과적으로 수행할 수 있다면 객체 내부의 상태를 어떤 방식으로 표현해도 무방하다.

결론 : 객체의 타입을 결정하는 것은 객체의 행동뿐이다. 객체가 어떤 데이터를 가지고 있는지는 아무런 상관이 없다.
따라서 훌륭한 객체지향 설계는 외부에 행동만을 제공하고 데이터는 숨겨야한다.

 

4. 타입의 계층

트럼프 인간은 트럼프가 할 수 있는 것을 모두 할 수 있고, 추가적으로 더 특화된 행동도 할 수 있다. 트럼프 인간은 트럼프의 일종이지만 일반적인 트럼프 카드보다 더  특화된 행동을 하는 트럼프다.

트럼프는 트럼프 인간을 포괄하는 일반적인 개념이다. 트럼프 인간은 트럼프보다 더 특화된 행동을 하는 특수한 개념이다. 이 두 개념 사이의 관계를 일반화/특수화(generalization/specialization)관계라고 한다. 더 일반적이라는 것은 더 포괄적이라는 의미를 내포하기 때문에 트럼프는 트럼프 인간에 속하는 객체를 포함한다.

🔍 일반화/특수화

타입과 타입에서도 일반화/특수화 관계가 존재한다. 일반화와 특수화는 동시에 일어난다. 객체지향에서 일반화/특수화 관계를 결정하는 것은 객체의 행동이다. 한 타입이 다른 타입보다 더 특수한 행동을 해야하고, 반대로 한 타입은 다른 타입보다 더 일반적으로 행동해야 한다.

행동 관점에서 더 일반적인 타입이란, 특수한 타입이 가진 모든 행동들 중에서 일부 행동만을 가지는 타입을 의미한다. 특수한 타입이란, 일반적인 타입이 가진 모든 행동을 포함하지만 거기서 더해 자신만의 행동을 추가하는 타입을 의미한다.

일반화/특수화 관계에서 타입의 내연을 의미하는 행동의 가짓수와 외연을 의미하는 집합의 크기는 서로 반대다. 일반적인 타입은 특수한 타입보다 더 적은 수의 행동을 가지지만 더 큰 크기의 외연 집합을 가지고 있다. 특수한 타입은 일반적인 타입보다 더 많은 수의 행동을 가지지만 더 적은 크기의 외연 집합을 가진다.

🔍 슈퍼타입과 서브타입

일반적인 타입을 슈퍼타입이라고 하고 특수한 타입을 서브타입이라고 한다. 두 타입간의 관계는 행동에 의해 결정된다.

슈퍼타입/서브타입 표기법

서브타입은 슈퍼타입과 중복된 행위를 생략할 수 있다. 서브타입은 슈퍼타입의 행위에 추가적으로 특수한 자신만의 행동을 추가하는 것이므로 슈퍼타입의 행동이 자동으로 상속된다. 일반화는 추상화를 위한 도구다.

 

5. 정적 모델

🔍 타입의 목적

타입을 사용하면 동적으로 변하는 객체의 상태를 정적인 관점으로 표현할 수 있다. 엘리스의 상태에 복잡성을 부과하는 시간이라는 요소를 제거함으로써 시간에 독립적인 정적인 모습으로 엘리스를 생각할 수 있게 해준다.

타입은 추상화다. 타입을 이용하면 객체의 동적인 특성을 추상화할 수 있다. 

🔍 동적 모델과 정적 모델

객체를 생각할 때 동적 모델과 정적 모델을 동시에 고려해야 한다.

동적모델(dynamic model)은 스냅샷처럼 시간에 따라 상태가 어떻게 변하고 어떻게 행동하는지 표작하는 것이다. 객체의 스냅샷은 특점 시점에 객체가 어떤 상태를 가지는지를 의미한다. 객체지향 모델링을 위한 표준 언어인 UNL에서 스냅샷은 객체 다이어그램(object diagram)으로 불린다.

정적 모델(static model)은 동적으로 변하는 객체의 상태가 아니라 객체가 속한 타입의 정적인 모습을 표현한 것이다. 객체가 가질 수 있는 모든 상태와 모든 행동을 시간에 독립적으로 표현한 것이다. 일반적으로 이런 모델을 타입 모델(type diagram)이라고 한다.

객체지향 애플리케이션을 설계하고 구현하기 위해서는 객체 관점의 동적 모델과 객체를 추상화한 타입 관점의 정적 모델을 적절히 혼용해야 한다.

🔍 클래스

객체지향 프로그래밍 언어에서 정적인 모델은 클래스를 이용해 구현된다. 타입을 구현하는 가장 보편적인 방법은 클래스를 이용하는 것이다. 

 

✔ 정리

객체를 분류하는 기준은 타입이며, 타입을 나누는 기준은 객체의 행동이다. 객체지향에서 중요한 것은 동적으로 변하는 객체의 상태와 상태를 변경하는 행위다. 클래스는 그저 타입을 구현하기 위한 구현 메커니즘이다.