객체지향의 사실과 오해 - 03. 타입과 추상화

객체지향의 사실과 오해를 읽고 정리한 글입니다.

추상화를 통한 복잡성 극복

• 추상화: 현실에서 출발하되 불필요한 부분을 도려내가면서 사물의 놀라운 본질을 드러나게 하는 과정
  • 목적: 불필요한 부분을 무시함으로써 현실에 존재하는 복잡성을 극복하는 것
  • 훌륭한 추상화는 목적에 부합하는 것

추상화

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.

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

모든 경우에 추상화의 목적은 복잡성을 이해하기 쉬운 수준으로 단순화하는 것이라는 점을 기억하라.

객체지향과 추상화

기껏해야 트럼프에 불과해

• 정원에 서 있는 다양한 인물들을 계급, 나이, 성격 등의 차이점은 무시한 채 ‘트럼프’라는 유사성을 기반으로 추상화함
• 앨리스는 정원에 있는 인물들을 두 개의 그룹으로 나눔
  • 트럼프: 정원사, 병사, 신하, 왕자와 공주, 하객으로 참여한 왕과 왕비들, 하트 잭, 하트 왕과 하트 여왕
  • 토끼
• 다수의 개별적인 인물이 아니라 ‘트럼프’와 ‘토끼’라는 두 개의 렌즈를 통해 정원을 바라보는 것은 정원에 내재된 복합성을 효과적으로 감소시킴

개념

• 앨리스가 인물들의 차이점을 무시하고 공통점만을 취해 트럼프라는 개념으로 단순화한 것은 추상화의 일종
• 개념(concept): 공통점을 기반으로 객체들을 묶기 위한 그릇
  • 일반적으로 우리가 인식하고 있는 다양한 사물이나 객체에 적용할 수 있는 아이디어나 관념
• 개념을 이용하면 객체를 여러 그룹으로 분류(classification)할 수 있음
• 개념은 공통점을 기반으로 객체를 분류할 수 있는 일종의 체
• 객체에 어떤 개념을 적용하는 것이 가능해서 개념 그룹의 일원이 될 때 객체를 그 개념의 인스턴스(instance)라고 함

객체란 특정한 개념을 적용할 수 있는 구체적인 사물을 의미한다. 개념이 객체에 적용됐을 때 객체를 개념의 인스턴스라고 한다.

개념의 세 가지 관점

어떤 객체에 어떤 개념이 적용됐다고 할 때는 그 개념이 부가하는 의미를 만족시킴으로써 다른 객체와 함께 해당 개념의 일원이 됐다는 것을 의미한다. 일반적으로 객체의 분류 장치로서 개념을 이야기할 때는 아래의 세 가지 관점을 함께 언급한다.

• 심볼(symbol): 개념을 가리키는 간략한 이름이나 명칭
• 내연(intension): 개념의 완전한 정의를 나타내며 내연의 의미를 이용해 객체가 개념에 속하는지 여부를 확인할 수 있다.
• 외연(extension): 개념에 속하는 모든 객체의 집합(set)

‘심볼’은 개념을 가리키는 이름, ‘내연’이란 개념의 의미, 내연은 개념을 객체에 적용할 수 있는지 여부를 판단하기 위한 조건. ‘외연’은 개념에 속하는 객체들, 즉 개념의 인스턴스들이 모여 이뤄진 집합.

트럼프라는 개념의 심볼, 내연, 외연은 다음과 같다.

• 심볼(symbol): 트럼프
• 내연(intension): 몸이 납작하고 두 손과 두 발은 네모 귀퉁이에 달려 있는 등장인물
• 외연(extension): 정원사, 병사, 신하, 왕자와 공주, 하객으로 참석한 왕과 왕비들, 하트 잭, 하트 왕과 하트 여왕

개념을 구성하는 심볼, 내연, 외연은 객체의 분류 방식에 대한 지침을 제공한다. 개념을 이용해 공통점을 가진 객체들을 분류할 수 있다는 아이디어는 객체지향 패러다임이 복잡성을 극복하는 데 사용하는 가장 기본적인 인지 수단이기 때문이다.

