5. 클래스와 객체1

객체 지향 프로그래밍과 클래스

객체(object): 눈에 보이는 사물 혹은 눈에 보이지 않는 것

객체 지향 프로그래밍(Object-Oriented Programming; OOP): 객체를 정의하고 객체 간 협력을 프로그래밍 하는 것

• 객체 지향 프로그램은 클래스를 기반으로 프로그래밍함
• 클래스(class) = 객체의 속성 + 기능
  • 클래스 이름은 보통 대문자로 시작함

(접근 제어자) class 클래스 이름{
    멤버 변수; // 클래스의 속성
    메서드;
}

 

ex) 학생 클래스 정의하기

package classpart;

public class Student {
	int studentID; // 학번
	String studentName; // 학생 이름
	int grade; // 학년
	String address; // 사는 곳
}

 

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클래스 살펴보기

멤버 변수(member variable): 클래스에서 객체 속성을 나타내는 변수(=속성, 특성)

• 멤버 변수는 속성이 무엇인지에 따라 알맞은 자료형 선언해주어야 함
• 멤버 변수를 선언할 때 기본 자료형으로 선언할 수도 있고, 또 다른 클래스형인 객체 자료형 또는 참조 자료형으로 선언할 수 있음
  • 기본 자료형: int, long, float, double 등
  • 참조 자료형: String, Date, Student 등
• 참조 자료형은 JDK에서 제공하는 것일 수도 있고, 개발자가 직접 만든 클래스일 수 있음

멤버 함수(member function) 혹은 메서드(method): 멤버 변수를 사용해 클래스 기능을 구현한 것

ex) 학생 이름과 주소를 출력하는 메서드 만들기

package classpart;

public class Student {
	int studentID; // 학번
	String studentName; // 학생 이름
	int grade; // 학년
	String address; // 사는 곳
	
	public void showStudentInfo() {
		System.out.println(studentName + "," + address); // 이름, 주소 출력
	}
}

 

패키지(package): 클래스 파일의 묶음

• 패키지를 만들면 프로젝트 하위에 물리적으로 디렉터리 생성됨
• 패키지는 계층 구조 가질 수 있음

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메서드(Method)

메서드는 함수(function)의 한 종류로, 함수는 '하나의 기능을 수행하는 일련의 코드'를 의미한다. 함수는 이름이 있고 입력 값과 결과 값을 갖는다.

자바에서의 함수 형태

 

• 함수 이름: 변수 이름처럼 프로그래머가 임의로 만드는 것으로, 함수 기능과 관련 있게 만들어야 나중에 호출하거나 이해하기 쉬움
• 매개변수: 함수 내부에서 사용할 괄호 안의 변수로, 매개변수가 필요 없는 함수도 존재함
• return 예약어와 반환형: 함수를 수행한 후 반환할 값, 함수 반환형에 void를 사용할 경우, 비어 있다는 의미로 '반환할 값이 없다'는 뜻의 예약어임

함수 구현하고 호출하기

package classpart;

public class FunctionTest {
	public static void main(String[] args) {
		int num1 = 10;
		int num2 = 20;
		
		int sum = add(num1, num2);
		System.out.println(num1 + "+" + num2 + "=" + sum + "입니다");
	}
	// add() 함수
	public static int add(int n1, int n2) {
		int result = n1 + n2;
		return result;
	}
}

함수 호출과 스택 메모리

함수를 호출하면 그 함수만을 위한 메모리 공간이 할당됨

이 메모리 공간을 스택(stack)이라고 부름

• 프로그램에서 여러 함수를 사용하는 경우에 함수를 호출한 순서대로 메모리 공간이 만들어지고 맨 마지막에 호출한 함수부터 반환됨
• 메모리 공간도 맨 마지막에 추가된 것부터 스택에서 사라짐
• 즉, A() → B() → C() 함수의 순서로 호출했다면 C() → B() → A() 순서로 반환되고 스택 메모리도 이 순서대로 소멸됨

함수 호출과 스택 메모리 예시

• main() 함수에서 사용하는 num1, num2 변수와 add() 함수에서 사용하는 n1, n2 변수는 서로 다른 메모리 공간을 사용하므로 이름이 같든 다르든 상관 없음
• 함수 내부에서만 사용하는 변수 = 지역 변수, 지역 변수는 스택 메모리에 생성됨

함수의 장점

1. 함수를 사용하면 기능을 나누어 코드를 효율적으로 구현 가능
2. 기능별로 함수를 구현해 놓으면 같은 기능을 매번 코드로 만들지 않아도 됨
3. 중복 코드 방지
4. 프로그램을 실행할 때 생긴 오류를 수정하는 디버깅 작업 편의 → 하나의 기능이 하나의 함수로 구현되어 있기 때문에 오류가 난 기능만 찾아서 수정하면 됨

클래스 기능을 구현하는 메서드

메서드: 자바 프로그램에서 클래스 내부에서 사용하는 멤버 함수로, 멤버 변수를 사용해 클래스의 기능 구현

package classpart;

public class Student {
	int studentID; // 학번
	String studentName; // 학생 이름
	int grade; // 학년
	String address; // 사는 곳 
	
