프로그램 코드분석에 빠지다. - 1장

깨어남

늦은 나이에도 불구하고 열정이 식지 않은 모습에 자신에게 감사하다는 말을 해 주고 싶다.
정말 대견하기도 하고 칭찬까지도 해 주고 싶을 정도로 고마움을 느낀다.
만약 이러한 지식을 공부하고 있지 않았다면 나는 어떤 삶을 살아가고 있을까 생각만 해도 끔찍한 생각이 들었을지도 모르겠다.
평생동안 공부를 해도 따라 갈 수는 없겠지만,
그래도 나는 꾸준히 가기로 마음을 먹었다.

객체지향 프로그램 언어

객체지향 프로그래밍 언어(Object-Oriented Programming Language)는 소프트웨어 개발에서 객체 지향 프로그래밍(OOP) 원칙을 지원하고 구현하기 위해 설계된 프로그래밍 언어를 의미합니다. 객체 지향 프로그래밍은 소프트웨어를 객체(Objects)로 나누고, 이러한 객체들 간의 상호 작용을 중심으로 시스템을 설계하고 개발하는 방법론입니다. 객체란 데이터와 데이터를 처리하는 메서드(함수)의 결합체로 이해됩니다.

객체 지향 프로그래밍 언어의 주요 특징과 개념은 다음과 같습니다.

클래스(Class)

객체의 설계도를 나타내며, 객체를 생성하기 위한 템플릿 역할을 합니다. 클래스는 속성(멤버 변수)과 메서드(멤버 함수)로 구성됩니다.

역할

클래스는 객체를 생성하기 위한 설계도 혹은 템플릿 역할을 합니다. 클래스는 객체가 가져야 할 속성(멤버 변수)과 동작(메서드)을 정의합니다. 이를 통해 객체가 어떤 데이터를 포함하며 어떤 동작을 할 것인지 미리 계획할 수 있습니다.

클래스는 객체를 생성하기 위한 틀로, 클래스의 인스턴스인 객체를 여러 개 생성할 수 있습니다. 이러한 객체는 클래스의 구조대로 속성을 가지고 해당 속성을 처리하는 메서드를 실행할 수 있습니다.

클래스는 속성과 메서드를 함께 묶어 캡슐화를 제공합니다. 이것은 데이터와 데이터를 처리하는 메서드가 하나의 단위로 묶여 있어 정보 은닉을 가능하게 합니다. 즉, 클래스 내부의 상세한 구현을 감추고 외부에서는 클래스의 인터페이스만 사용할 수 있도록 합니다.

클래스는 상속을 통해 다른 클래스에서 정의한 속성과 메서드를 물려받을 수 있습니다. 이를 통해 코드의 재사용성을 높이고 새로운 클래스를 쉽게 확장할 수 있습니다.

다형성을 지원하여 같은 이름의 메서드를 다르게 구현할 수 있습니다. 이를 통해 다양한 객체를 동일한 인터페이스로 다룰 수 있으며, 코드의 유연성을 높입니다.

클래스는 객체를 추상적으로 표현하는데 사용됩니다. 클래스를 통해 복잡한 시스템을 단순화하고 핵심 기능에 집중할 수 있습니다.

클래스는 데이터와 해당 데이터를 처리하는 메서드를 함께 묶어 객체를 정의합니다. 이는 객체가 자체적으로 데이터와 동작을 가지고 있어 객체 지향 프로그래밍의 주요 특징 중 하나입니다.

Python 예제

class Person:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

    def say_hello(self):
        print(f"안녕하세요, 제 이름은 {self.name}이고, 나이는 {self.age}세입니다.")

# 클래스를 기반으로 객체 생성
person1 = Person("Alice", 30)
person1.say_hello()  # 출력: "안녕하세요, 제 이름은 Alice이고, 나이는 30세입니다."

Java 예제

public class Person {
    private String name;
    private int age;

    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public void sayHello() {
        System.out.println("안녕하세요, 제 이름은 " + name + "이고, 나이는 " + age + "세입니다.");
    }

    public static void main(String[] args) {
        // 클래스를 기반으로 객체 생성
        Person person1 = new Person("Alice", 30);
        person1.sayHello();  // 출력: "안녕하세요, 제 이름은 Alice이고, 나이는 30세입니다."
    }
}

