[객체지향 사실과 오해] - 정리 3

3. 타입과 추상화

일단 컴퓨터를 조작하는 것이 추상화를 구축하고, 조작하고, 추론하는 것에 관한 모든 것이라는 것을 깨닫고 나면 훌륭한 컴퓨터 프로그램을 작성하기 위한 중요한 전제 조건은 추상화를 정확하게 다루는 능력이라는 것이 명확해진다.

추상화를 통한 복잡성 극복

• 현실은 복잡하며 예측 불가능한 혼돈의 덩어리다.
• 현실에 존재하는 다양한 현상 및 사물과 상호작용하기 위해서는 우선 현실을 이해해야 한다.
• 불필요한 정보를 제거함으로써 단순함을 달성한것이 훌륭한 추상화다.
• 추상화란 현실에서 출발하되 불필요한 부분을 도려내려가면서 사물의 놀라운 본질을 드러나게 하는 과정이라고 할 수 있다.
• 어떤 추상화도 의도된 목적이 아닌 다른 목적으로 사용된다면 오도될 수 있다.

추상화를 하는 방법

• 구체적인 사물들 간의 공통점은 취하고 차이점은 버리는 일반화를 통해 단순하게 만드는 것이다.
• 중요한 부분을 강조하기 위해 불필요한 세부 사항을 제거함으로써 단순하게 만드는 것이다.

모든 추상화의 목적은 복잡성을 이해하기 쉬운 수준으로 단순화하는 것이다.

객체지향과 추상화

구체적이고 실제적인 객체가 존재하지만 수많은 객체들을 개별적인 단위로 취급하기에는 인간이 지닌 인지능력은 턱없이 부족하다. 따라서 사람들은 본능적으로 공통적인 특성을 기준으로 객체를 여러 그룹으로 묶어 동시에 다뤄야하는 가짓수를 줄임으로써 상황을 단순화하려고 노력한다.

그룹으로 나누어 단순화하기

• '트럼프'라는 한 단어로 줄여 지칭할 수 있을까?
• 공통적으로 '트럼프'라고 했을 때 떠오르는 일반적인 외형과 행동 방식을 지니고 있기 때문이다.
• 그들의 차이점을 무시하면 결국 정원사, 병사, 신하, 왕자와 공주, 하객으로 참석한 왕과 왕비들, 하트잭, 하트왕과 하트여왕을 '트럼프'라고 말할 수 있는 것이다.

개념(Concept)

• 공통점을 기반으로 객체들을 묶기 위한 그릇을 개념(concept)이라고 한다.
• 개념이란 일반적으로 우리가 인식하고 있는 다양한 사물이나 객체에 적용할 수 있는 아이디어나 관념을 말한다.
• 몸이 납작하고 두손과 두발이 네모난 몸 모서리에 달려 있는 객체만을 '트럼프'라는 개념으로 추상화 했다.
• 개념을 이용하면 객체를 여러 그룹으로 분류(classification)할 수 있다.
• 각 객체는 특정한 개념을 표현하는 구릅의 일원으로 포함된다.
• 객체에 어떤 개념을 적용하는 것이 가능해서 개념 그룹의 일원이 될 때 객체를 그 개념의 인스턴스(instance)라고 한다.
• 객체란 특정한 개념을 적용할 수 있는 구체적인 사물을 의미한다. 개념이 객체에 적용됐을 때 객체를 개념의 인스턴스라고 한다.

개념의 세가지 관점

• 심볼(symbol)
  • 개념을 가리키는 간략한 이름이나 명칭
  • 앨리스 이야기에서 개념을 지칭하는데 사용하는 '트럼프'라는 이름은 개념의 심볼이 된다.
  • Ex)
    • '트럼프'
• 내연(intension)
  • 개념의 완전한 정의를 나타내며 내연의 의미를 이용해 객체가 개념에 속하는지 여부를 확인할 수 있다.
  • 내연은 개념을 객체에게 적용할 수 있느지 여부를 판단하기 위한 조건이라는 점에 주목해라.
  • 앨리스의 이야기에서 몸이 납작하고 두 손과 두 발이 네모난 몸 모서리에 달려 있다는 트럼프에 대한 설명이 바로 내연이다.
  • Ex)
    • 몸이 납작하고 두 손과 두 발은 네모 귀퉁이에 달려 있는 등장인물
• 외연(extension)
  • 개념에 속하는 모든 객체의 집합(set)
  • 개념의 인스턴스들이 모여 이뤄진 집합을 가리킨다.
  • Ex)
    • 정원사, 병사, 신하, 왕자와 공주, 하객으로 참석한 왕과 왕비들, 하트 잭, 하트 왕과 하트 여왕

개념이 심볼, 내연, 외연으로 구성돼 있다는 사실보다는 개념을 이용해 객체를 분류할 수 잇다는 사실이 더 중요하다. 개념을 이용해 공통점을 가진 객체들을 분류할 수 잇는 아이디어는 객체지향 패러다임이 복잡성을 극복하는데 사용하는 가장 기본적인 인지 수단이기 때문이다.

