다형성 시작
다형성(Polymorphism): "다양한 형태", "여러 형태"
→ 한 객체가 여러 타입의 객체로 취급될 수 있는 능력
→ 하나의 객체가 다른 타입으로 사용될 수 있다.
다형적 참조
다형적 참조: 부모는 자식을 품을 수 있다.
부모와 자식이 있고, 각각 다른 메서드를 가진다.
package poly.basic;
public class Parent {
public void parentMethod(){
System.out.println("Parent.parentMethod");
}
}package poly.basic;
public class Child extends Parent{
public void childMethod(){
System.out.println("Child.childMethod");
}
}package poly.basic;
public class PolyMain {
public static void main(String[] args) {
//부모 변수가 부모 인스턴스 참조
System.out.println("Parent -> Parent");
Parent parent = new Parent();
parent.parentMethod();
//자식 변수가 자식 인스턴스 참조
System.out.println("Child -> Child");
Child child = new Child();
child.parentMethod();
child.childMethod();
//부모 변수가 자식 인스턴스 참조(다형적 참조)
System.out.println("Parent -> Child");
Parent poly = new Child();
poly.parentMethod();
//Child child1 = new Parent(); //자식은 부모를 담을 수 없다.
//자식의 기능은 호출할 수 없다. 컴파일 오류 발생
//poly.childMethod();
}
}
1. 부모 타입의 변수가 부모 인스턴스 참조
Parent parent = new Parent();
- 부모 타입인 Parent를 생성했기 때문에 메모리 상에 Parent만 생성된다. (자식은 생성되지 않는다.)
- 생성된 참조값 x001을 Parent 타입의 변수인 parent에 담아둔다.
- parent.parentMethod()를 호출하면 인스턴스의 Parent 클래스에 있는 parentMethod()가 호출된다.
2. 자식 타입의 변수가 자식 인스턴스 참조
Child child = new Child();
- Child 인스턴스를 만들었다. 이 경우 자식 타입인 Child를 생성했기 때문에 메모리 상에 Child와 Parent 모두 생성된다.
- 생성된 참조값 x001을 Child 타입의 변수인 child에 담아둔다.
- child.childMethod()를 호출하면 인스턴스의 Child 클래스에 있는 childMethod()가 호출된다.
3. 다형적 참조: 부모 타입의 변수가 자식 인스턴스 참조
Parent poly = new Child();
- 부모 타입의 변수가 자식 인스턴스를 참조한다.
- Child 인스턴스를 만들었다. 이 경우 자식 타입인 Child를 생성했기 때문에 메모리 상에 Child와 Parent가 모두 생성된다.
- 생성된 참조값 x001을 Parent 타입의 변수인 poly에 담아둔다.
부모는 자식을 담을 수 있다.
- 자바에서 부모 타입은 자식 타입을 담을 수 있다.
Parent poly = new Child(); : 성공 - 반대로 자식 타입은 부모 타입을 담을 수 없다.
Child child1 = new Parent(); : 컴파일 오류 발생
다형적 참조
Parent 타입의 변수는 다음과 같이 자신인 Parent는 물론이고, 자식 타입까지 참조할 수 있다. 만약 손자가 있다면 손자도 그 하위 타입도 참조할 수 있다.
- Parent poly = new Parent();
- Parent poly = new Child();
- Parent poly = new Grandson(); (Child 하위에 손자가 있다면 가능)
부모 타입인 자신은 물론이고, 자신을 기준으로 모든 자식 타입을 참조할 수 있다.
→ 다양한 형태를 참조할 수 있다: 다형적 참조
다형적 참조와 인스턴스 실행
poly.parentMethod()를 호출하면 먼저 참조값을 사용해서 인스턴스를 찾는다. 그리고 다음으로 인스턴스 안에서 실행할 타입도 찾아야 한다. poly는 Parent 타입이다. 따라서 Parent 클래스부터 시작해서 필요한 기능을 찾는다.