C# 예제

using System;

public class Person {
    private string name;
    private int age;

    public Person(string name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public void SayHello() {
        Console.WriteLine($"안녕하세요, 제 이름은 {name}이고, 나이는 {age}세입니다.");
    }

    public static void Main(string[] args) {
        // 클래스를 기반으로 객체 생성
        Person person1 = new Person("Alice", 30);
        person1.SayHello();  // 출력: "안녕하세요, 제 이름은 Alice이고, 나이는 30세입니다."
    }
}

객체(Objects)

클래스의 인스턴스로, 클래스를 기반으로 실제 데이터를 포함하고 해당 데이터를 처리하는 메서드를 가지는 런타임 엔티티입니다.

역할

객체는 데이터를 저장하고 관리합니다. 이 데이터는 객체의 속성(멤버 변수 또는 필드)으로 표현되며 객체의 상태를 나타냅니다. 예를 들어, 사람 객체의 속성으로는 이름, 나이, 주소 등의 데이터가 포함될 수 있습니다.

객체는 특정 작업을 수행하는 동작(메서드 또는 함수)을 정의합니다. 이러한 동작은 객체의 메서드로 구현되며 객체가 수행할 수 있는 작업을 결정합니다. 예를 들어, 사람 객체는 "말하기" 또는 "걷기"와 같은 동작을 가질 수 있습니다.

객체는 데이터와 해당 데이터를 처리하는 메서드를 함께 묶어 캡슐화를 제공합니다. 이는 객체 내부의 상세한 구현을 숨기고 외부에서는 객체의 인터페이스만 접근할 수 있도록 합니다. 이러한 정보 은닉은 객체의 상태를 보호하고 안전성을 높입니다.

프로그램은 객체 간의 상호 작용을 통해 동작합니다. 객체는 다른 객체와 메시지를 주고받고, 이를 통해 서로 협력하여 원하는 작업을 수행합니다. 객체 간의 상호 작용은 메서드 호출을 통해 이루어집니다.

객체는 클래스를 기반으로 생성되며, 클래스는 상속을 통해 다른 클래스에서 속성과 메서드를 상속받을 수 있습니다. 이를 통해 객체 간의 계층 구조를 형성하고 코드의 재사용성을 높이며 다형성을 구현할 수 있습니다.

객체는 복잡한 시스템을 추상화하여 간단하게 표현합니다. 이를 통해 핵심 개념과 기능을 강조하고 세부 사항을 숨길 수 있습니다.

클래스를 기반으로 객체를 생성합니다. 이러한 객체는 클래스의 설계도에 따라 초기화되며, 각 객체는 고유한 상태를 가집니다.

객체는 고유한 식별자(주로 메모리 주소나 고유한 식별자)를 가지고 있어 프로그램 내에서 특정 객체를 식별할 수 있습니다.

캡슐화(Encapsulation)

객체의 상태(멤버 변수)를 외부로부터 숨기고, 메서드를 통해 상태에 접근할 수 있도록 하는 개념으로 정보 은닉을 지원합니다.

역할

객체지향 언어에서 캡슐화(Encapsulation)는 중요한 개념 중 하나로, 데이터와 해당 데이터를 처리하는 메서드를 하나의 단위로 묶고 외부에서 직접 접근하지 못하도록 제한하는 것을 의미합니다. 이것은 정보 은닉(Information Hiding)이라고도 합니다. 캡슐화는 소프트웨어의 보안성을 높이고 데이터 무결성을 보장하는 데 도움이 됩니다.

캡슐화의 주요 특징과 원칙은 다음과 같습니다:

캡슐화를 구현하기 위해 언어는 접근 제어 지시자를 제공합니다. 이 지시자를 사용하여 데이터와 메서드의 접근 권한을 제어할 수 있습니다.

캡슐화된 클래스 내부에서만 접근할 수 있는 비공개(private) 멤버 변수와 메서드를 정의합니다. 이러한 멤버는 클래스 외부에서 직접 접근할 수 없습니다.

클래스 외부에서 사용할 수 있는 메서드를 공개(public)로 정의합니다. 이러한 메서드는 클래스의 사용자와 상호작용을 통해 클래스의 기능을 활용할 수 있도록 합니다.