객체지향의 세계에서 가장 널리 알려진 유명인사가 클래스(class)라는 사실을 감안한다면 분류(classification)라는 개념이 얼마나 중요한지 실감할 수 잇을 것이다.

객체를 분류하기 위한 틀

분류란 객체에 특정한 개념을 적용하는 작업이다. 객체에 특정한 개념을 적용하기로 결심했을 때 우리는 그 객체를 특정한 집합의 멤버로 분류하고 있는 것이다.

• 객체를 적절한 개념에 따라 분류한 애플리케이션은 유지보수가 용이하고 변경에 유연하게 대처할 수 있다.
• 더 중요한 것은 적절한 분류체계는 애플리케이션을 다루는 개발자의 머릿속에 객체를 쉽게 찾고 조작할 수 있는 정신적인 지도를 제공한다는 것이다.
• 객체를 안전하고 적절한 장소에 보관할 수 있도록 인지능력을 발휘해 최대한 직관적으로 분류하자.

분류는 추상화를 위한 도구다

• 개념은 객체들의 복잡성을 극복하기 위한 추상화 도구다.
• 매 순간 세상에 존재하는 무수한 사물들을 개념의 틀로 걸러가며 세상을 추상화한다.
• 추상화를 사용함으로써 우리는 극도로 복잡한 세상을 그나마 제어 가능한 수준으로 단순화할 수 있는 것이다.

타입

타입은 개념이다

• 개념이라는 단어 자체는 이미 우리의 일상생활에서 폭넓게 사용되는 일상적인 용어다.
• 컴퓨터 공학자들은 개념을 대체할 수 있는 좀 더 세련돼 보이는 용어를 수학으로부터 차용해 왔다.
• 그것이 바로 타입(Type)이다.
• 타입은 개념과 동일하다.
• 타입은 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 외연인 객체 집합의 일원이 된다.
• 그러나 타입이 근본적으로 개념과 동일하다고 하더라도 일단 커뮾터 내부로 들어오는 순간 좀 더 기계적인 의미로 윤색될 수밖에 없다.
• 그리고 기계적인 의미는 종종 개발자들의 머리를 혼란스럽게 한다.

데이터 타입

데이터 타입은 메모리안에 저장된 데이터의 종류를 분류하는데 사용하는 메모리 집합에 관한 메타데이터다. 데이터에 대한 분류는 암시적으로 어떤 종류의 연산이 해당데이터에 대해 수행될 수 있는지를 결정한다.

• 실제 메모리를 들여다 보면 그 안에는 끝없이 펼쳐진 0과 1의 행렬만이 존재한다.
• 메모리의 세상에는 타입이라는 질서가 존재하지 않는다.
• 타입이 없는 체계 안에서 모든 데이터는 일련의 비트열(bit string)으로 구성된다.
• 그래서 메모리 안의 데이터에 특정한 의미를 부옇하기 시작했다.
• 사람들은 자신이 다뤄야 하는 데이터 용도와 행동에 따라 그것들을 분류했다.
  • 숫자형: 다른 데이터를 더하거나 빼거나 나누거나 곱할 수 있다
  • 문자형: 데이터가 여러 문자로 구성돼 있고 다른 문자와 연결될 수 있다.
  • 논리형: 어떤 사실에 대한 참/거짓을 이야기할 수 있다.
• 컴퓨터 안에 데이터를 목적에 따라 분류하기 시작하면서 프로그래밍 언어 안에는 서서히 타입 시스템이 자라나기 시작했다.
• 타입 시스템의 목적은 데이터가 잘못 사용되지 않도록 제약사항을 부과하는 것이다.
  • 타입은 데이터가 어떻게 사용되느ㅜ냐에 관한 것이다.
  • 타입에 속한 데이터를 메모리에 어떻게 표현하는지는 외부로부터 철저하게 감춰진다.

객체와 타입

데이터 타입은 데이터의 종류를 분류하는 것이다.
객체는 행동을 우선으로 분류하는 것이다.
객체는 데이터를 분류하는 것이 아니기 때문에 데이터와 동일하다고 판단할 수 없다.
객체의 상태는 행동의 결과로 초래된 부수효과를 쉽게 표현하기 위해 도입한 추상적인 개념이다.