인스턴스의 Parent 클래스에 parentMethod()가 있다. 따라서 해당 메서드가 호출된다.
다형적 참조의 한계
Parent poly = new Child(); 이렇게 자식을 참조한 상황에서 poly가 자식 타입인 Child 안에 있는 childMethod()를 호출하면 어떻게 될까?
poly.childMethod()를 실행하면 먼저 참조값을 통해 인스턴스를 찾는다. 그리고 다음으로 인스턴스 안에서 실행할 타입을 찾아야 한다. 호출자인 poly는 Parent 타입이다. 따라서 Parent 클래스부터 시작해서 필요한 기능을 찾는다. 그런데 상속 관계는 부모 방향으로 찾아 올라갈 수는 있지만 자식 방향으로 찾아 내려갈 수는 없다. Parent는 부모 타입이고 상위에 부모가 없다. 따라서 childMethod()를 찾을 수 없으므로 컴파일 오류가 발생한다.
이런 경우 childMethod()를 호출하고 싶으면 어떻게 해야할까? 바로 캐스팅이 필요하다.
다형성과 캐스팅
Parent poly = new Child()와 같이 부모 타입의 변수를 사용하게 되면 poly.childMethod()와 같이 자식 타입에 있는 기능은 호출할 수 없다.
package poly.basic;
public class CastingMain1 {
public static void main(String[] args) {
//부모 변수가 자식 인스턴스 참조(다형적 참조)
Parent poly = new Child(); //x001
//단, 자식의 기능은 호출할 수 없다. 컴파일 오류 발생
//poly.childMethod();
//다운캐스팅(부모 타입 -> 자식 타입)
Child child = (Child) poly; //x001
child.childMethod();
}
}
호출하는 타입을 자식인 Child 타입으로 변경하면 인스턴스의 Child에 있는 childMethod()를 호출할 수 있다. 하지만 다음과 같은 문제에 봉착한다.
자식은 부모를 담을 수 없다.
Child child = poly //Parent poly 변수부모 타입을 사용하는 변수를 자식 타입에 대입하려고 하면 컴파일 오류가 발생한다. 자식은 부모를 담을 수 없다. 이때는 다운캐스팅이라는 기능을 사용해서 부모 타입을 잠깐 자식 타입으로 변경하면 된다.
Child child = (Child) poly //Parent poly 변수Parent 타입의 poly 변수를 (Child)을 이용해서 일시적으로 자식 타입인 Child 타입으로 변경한다. 그리고 나서 왼쪽에 있는 Child child에 대입한다.
실행 순서
Child child = (Child) poly //다운캐스팅을 통해 부모 타입을 자식 타입으로 변환한 다음에 대입 시도
Child child = (Child) x001 //참조값을 읽은 다음 자식 타입으로 지정
Child child = x001 //최종 결과
캐스팅을 한다고 해서 Parent poly의 타입이 변하는 것은 아니다. 해당 참조값을 꺼내고 꺼낸 참조값이 Child 타입이 되는 것이다. 따라서 poly의 타입은 Parent로 기존과 같이 유지된다.
캐스팅
- 업캐스팅(upcasting): 부모 타입으로 변경
- 다운캐스팅(downcasting): 자식 타입으로 변경
Child child = (Child) poly
다운캐스팅과 실행
//다운캐스팅(부모 타입 -> 자식 타입)
Child child = (Child) poly;
child.childMethod();다운캐스팅 덕분에 child.childMethod()를 호출할 수 있게 되었다. childMethod()를 호출하기 위해 해당 인스턴스를 찾아간 다음 Child 타입을 찾는다. Child 타입에는 childMethod()가 있으므로 해당 기능을 호출할 수 있다.
캐스팅의 종류
자식 타입의 기능을 사용하려면 다음과 같이 다운캐스팅 결과를 변수에 담아두고 이후에 기능을 사용하면 된다.