데이터를 비공개 멤버로 선언하고 공개된 메서드를 통해서만 데이터에 접근할 수 있도록 합니다. 이렇게 함으로써 데이터의 무결성을 보장하고 잘못된 변경을 방지합니다.

캡슐화는 코드의 유지보수성을 향상시키고 오류를 줄이는 데 도움을 줍니다. 내부 구현을 변경하더라도 외부 인터페이스가 변하지 않기 때문에 다른 코드에 영향을 미치지 않습니다.

아래는 Java에서의 간단한 캡슐화 예제입니다.

```java
public class Person {
    private String name;
    private int age;

    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    // 공개된 메서드를 통해 비공개 멤버에 접근
    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        if (age >= 0) {  // 나이는 음수가 될 수 없음
            this.age = age;
        }
    }

    public void sayHello() {
        System.out.println("안녕하세요, 제 이름은 " + name + "이고, 나이는 " + age + "세입니다.");
    }
}
```

위의 예제에서는 `name`과 `age`라는 비공개 멤버를 캡슐화하고, 이 멤버에 접근하기 위한 공개된 메서드(`getName()`, `setName()`, `getAge()`, `setAge()`)를 제공합니다. 이렇게 하면 데이터에 대한 접근을 효과적으로 제어하고 데이터의 일관성을 유지할 수 있습니다.

상속(Inheritance)

이미 존재하는 클래스로부터 속성과 메서드를 상속받아 새로운 클래스를 생성하는 개념으로 코드 재사용성을 높입니다.

역할

객체지향 언어에서 상속(Inheritance)은 중요한 개념 중 하나로, 이미 존재하는 클래스(부모 클래스 또는 슈퍼 클래스)의 속성과 메서드를 다른 클래스(자식 클래스 또는 서브 클래스)가 상속받아 재사용할 수 있게 해주는 메커니즘을 의미합니다. 상속을 통해 클래스 간에 계층 구조를 형성하고 코드의 재사용성을 높이며, 새로운 클래스를 정의할 때 기존 클래스의 특성을 확장하거나 수정할 수 있습니다.

상속의 주요 개념과 특징은 다음과 같습니다:

부모 클래스는 상속을 제공하는 클래스로, 자식 클래스는 상속을 받는 클래스입니다. 자식 클래스는 부모 클래스의 모든 멤버(속성 및 메서드)를 상속받습니다.

상속을 통해 자식 클래스는 부모 클래스의 코드를 재사용할 수 있습니다. 이것은 코드 중복을 줄이고 소프트웨어 유지보수를 용이하게 합니다.

자식 클래스는 부모 클래스의 멤버를 확장하거나 수정할 수 있습니다. 새로운 속성과 메서드를 추가하거나 부모 클래스의 메서드를 오버라이딩하여 동작을 변경할 수 있습니다.

상속은 IS-A 관계를 나타냅니다. 예를 들어, "자동차는 차량이다" 또는 "사람은 동물이다"와 같이 부모 클래스와 자식 클래스 간의 관계를 나타냅니다.

아래는 Java에서의 간단한 상속 예제입니다:

```java
// 부모 클래스
class Vehicle {
    protected String brand;

    public Vehicle(String brand) {
        this.brand = brand;
    }

    public void start() {
        System.out.println("차량을 시작합니다.");
    }
}

// 자식 클래스
class Car extends Vehicle {
    private int numberOfDoors;

    public Car(String brand, int numberOfDoors) {
        super(brand); // 부모 클래스의 생성자 호출
        this.numberOfDoors = numberOfDoors;
    }

    // 부모 클래스의 메서드를 오버라이딩
    @Override
    public void start() {
        System.out.println("자동차를 시동 걸고 주행을 시작합니다.");
    }

    public void openDoors() {
        System.out.println(numberOfDoors + "개의 문을 엽니다.");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Car myCar = new Car("Toyota", 4);

        // 상속된 메서드 호출
        myCar.start(); // 출력: "자동차를 시동 걸고 주행을 시작합니다."

        // 자식 클래스의 메서드 호출
        myCar.openDoors(); // 출력: "4개의 문을 엽니다."
    }
}
```

위의 예제에서는 `Vehicle` 클래스를 상속하여 `Car` 클래스를 정의하고, 자식 클래스에서 부모 클래스의 메서드를 오버라이딩하고 새로운 메서드를 추가했습니다. 이를 통해 상속과 확장의 개념을 이해할 수 있습니다.

