[JAVA] 다형성(polimorphism)에 대해서

1. 다형성이란?

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객체지향 프로그래밍의 3요소(캡슐화, 상속, 다형성) 중 하나인 다형성에 대해서 알아보자. 

 

다형성이란 '여러 가지 형태를 가질 수 있는 능력'을 의미한다. 자바에서는 한 타입의 참조변수로 여러 타입의 객체를 참조할 수 있도록 함으로써 다형성을 프로그램적으로 구현하였다. 이를 좀 더 구체적으로 말하자면, 조상 클래스 타임의 참조변수로 자손 클래스의 인스턴스를 참조할 수 있도록 하였다는 것이다. 

 

Class Tv {
	boolean power;
	int channel;
    
	void power() {power=!power;}
	void channelUp() {++channel;}
	void channelDown() {--channel;}
}

Class CaptionTv extends Tv {
	String text;
	void caption() {
		System.out.println("text");
	}
}

위와 같이 Tv클래스와 Tv클래스를 상속받은 CaptionTv클래스를 정의하였다. 두 클래스를 사용하기 위해서는 다음과 같이 인스턴스를 생성했을 것이다. 

Tv t = new Tv();
CaptionTv c = new CaptionTv();

이처럼 인스턴스의 타입과 참조변수의 타입이 일치하는 것이 보통이지만, 두 클래스가 서로 상속관계에 있을 경우, 다음과 같이 조상 클래스 타입의 참조변수로 자손 클래스의 인스턴스를 참조하도록 하는 것도 가능하다.

Tv t = new CaptionTv();

이때, 참조변수 t로 CaptionTv인스턴스를 참조하고 있다 하더라도 오로지 Tv클래스의 멤버들만 사용할 수 있다. CaptionTv의 text와 caption()은 참조변수 t로 사용이 불가능하다. 

 

반대로 다음과 같이 자손타입의 참조변수로 조상 타입의 인스턴스를 참조하는 것은 불가능하다. 

CaptionTv c = new Tv(); // 컴파일 에러

그 이유는 실제 인스턴스인 Tv의 멤버 개수보다 참조변수 c가 사용할 수 있는 멤버 개수가 더 많기 때문이다. 참조변수가 사용할 수 있는 멤버의 개수는 인스턴스의 멤버 개수보다 같거나 적어야 한다. 

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두줄 요약

• 조상타입의 참조변수로 자손타입의 인스턴스를 참조할 수 있다.
• 반대로 자손타입의 참조변수로 조상타입의 인스턴스를 참조할 수는 없다. 

 

2. 참조변수의 형변환

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서로 상속관계에 있는 클래스 사이에서는 형변환이 가능하다. 자손타입의 참조변수로 조상 타입의 인스턴스를 참조하는 것은 불가능하기 때문에 형변환을 생략할 수 없다. 

• 자손타입 -> 조상타입(Up-casting) : 형변환 생략가능
• 자손타입 <- 조상타입(Down-casting) : 형변환 생략불가

형변환을 할 때는 캐스트연산자를 사용하며, 괄호( )안에 변환하고자 하는 타입의 이름(클래스명)을 적어주면 된다.

public class Car {
	String color;
	int door;
	void drive() {
		System.out.println("붕붕~");
	}
}

public class FireEngine extends Car {
	void water() {
		System.out.println("물뿌리기!!!");
	}
}

public class Ambulance extends Car {
	void siren() {
		System.out.println("삐뽀~삐뽀~");
	}
}

클래스 간의 상속 관계

public static void main(String[] args) {
	FireEngine f;
	Ambulance a;
	Car c;
	a = (Ambulance)f; // 상속관계가 아닌 클래스 간의 형변환 불가
	c = f; // 업캐스팅. 형변환 생략
	f = (FireEngine)c; // 다운캐스팅. 형변환 생략 불가
}

형변환이 가능한지는 서로 상속 관계에 있는지 따져봐야 하기 때문에 형변환을 수행하기 전에 instanceof 연산자를 사용해서 참조변수가 참조하고 있는 실제 인스턴스의 타입을 확인하는 것이 안전하다. 

 

3. instanceof 연산자

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instanceof연산자는 참조변수가 참조하고 있는 인스턴스의 실제 타입을 알아보기 위해 사용한다. 주로 조건문에 사용되며, instanceof의 왼쪽에는 참조변수를, 오른쪽에는 타입(클래스명)이 피연산자로 위치한다.

 

연산 결과로 true, false를 반환한다. 

 

true => 형변환 가능

false => 형변환 불가

 

4. 그렇다면 왜 이렇게 다른 타입으로 인스턴스를 생성할까?

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public class Product {
	int price;
	int bonusPoint;
	
	Product(int price) {
		this.price = price;
		bonusPoint = (int)(price/10.0);
	}
}

public class Tv extends Product {
	Tv() {
		super(100);
	}
	@Override
	public String toString() {
		return "Tv";
	}
}

public class Computer extends Product {
	Computer() {
		super(200);
	}
	@Override
	public String toString() {
		return "Computer";
	}
}

public class Buyer {
	int money = 1000;
	int bonusPoint = 0;
	
	void buy(Product p) {
		money -= p.price;
		bonusPoint += p.bonusPoint;
		System.out.println(p + "을/를 구입하셨습니다.");
	}
}

public class PolyArgumentTest {

	public static void main(String[] args) {
		Buyer b = new Buyer();
		
		b.buy(new Tv()); // Tv을/를 구입하셨습니다.
		b.buy(new Computer()); Computer을/를 구입하셨습니다.
		
		System.out.println("현재 남은 돈은 " + b.money + "만원입니다."); // 현재 남은 돈은 700만원입니다.
		System.out.println("현재 보너스점수는 " + b.bonusPoint + "점입니다."); // Tv을/를 구입하셨습니다.
	}

}

buyer클래스에 buy메서드를 buy(Conputer c) 혹은 buy(Tv t)으로 만든다면, 제품이 늘어날 때마다 새로운 메서드를 오버로딩하여 정의해야 할 것이다.

 

그러나 위의 예제처럼 모든 제품의 조상클래스인 Product를 파라미터로 받는다면 자손타입의 참조변수를 받아들일 수 있어 훨씬 효율적인 코드가 된다. Product타입의 객체로 Computer타입, Tv타입을 참조할 수 있는 다형성의 성질을 이용한 것이다.