객체를 분류하기 위한 틀

• 외연의 관점에서 어떤 객체에 어떤 개념을 적용할 수 있다는 것 = 동일한 개념으로 구성된 객체 집합에 해당 객체를 포함시킨다는 것
• 객체에게 적용한 개념을 결정하는 것은 결국 해당 객체를 개념이 적용된 객체 집합의 일원으로 맞아들인다는 것을 의미
• 객체에 어떤 개념을 적용할 것인지를 결정하는 것은 결국 객체들을 개념에 따라 분류하는 것과 동일
• 분류란 객체를 특정한 개념의 객체 집합에 포함시키거나 포함시키지 않는 작업을 의미

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

• 어떤 객체를 어떤 개념으로 분류할지가 객체지향의 품질을 결정
• 객체를 적절한 개념에 따라 분류하지 못한 애플리케이션은 유지보수가 어렵고 변화에 쉽게 대처하기 못함.
• 객체를 적절한 개념에 따라 분류한 애플리케이션은 유지보수가 용이하고 변경에 유연하게 대처

타입

타입은 개념이다

• 타입은 공통점을 기반으로 객체들을 묶기 위한 틀

타입은 개념과 동일하다. 따라서 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 외연인 객체 집합의 일원이 된다.

데이터 타입

• 타입 시스템의 목적
  • 메모리 안의 모든 데이터가 비트열로 보임으로써 야기되는 혼란을 방지하는 것
  • 데이터가 잘못 사용되지 않도록 제약사항을 부과하는 것
• 타입은 데이터가 어떻게 사용되느냐에 관한 것이다.
• 타입에 속한 데이터를 메모리에 어떻게 표현하는지는 외부로부터 철저하게 감춰진다.
  • 데이터 타입의 표현은 연산 작업을 수행하기에 가장 효과적인 형태가 선택됨
  • 해당 데이터 타입의 표현 방식을 몰라도 데이터를 사용하는 데 지장이 없음

데이터 타입은 메모리 안에 저장된 데이터의 종류를 분류하는 데 사용하는 메모리 집합에 관한 메타데이터다. 데이터에 대한 분류는 암시적으로 어떤 종류의 연산이 해당 데이터에 대해 수행될 수 있는지를 결정한다.

객체와 타입

• 어떤 객체가 어떤 타입에 속하는 지를 결정하는 것은 객체가 수행하는 행동
• 객체의 내부적인 표현은 외부로부터 철저하게 감춰짐

행동이 우선이다

객체가 어떤 행동을 하느냐에 따라 객체의 타입이 결정된다. 객체의 타입은 객체의 내부 표현과는 아무런 상관이 없다. 객체의 내부 표현 방식이 다르더랃도 동일하게 행동한다면 그 객체들은 동일한 타입에 속한다. 따라서 동일한 책임을 수행하는 일련의 객체는 동일한 타입에 속한다고 말할 수 있다. 객체의 타입을 결정하는 것은 객체의 행동뿐이다.

• 같은 타입에 속한 객체는 행동만 동일하다면 서로 다른 데이터를 가질 수 있음
• 동일한 행동 = 동일한 책임 = 동일한 메시지 수신
• 동일한 타입에 속한 객체는 내부의 데이터 표현 방식이 다르더라도 동일한 메시지를 수신하고 이를 처리
• 내부의 표현 방식이 다르기 때문에 동일한 메시지를 처리하는 방식은 서로 다름
• 다형성
  • 동일한 요청에 대해 서로 다른 방식으로 응답할 수 있는 능력
  • 다형적인 객체들은 동일한 타입(또는 타입 계층)에 속함
• 캡슐화
  • 휼륭한 객체지향 설계는 외부에 행동만을 제공하고 데이터는 행동 뒤로 감춰야 함

행동에 따라 객체를 분류하기 위해서는 객체가 내부적으로 관리해야하는 데이터가 아니라 객체가 외부에 제공해야하는 행동을 먼저 생각해야 한다. 객체가 외부에 제공해야하는 책임을 먼저 결정, 그 책임을 수행하는 데 적합한 데이터를 나중에 결정, 데이터를 책임을 수행하는 데 필요한 외부 인터페이스 뒤로 캡슐화

타입의 계층

트럼프 계층

• 모든 트럼프 인간은 동시에 트럼프이기도 함.
• 트럼프는 트럼프 인간을 포괄하는 좀 더 일반적인 개념
• 트럼프 인간은 트럼프보다 좀 더 특화된 행동을 하는 특수한 개념
• 이 두 개념 사이의 관계를 일반화/특수화(generalization/specialization) 관계라고 함