• 타입과 객체지향의 타입 사이에 깊은 연관성이 있다.
• 객체를 타입에 따라 분류하고 그 타입에 이름을 붙이는 것은 결국 프로그램에서 사용할 새로운 데이터 타입을 선언하는 것과 같다.
• 객체는 행위에 따라 변할 수 있는 상태가 중요하다.
• 애플리케이션 내부에서 살고 있는 모든 객체의 상태를 모으면 결국 애플리케이션에서 관리해야 하는 전체 데이터를 표현할 수 있게 된다.
• 객체 ≠ 타입
  • 객체에서 중요한 것은 객체의 행동이다.
  • 상태는 행동의 결과로 초래된 부수효과를 쉽게 표현하기 위해 도입된 추상적인 개념일 뿐이다.
  • 객체가 협력을 위해 어떤 책임을 지녀야 하는지를 결정하는 것이 객체지향 설계의 핵심이다.
• 어떤 객체가 어떤 타입에 속하는지를 결정하는 것은 객체가 수행하는 행동이다.
• 객체의 내부적인 표현은 외부로부터 철저하게 감춰진다.

행동이 우선이다

• 객체의 내부 표현방식이 다르더라도 어떤 객체들이 동일하게 행동한다면, 그 객체들은 동일한 타입에 속한다.
• 같은 타입에 속한 객체는 행동만 동일하다면 서로 다른 데이터를 가질 수 있다.
• 동일한 행동이란 동일한 책임을 의미하며, 동일한 책임이란 동일한 메시지 수신을 의미한다.
• 동일한 타입에 속한 객체는 내부의 데이터 표현방식이 다르더라도 동일한 메시지를 수신하고 이를 처리할 수 있다.
• 결과적으로 다형적인 객체들은 동일한 타입(또는 타입 계층)에 속하게 된다.
  • 다형성
    • 동일한 요청에 대해 서로 다른 방식으로 응답할 수 있는 능력이다.
    • 결과적으로 다형적인 객체들은 동일한 타입(또는 타입 계층)에 속한다.
• 데이터의 내부 표현 방식만 무관하게 행동만이 고려 대상이다.
• 즉, 외부에 데이터를 감춰야 한다는 것을 의미한다.
• 따라서 훌륭한 객체지향 설계는 외부에 행동만을 제공하고 데이터는 행동 뒤로 감춰야 한다.(캡슐화)
• 데이터를 먼저 결정하고 객체의 책임을 결정하는 방법은 유연하지 못한 설계를 초래한다.
• 책임 주도설계라고 부르는 객체지향 설계 방법이다.
• 데이터를 먼저 생각하는 데이터 주도 설계 방법이다.
• 객체를 결정하는 것은 행동이다. 데이터는 단지 행동을 따를 뿐이다. 이것이 객체를 객체답게 만드는 가장 핵심적인 원칙이다.

타입의 계층

트럼프의 계층

• 객체가 동일한 타입으로 분류되기 위해서는 공통의 행동을 가져야만 한다. 하지만 '트럼프'와 '트럼프 인간'은 행동자체가 완벽하게 동일하지 않다.
• 우리는 트럼프 타입으로 불렸던 객체들을 좀 더 정확하게 트럼프 인간이라는 타입으로 분류하는 것이 옳다.
• 트럼프 인간은 트럼푸가 할 수 있는 모든 것을 할 수 잇지만 트럼프보다 좀더 특화된 행동을 할 수 있다.
• 일반화/특수화 관계
  • 트럼프는 트럼프 인간을 포괄하는 좀 더 일반적인 개념이다.
  • 트럼프 인간은 트럼프보다 좀더 특화된 행동을 하는 특수한 개념이다.
  • 트럼프
    • 납작 엎드리는 기능
    • 뒤집어지는 기능
  • 트럼프 인간
    • 납작 엎드리는 기능
    • 뒤집어지는 기능
    • 걸을 수 있는 기능

일반화/특수화 관계

• 일반화/특수화 관계를 결정하는 것은 객체의 상태를 표현하는 데이터가 아니라 행동이다.
• 어떤 객체가 다른 객체보다 더 일반적인 상태를 표현하거나 특수한 상태를 표현한다고 해서 두 객체가 속하는 타입 간에 일반화/특수화 관계가 성립되는 것이 아니다.(데이터를 중심으로 관계를 설장함)
• 한 타입이 다른 타입보다 더 특수하게 행동해야 하고 반대로 한 타입은 다른 타입보다 더 일반적으로 행동해야 한다.
• 즉, 가장 중요한 것은 객체가 내부에 보관한 데이터가 아니라 객체가 외부에 제공하는 행동이다.
• 일반적인 타입은 특수한 타입보다 더 적은 수의 행동을 가지고 특수한 타입은 일반적인 타입보다 더 많은 수의 행동을 가진다.
• 단, 특수한 타입은 일반적인 타입이 할 수 있는 모든 행동을 동일하게 수행할 수 있어야 한다.