다형성(Polymorphism)

같은 이름의 메서드를 서로 다른 방식으로 구현할 수 있으며, 상속 및 인터페이스를 통해 다양한 타입의 객체를 다룰 수 있게 합니다.

역할

객체지향 언어에서 다형성(Polymorphism)은 중요한 개념 중 하나로, 같은 이름의 메서드나 함수를 다양한 방식으로 구현하거나, 부모 클래스의 참조를 사용하여 여러 종류의 자식 클래스 객체를 다룰 수 있는 능력을 의미합니다. 다형성은 객체 지향 프로그래밍에서 코드의 유연성과 재사용성을 높이는 데 기여하며, 코드를 더 추상적으로 만들어서 다양한 상황에서 활용할 수 있도록 합니다.

다형성의 주요 특징과 개념은 다음과 같습니다:

여러 클래스에서 동일한 이름의 메서드를 구현할 수 있습니다. 이러한 메서드들은 서로 다른 클래스에서 다른 동작을 수행할 수 있습니다. 이것을 메서드 오버라이딩(Method Overriding)이라고 합니다.

여러 클래스가 동일한 인터페이스를 구현할 수 있습니다. 그런 다음 인터페이스 타입으로 객체를 다룰 수 있으며, 이를 통해 객체가 인터페이스의 메서드를 다형적으로 호출할 수 있습니다.

부모 클래스의 참조를 사용하여 자식 클래스 객체를 다룰 수 있습니다. 이를 통해 상속 관계에 있는 객체들을 다형적으로 다룰 수 있습니다.

정적 다형성(컴파일 타임 다형성)은 메서드 오버로딩과 관련이 있으며, 동적 다형성(런타임 다형성)은 메서드 오버라이딩과 인터페이스 다형성과 관련이 있습니다.

아래는 Java를 사용한 다형성의 예제입니다.

```java
// 동물 클래스
class Animal {
    public void makeSound() {
        System.out.println("동물이 소리를 냅니다.");
    }
}

// 강아지 클래스 (동물 클래스를 상속)
class Dog extends Animal {
    @Override
    public void makeSound() {
        System.out.println("강아지가 짖습니다.");
    }
}

// 고양이 클래스 (동물 클래스를 상속)
class Cat extends Animal {
    @Override
    public void makeSound() {
        System.out.println("고양이가 야옹합니다.");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 다형성을 이용하여 동물 객체들을 다룸
        Animal myAnimal = new Dog();
        myAnimal.makeSound(); // 출력: "강아지가 짖습니다."

        myAnimal = new Cat();
        myAnimal.makeSound(); // 출력: "고양이가 야옹합니다."
    }
}
```

위의 예제에서는 `Animal` 클래스를 상속받는 `Dog`와 `Cat` 클래스를 정의하고, 다형성을 활용하여 `Animal` 참조 변수를 사용하여 `Dog`와 `Cat` 객체를 다루고 있습니다. 이를 통해 다양한 동물 객체를 동일한 방식으로 다룰 수 있으며, 런타임에 해당 객체의 실제 메서드가 호출됩니다.

메시지 패싱(Message Passing)

객체 간의 상호 작용은 메시지를 주고받는 방식으로 이루어지며, 메서드 호출을 통해 다른 객체와 통신합니다.

역할

객체지향 언어에서 메시지 패싱(Message Passing)은 객체 간 상호 작용의 중요한 부분입니다. 메시지 패싱은 한 객체가 다른 객체에게 특정 동작을 수행하도록 요청하는 것을 의미합니다. 이것은 객체 지향 프로그래밍에서 객체 간 통신과 협력을 달성하는 주요 방법 중 하나입니다.

메시지 패싱의 주요 특징과 원칙은 다음과 같습니다.

객체는 다른 객체에게 메시지를 보내고, 메시지는 해당 객체의 메서드 또는 함수를 호출하는 요청을 포함합니다. 메시지는 객체 간 상호 작용의 주요 수단 중 하나로, 객체가 다른 객체와 소통하는 방법입니다.

메시지를 받은 객체는 해당 메시지에 대한 처리 로직을 실행합니다. 이것은 메서드나 함수를 호출하여 구현됩니다. 객체는 자신이 이해할 수 있는 메시지만 처리하고, 그 외의 메시지는 무시합니다.