일반화/특수화 관계

• 객체지향에서 일반화/특수화 관계를 결정하는 것은 객체의 상태를 표현하는 데이터가 아니라 행동임
• 두 타입 간에 일반화/특수화 관계가 성립하려면 한 타입이 다른 타입보다 더 특수하게 행동헤야 하고 반대로 한 타입은 다른 타입보다 더 일반적으로 행동해야 함.
• 일반적인 타입은 특수한 타입이 가진 모든 행동들 중에서 일부 행동만을 가지는 타입
• 특수한 타입은 일반적인 타입이 가진 모든 타입을 포함하지만 거기에 더해 자신만의 행동을 추가하는 타입
• 타입의 내연을 의미하는 행동의 가짓수와 외연을 의미하는 집합의 크기는 서로 반대임
• 일반적인 타입은 특수한 타입보다 더 적은 수의 행동을 가지지만 더 큰 크기의 외연의 집합을 가짐

슈퍼 타입과 서브 타입

• 슈퍼타입(supertype): 일반적인 타입
• 서브타입(subtype): 특수한 타입
• 어떤 타입이 다른 타입의 서브타입이 되기 위해서는 행위적 호환성을 만족시켜야 함
• 일반적으로 서브타입은 슈퍼타입의 행위와 호환되기 때문에 서브타입은 슈퍼타입을 대체할 수 있어야 함
• 어떤 타입을 다른 타입의 서브타입이라고 말할 수 있으려면 다른 타입을 대체할 수 있어야 함

일반화/특수화 관계 표기 방법

좀 더 일반적인 타입인 슈퍼타입을 상단에, 좀 더 특수한 타입인 서브타입을 하단에 위치시키고 속이 빈 삼각형으로 연결해서 표현한다.

일반화는 추상화를 위한 도구다

• 정원에 있던 등장인물들의 차이점은 배제하고 공통점만을 강조함으로써 이들을 공통의 타입인 트럼프 인간으로 분류
• 트럼프 인간을 좀 더 단순한 관점에서 바라보기 위해 불필요한 특성을 배제하고 좀 더 포괄적인 의미를 지는 트럼프로 일반화

정적 모델

타입의 목적

• 타입을 사용하는 이유는 인간의 인지 능력으로는 시간에 따라 동적으로 변하는 객체의 복잡성을 극복하기가 너무 어렵기 때문
• 앨리스라는 객체의 상태는 변하지만 앨리스를 다른 객체와 구별할 수 있는 식별성은 동일하게 유지
• 타입은 시간에 따라 동적으로 변하는 앨리스의 상태를 시간과 무관한 정적인 모습으로 다룰 수 있게 해줌

그래서 결국 타입은 추상화다

• 타입을 이용하면 객체의 동적인 특성을 추상화할 수 있음
• 타입은 시간에 따른 객체의 상태 변경이라는 복잡성을 단순화할 수 있는 효과적인 방법

동적 모델과 정적 모델

객체를 생각할 때 우리는 두 가지 모델을 동시에 고려한다.

• 객체가 특정 시점에 구체적으로 어떤 상태를 가지느냐
  • 객체의 스냅샷(snapshot) = 객체 다이어그램(object diagram)
  • 동적 모델(dynamic model)
    • 실제로 객체가 살아 움직이는 동안 상태가 어떻게 변하고 행동하는지를 포착하는 것
• 객체가 가질 수 있는 모든 상태와 모든 행동을 시간에 독립적으로 표현
  • 타입 모델(type model)
  • 정적 모델(static model)
    • 객체가 속한 타입의 정적인 모습을 표현

클래스

타입을 구현하는 가장 보편적인 방법은 클래스를 이용하는 것이다.

• ‘타입을 구현한다’
  • 클래스와 타입은 동일한 것이 아님
  • 타입은 객체를 분류하기 위해 사용하는 개념
  • 클래스는 단지 타입을 구현할 수 있는 여러 구현 메커니즘 중 하나
• 클래스와 타입을 구분하는 것은 설계를 유연하게 유지하기 위한 바탕

객체를 분류하는 기준은 타입이며 타입을 나누는 기준은 객체가 수행하는 행동이다.