슈퍼타입과 서브타입

• 일반적인 타입(슈퍼타입), 특수한 타입(서브타입)이라고 부른다.
• 어떤 타입이 다른 타입의 서브타입이 되기 위해서는 행위적 호환성을 만족시켜야 한다.
• 어떤 타입을 다른 타입의 서브타입이라고 말할 수 있으려면 다른 타입을 대체할 수 있어야 한다.(리스코프 치환법칙)
• 서브타입은 슈퍼타입의 행위에 추가적으로 자신만의 행동을 추가하는 것이므로 슈퍼타입의 행동은 서브타입에게 자동으로 상속된다.

일반화는 추상화를 위한 도구다

• 추상화의 기법
  • 하나는 정원에 있던 등장인물들의 차이점은 배제하고 공통점만 강조함으로써 이들을 공통의 타입인 트럼프인간으로 분류했다는 것이다.
  • 다른 하나는 트럼프 인간을 좀 더 단순한 관점에서 바라보기 위해 불필요한 특성을 배제하고 좀더 포괄적인 의미를 지닌 트럼프로 일반화 했다는 것이다.
• 객체지향 패러다임을 통해 세상을 바라보는 것의 대부분의 경우에 분류와 일반화/특수화 기법을 동시에 적용하게 된다.

정적 모델

타입의 목적

• 객체지향은 객체를 지향하는 것이므로 객체만 다루면 되지 않는가?
• 타입을 사용하는 이유는 인간의 인지능력으로는 시간에 따라 동적으로 변하는 객체의 복잡성을 극복하기 너무 어렵기 때문이다.
• 시시각각 변하는 엘리스라고 하는 객체의 상태는 변하지만 앨리스를 다른 객체와 구별할 수 있는 식별성은 동일하게 유지된다.
• 타입은 시간에 따라 동적으로 변하는 앨리스의 상태를 시간과 무관한 정적인 모습으로 다룰 수 있게 해준다.

그래서 결국 타입은 추상화다

• 어떤 시점에 앨리스에 관해 생각할 때 불필요한 시간이라는 요소와 상태 변화라는 요소를 제거하고 철저하게 정적인 관점에서 앨리스의 모습을 묘사하는 것을 가능하게 해준다.
• 타입을 이용하면 객체의 동적인 특성을 추상화할 수 있다. 결국 타입은 시간에 따른 객체의 상태변경이라는 복잡성을 단순화할 수 있는 효과적인 방법이다.

동적모델과 정적모델

• 객체를 생각할 때 동적모델과 정적모델을 동시에 고려한다.
  • 동적 모델
    • 특정 시점에 구체적으로 어떤 상태를 가지는가?
    • 이런 객체를 스냅샷이라고 한다.
    • UML에서 스냅샷은 객체 다이어그램이라고도 불린다.
    • 스냅샷처럼 실제로 객체가 살아 움직이는 동안 상태가 어떻게 변하고 어떻게 행동하는지를 포착하는 것을 동적모델이라고 한다.
  • 정적 모델
    • 객체가 가질 수 있는 모든 상태와 모든 행동을 시간에 독립적으로 표현하는 것이다.
    • 동적으로 변하는 객체의 상태가 아니라 객체가 속한 타입의 정적인 모습을 포현하기 때문에 정적모델, 타입모델이라고 부른다.
• 실제 애플리케이션을 실행해 객체의 상태 변경을 추적하고 디버깅하는 동안에 객체의 동적인 모델을 탐험하고 있는 것이다.
• 객체지향 프로그래머라면 애플리케이션의 동적인 관점과 정적인 관점을 모두 다뤄야 한다는 사실이다.

클래스

• 타입 VS 클래스
  • 타입은 객체를 분류하기 위해 사용되는 개념이다.
  • 클래스는 단지 타입을 구현할 수 잇는 여러 구현 매커니즘 중 하나일 뿐이다.
  • 타입과 클래스는 동일한 개념이 아니다.
  • 클래스와 타입을 구분하는 것은 설계를 유연하게 유지하기 위한 바탕이 된다.
  • 클래스는 타입의 구현외에도 코드를 재사용하는 용도로도 사용되기 때문에 클래스와 타입을 동일시하는 것은 수많은 오해와 혼란을 불러일으킨다.
• 객체를 분류하는 기준은 타입이다.
• 타입을 나누는 기준은 객체가 수행하는 행동이다.
• 객체를 분류하기 위해 타입을 결정한 후 프로그래밍 언어를 이용해 타입을 구현할 수 있는 한가지 방법이 클래스다.

객체지향에서 중요한 것은 동적으로 변하는 객체의 '상태'와 상태를 변경하는 '행위'다. 클래스는 타입을 구현하기 위해 프로그래밍 언어에서 제공하는 구현 메커니즘이다.