메시지 패싱은 객체의 내부 구현을 숨기는 캡슐화 원칙을 유지합니다. 객체는 외부에서 직접 접근하지 않고 메시지를 통해 상호 작용합니다.

메시지 패싱은 다형성을 활용하여 동일한 메시지에 대해 다양한 객체가 서로 다른 방식으로 응답할 수 있도록 합니다. 이는 객체 지향 언어에서의 다형성 개념과 밀접한 관련이 있습니다.

메시지 패싱을 사용하면 객체 간의 결합도를 낮추고 유연한 디자인을 구현할 수 있습니다. 변경이 필요한 경우 메시지의 내용만 수정하면 되며, 객체의 내부 구현은 변경되지 않습니다.

다양한 객체지향 언어에서 메시지 패싱은 다르게 구현될 수 있지만, 이 개념은 객체 지향 프로그래밍의 핵심입니다. 예를 들어, Java에서는 메서드 호출을 통해 메시지 패싱이 이루어지고, C++에서는 객체 포인터나 참조를 통해 메시지를 전달할 수 있습니다. 메시지 패싱은 객체 간 협력을 단순하고 유연하게 만들어주며, 객체 지향 개발의 중요한 원칙 중 하나입니다.

추상화(Abstraction)

복잡한 시스템을 단순화하고 중요한 부분만을 강조하는 개념으로, 클래스와 객체의 생성을 통해 구체적인 데이터를 추상적으로 표현합니다.

역할

객체지향 언어에서 추상화(Abstract)는 중요한 개념 중 하나로, 복잡한 시스템이나 데이터를 단순화하고 핵심 개념 또는 기능을 강조하는 과정을 의미합니다. 추상화는 객체 지향 프로그래밍의 핵심 원칙 중 하나로, 현실 세계의 개체와 개념을 프로그래밍 구조로 모델링하는 데 사용됩니다.

추상화의 주요 특징과 개념은 다음과 같습니다:

추상화는 복잡한 세계를 단순화하고, 주요 특징과 기능을 강조합니다. 이는 프로그램의 목적과 관련이 있는 정보를 포착하고 다루기 위해 사용됩니다.

추상화를 통해 세부 사항을 숨기고, 사용자에게 필요한 정보만 노출됩니다. 이로써 코드를 더 읽기 쉽고 유지보수하기 쉽게 만듭니다.

추상화는 클래스와 인터페이스를 정의하는 데 사용됩니다. 클래스는 객체의 속성과 메서드를 정의하며, 인터페이스는 클래스가 지켜야 할 규칙을 정의합니다.

추상화는 상속과 다형성과 함께 사용되어 객체의 계층 구조를 형성하고 다양한 객체를 일관되게 다룰 수 있게 합니다.

추상화는 현실 세계의 개념을 프로그래밍적으로 모델링하는 데 사용됩니다. 예를 들어, "자동차"라는 개념을 추상화하여 자동차 클래스를 정의할 수 있습니다.

추상화된 개념은 실제 객체로 인스턴스화됩니다. 이것은 추상화된 개념이 실제로 사용될 때를 의미합니다.

객체지향 언어에서 추상화는 추상 클래스와 인터페이스를 통해 구체화됩니다. 추상 클래스는 일부 메서드가 구현되어 있지 않고 하위 클래스에서 구현되어야 하는 클래스이며, 인터페이스는 메서드 시그니처만 정의하고 구현은 하위 클래스에서 이루어져야 하는 규칙을 나타냅니다.

예를 들어, 추상화를 통해 "동물"이라는 개념을 모델링하고, "동물" 클래스를 정의하고 이를 상속받는 구체적인 동물 클래스(예: "고양이", "강아지")를 만들 수 있습니다. 이렇게 함으로써 공통된 특성과 동작을 추상적으로 다룰 수 있습니다.

일반적으로 객체 지향 프로그래밍 언어로는 Java, C++, C#, Python, Ruby, Kotlin 등이 있으며, 이러한 언어를 사용하여 객체 지향 프로그래밍 원칙을 적용하여 소프트웨어를 개발합니다. 객체 지향 프로그래밍은 소프트웨어의 구조화와 유지보수를 용이하게 하며, 큰 규모의 소프트웨어 시스템을 개발하는 데 널리 사용되는 방법론 중 하나입니다.