Child child = (Child) poly
child.childMethod();
하지만 다운캐스팅 결과를 변수에 담아두는 과정이 번거롭다. 이런 과정 없이 일시적으로 다운캐스팅을 해서 인스턴스에 있는 하위 클래스의 기능을 바로 호출할 수 있다.
일시적 다운 캐스팅
package poly.basic;
public class CastingMain2 {
public static void main(String[] args) {
//부모 변수가 자식 인스턴스 참조(다형적 참조)
Parent poly = new Child(); //x001
//단, 자식의 기능은 호출할 수 없다. 컴파일 오류 발생
//poly.childMethod();
//다운캐스팅(부모 타입 -> 자식 타입)
Child child = (Child) poly; //x001
child.childMethod();
//일시적 다운캐스팅 - 해당 메서드를 호출하는 순간만 다운캐스팅
((Child) poly).childMethod();
}
}
실행 과정
((Child) poly).childMethod() //다운캐스팅을 통해 부모타입을 자식 타입으로 변환 후 기능 호출
((Child) x001).childMethod() //참조값을 읽은 다음 자식 타입으로 다운캐스팅
이렇게 일시적 다운캐스팅을 사용하면 별도의 변수 없이 인스턴스의 자식 타입의 기능을 사용할 수 있다.
업캐스팅
다운캐스팅과 반대로 현재 타입을 부모 타입으로 변경하는 것을 업캐스팅이라 한다.
package poly.basic;
//upcasting vs downcasting
public class CastingMain3 {
public static void main(String[] args) {
Child child = new Child();
Parent parent1 = (Parent) child; //업캐스팅은 생략 가능, 생략 권장
Parent parent2 = child; //업캐스팅 생략
parent1.parentMethod();
parent2.parentMethod();
}
}
Parent parent1 = (Parent) child;Child 타입을 Parent 타입에 대입해야 한다. 따라서 타입을 변환하는 캐스팅이 필요하다.
그런데 부모 타입으로 변환하는 경우에는 다음과 같이 (Parent)를 생략할 수 있다.
Parent parent1 = (Parent) child;
업캐스팅은 생략할 수 있다. 다운캐스팅은 생략할 수 없다. 참고로 업캐스팅은 매우 자주 사용하기 때문에 생략을 권장한다.
업캐스팅은 생략해도 되고, 다운캐스팅은 왜 개발자가 직접 명시적으로 캐스팅을 해야 할까?
다운캐스팅과 주의점
다운캐스팅은 잘못하면 심각한 런타임 오류가 발생할 수 있다.
package poly.basic;
//다운캐스팅을 자동으로 하지 않는 이유
public class CastingMain4 {
public static void main(String[] args) {
Parent parent1 = new Child();
Child child1 = (Child) parent1;
child1.childMethod(); //문제 없음
Parent parent2 = new Parent();
Child child2 = (Child) parent2; //런타임 오류 - ClassCastException
child2.childMethod(); //실행 불가
}
}
child1.childMethod()는 잘 호출되었지만, child2.childMethod()는 실행되지 못하고, 그 전에 오류가 발생했다.
다운캐스팅이 가능한 경우
예제의 parent1의 경우 다운캐스팅을 해도 문제가 되지 않는다.
다운캐스팅이 불가능한 경우
예제의 parent2를 다운캐스팅하면 ClassCastException이라는 심각한 런타임 오류가 발생한다.
이 코드를 자세히 알아보자.
Parent parent2 = new Parent();먼저 new Parent()로 부모 타입으로 객체를 생성한다. 따라서 메모리 상에 자식 타입은 전혀 존재하지 않는다. 생성 결과를 parent2에 담아둔다. 이 경우 같은 타입이므로 여기서는 문제가 발생하지 않는다.
Child child2 = (Child) parent2;
다음으로 parent2를 Child 타입으로 다운캐스팅한다. 그런데 parent2는 Parent로 생성이 되었다. 따라서 메모리 상에 Child 자체가 존재하지 않는다. Child 자체를 사용할 수 없는 것이다.
자바에서는 이렇게 사용할 수 없는 타입으로 다운캐스팅하는 경우에 ClassCastException이라는 예외를 발생시킨다. 예외가 발생하면 다음 동작이 실행되지 않고, 프로그램이 종료된다. 따라서 뒤에 있는 child2.childMethod() 코드 자체가 실행되지 않는다.
업캐스팅이 안전하고 다운캐스팅이 위험한 이유
업캐스팅의 경우 이런 문제가 절대로 발생하지 않는다. 왜냐하면 객체를 생성하면 해당 타입의 상위 부모 타입은 모두 함께 생성된다! 따라서 위로만 타입을 변경하는 업캐스팅은 메모리 상에 인스턴스가 모두 존재하기 때문에 항상 안전하다. 따라서 캐스팅을 생략할 수 있다.
반면에 다운캐스팅의 경우 인스턴스에 존재하지 않는 하위 타입으로 캐스팅하는 문제가 발생할 수 있다. 왜냐하면 객체를 생성하면 부모 타입은 모두 함께 생성되지만 자식 타입은 생성되지 않는다. 따라서 개발자가 이런 문제를 인지하고 사용해야 한다는 의미로 명시적으로 캐스팅을 해주어야 한다.
컴파일 오류 vs 런타임 오류
- 컴파일 오류: 자바 프로그램을 실행하기 전에 발생하는 오류 (변수명 오타, 잘못된 클래스 이름 사용 등)
→ IDE에서 즉시 확인할 수 있기 때문에 안전하고 좋은 오류 - 런타임 오류: 프로그램이 실행되고 있는 시점에 발생하는 오류
→ 고객이 해당 프로그램을 실행하는 도중에 발생하기 때문에 매우 안좋은 오류
instanceof
다형성에서 참조형 변수는 이름 그대로 다양한 자식을 대상으로 참조할 수 있다. 그런데 참조하는 대상이 다양하기 때문에 어떤 인스턴스를 참조하고 있는지 확인하려면 어떻게 해야할까?
Parent parent1 = new Parent();
Parent parent2 = new Child();여기서 Parent는 자신과 같은 Parent의 인스턴스도 참조할 수 있고, 자식 타입인 Child의 인스턴스도 참조할 수 있다. 이때 parent1, parent2 변수가 참조하는 인스턴스의 타입을 확인하고 싶다면 instanceof 키워드를 사용하면 된다.
package poly.basic;
public class CastingMain6 {
public static void main(String[] args) {
Parent parent1 = new Parent();
System.out.println("parent1 호출");
call(parent1);
Parent parent2 = new Child();
System.out.println("parent2 호출");
call(parent2);
}
private static void call(Parent parent){
parent.parentMethod();
if(parent instanceof Child){
System.out.println("Child 인스턴스 맞음");
Child child = (Child) parent;
child.childMethod();
}
}
}
call(Parent parent) 메서드를 보자.
private static void call(Parent parent){
parent.parentMethod();
if(parent instanceof Child){
System.out.println("Child 인스턴스 맞음");
Child child = (Child) parent;
child.childMethod();
}
}이 메서드는 매개변수로 넘어온 parent가 참조하는 타입에 따라서 다른 명령을 수행한다.
다운캐스팅을 수행하기 전에 먼저 instanceof를 사용해서 원하는 타입으로 변경이 가능한지 확인한 다음에 다운캐스팅을 수행하는 것이 안전하다.
A instanceof B
→ B b = new A();
성립하면 true
성립하지 않으면 false
위의 코드로 설명하자면
- Parent parent1 = new Parent();
call(parent1);
==> if(parent1 instanceof Child)
==> new Parent() instanceof Child
→ Child child = new Parent();
성립하지 않으므로 false - Parent parent2 = new Child();
call(parent2);
==> if(parent2 instanceof Child)
==> new Child() instanceof Child
→ Child child = new Child();
성립하므로 true
new Parent() instanceof Parent
Parent parent = new Parent(); //같은 타입 true
new Child() instanceof Parent
Parent parent = new Child(); //부모는 자식을 담을 수 있다. true
new Parent() instanceof Child
Child child = new Parent(); //자식은 부모를 담을 수 없다. false
new Child() instanceof Child
Child child = new Child(); //같은 타입 true
자바 16 - Pattern Matching for instanceof
자바 16부터는 instanceof를 사용하면서 동시에 변수를 선언할 수 있다.
다음 코드를 참고하자.
package poly.basic;
public class CastingMain5 {
public static void main(String[] args) {
Parent parent1 = new Parent();
System.out.println("parent1 호출");
call(parent1);
Parent parent2 = new Child();
System.out.println("parent2 호출");
call(parent2);
}
private static void call(Parent parent){
parent.parentMethod();
if(parent instanceof Child child){
System.out.println("Child 인스턴스 맞음");
child.childMethod();
}
}
}
덕분에 인스턴스가 맞는 경우 직접 다운캐스팅하는 코드를 생략할 수 있다.
다형성과 메서드 오버라이딩
다형성을 이루는 또 하나의 중요한 핵심 이론은 바로 메서드 오버라이딩이다.
메서드 오버라이딩에서 꼭 기억해야 할 점은 오버라이딩된 메서드가 항상 우선권을 가진다는 점이다. 그래서 이름도 기존 기능을 덮어 새로운 기능을 재정의 한다는 뜻의 오버라이딩이다.
오버라이딩된 메서드가 항상 우선권을 가진다!!!
package poly.overriding;
public class Parent {
public String value = "parent";
public void method(){
System.out.println("Parent.method");
}
}package poly.overriding;
public class Child extends Parent{
public String value = "child";
@Override
public void method(){
System.out.println("Child.method");
}
}Child에서 Parent의 method()를 재정의(오버라이딩)했다.
package poly.overriding;
public class OverridingMain {
public static void main(String[] args) {
//자식 변수가 자식 인스턴스 참조
Child child = new Child();
System.out.println("Child -> Child");
System.out.println("value = " + child.value);
child.method();
System.out.println("-----------------");
//부모 변수가 부모 인스턴스 참조
Parent parent = new Parent();
System.out.println("Parent -> Parent");
System.out.println("value = " + parent.value);
parent.method();
System.out.println("-----------------");
//부모 변수가 자식 인스턴스 참조
Parent poly = new Child();
System.out.println("Parent -> Child");
System.out.println("value = " + poly.value); //변수는 오버라이딩X
poly.method(); //메서드 오버라이딩!
}
}
그림을 통해 코드를 분석해보자.
1. Child → Child
child 변수는 Child 타입이다. 따라서 child.value, child.method()를 호출하면 인스턴스의 Child 타입에서 기능을 찾아서 실행한다.
2. Parent → Parent
parent 변수는 Parent 타입이다. 따라서 parent.value, parent.method()를 호출하면 인스턴스의 Parent 타입에서 기능을 찾아서 실행한다.
3. Parent → Child
poly 변수는 Parent 타입이다. 따라서 poly.value, poly.method()를 호출하면 인스턴스의 Parent 타입에서 기능을 찾아서 실행한다.
- poly.value: Parent 타입에 있는 value 값을 읽는다.
- poly.method(): Parent 타입에 있는 method()를 실행하려고 한다. 그런데 하위 타입인 Child.method()가 오버라이딩 되어 있다. 오버라이딩된 메서드는 항상 우선권을 가진다. 따라서 Parent.method()가 아니라 Child.method()가 실행된다.
오버라이딩 된 메서드는 항상 우선권을 가진다. 오버라이딩은 부모 타입에서 정의한 기능을 자식 타입에서 재정의하는 것이다. 만약 자식에서도 오버라이딩하고 손자에서도 같은 메서드를 오버라이딩을 하면 손자의 오버라이딩 메서드가 우선권을 가진다. 더 하위 자식의 오버라이딩 된 메서드가 우선권을 가지는 것이다.