	// 학생의 이름을 반환하는 메서드 
	public String getStudentName() {
		return studentName;
	}
}

• 메서드 이름은 해당 클래스를 사용하는 코드의 입장에서 짓는 것이 좋음

자바의 이름 짓기 규약

• 클래스 이름은 대문자로 시작
• 하나의 자바 파일에 클래스가 여러 개 있을 수 있지만, public 클래스는 단 하나이고 public 클래스 이름 = 자바 파일 이름
• 패키지 이름은 모두 소문자로 만듦
• 변수와 메서드 이름은 소문자로 시작하며, 이름이 길어지는 경우에는 중간에 새 단어로 바뀔 때마다 대문자를 써줌 = 낙타(camel) 표기법

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클래스와 인스턴스

main() 함수는 자바 가상 머신(JVM)이 프로그램을 시작하기 위해 호출하는 함수로, 클래스 내부에 만들지만 클래스의 메서드는 아님

main() 함수에서 클래스를 사용하는 방법

• 만든 클래스 내부에 main() 함수를 만드는 것

package classpart;

public class Student {
	int studentID; // 학번
	String studentName; // 학생 이름
	int grade; // 학년
	String address; // 사는 곳 
	
	// 학생의 이름을 반환하는 메서드 
	public String getStudentName() {
		return studentName;
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		Student studentHong = new Student(); // Student 클래스 생성
		studentHong.studentName = "홍길동";
		
		System.out.println(studentHong.studentName);
		System.out.println(studentHong.getStudentName());
		
	}
}

• 외부에 테스트용 클래스를 만들어 사용하는 것
  - 아래 코드에서 현재 두 클래스가 같은 패키지에 있기 때문에 패키지 이름이 classpart로 동일함
  - 패키지가 다른 경우 import문을 사용해서 함께 사용하기를 원하는 클래스를 불러와야 함

package classpart;

public class StudentTest {
	public static void main(String[] args) {
		Student studentHong = new Student(); // Student 클래스 생성
		studentHong.studentName = "홍길동";
		
		System.out.println(studentHong.studentName);
		System.out.println(studentHong.getStudentName());
	}
}

new 예약어로 클래스 생성하기

클래스형 변수이름 = new 생성자;

• 클래스를 생성할 때는 new 예약어 사용해 생성자를 호출해 대입하면 새로운 클래스가 생성됨
• 클래스가 생성된다는 것은 클래스를 실제 사용할 수 있도록 메모리 공간(힙 메모리)을 할당 받는다는 뜻
• 실제로 사용할 수 있도록 생성된 클래스 = 인스턴스
• 인스턴스를 가리키는 클래스형 변수 = 참조 변수

인스턴스와 참조 변수

객체: '의사나 행위가 미치는 대상'

클래스: 객체를 코드로 구현한 것

인스턴스: 클래스가 메모리 공간에 생성된 상태

객체, 클래스, 인스턴스

• 클래스는 하나이지만, 이 클래스로부터 여러 개의 각각 다른 인스턴스를 생성 가능

package classpart;

public class StudentTest {
	public static void main(String[] args) {
		Student student1 = new Student(); // 첫 번째 학생 생성
		student1.studentName = "홍길동";
		System.out.println(student1.getStudentName());
		Student student2 = new Student(); //  번째 학생 생성
		student2.studentName = "김철수";
		System.out.println(student2.getStudentName());
	}
}

• 참조 변수를 사용해 인스턴스의 멤버 변수와 메서드 참조해 사용 가능 → 도트(.) 연산자 사용

참조변수.멤버변수
참조변수.메서드

인스턴스와 힙 메모리

힙 메모리(heap memory): 인스턴스가 생성될 때 각 멤버 변수를 저장하는 메모리 공간으로, 클래스 생성자를 하나 호출하면 인스턴스가 힙 메모리에 생성됨

힙(heap): 프로그램에서 사용하는 동적 메모리(dynamic memory) 공간으로,
프로그램은 스택, 힙, 데이터 세 영역을 사용하는데, 객체가 생성될 때 사용하는 공간이 힙임
- 힙은 동적으로 할당되며 사용이 끝나면 메모리 해제해 주어야 함
- C/C++ 언어는 프로그래머가 직접 메모리를 해제해야 하지만, 자바는 가비지 컬렉터가 자동으로 메모리 해제해줌

• 인스턴스가 저장된 메모리를 참조변수가 가리킴

Studnet studentHong = new Student();

• 클래스가 생성될 때마다 인스턴스는 다른 메모리 공간을 차지함
• 참조 변수는 힙 메모리에 생성된 인스턴스를 가리킴. 즉 힙 메모리에 생성된 인스턴스의 메모리 주소는 참조 변수에 저장됨
  따라서, 출력 내용 확인해보면 '클래스이름@주소값'이 나옴

package classpart;

public class StudentTest {
	public static void main(String[] args) {
		Student student1 = new Student(); // 첫 번째 학생 생성
		student1.studentName = "홍길동";
		System.out.println(student1.getStudentName());
		Student student2 = new Student(); //  번째 학생 생성
		student2.studentName = "김철수";
		System.out.println(student2.getStudentName());
		
		System.out.println(student1); // classpart.Student@50040f0c
		System.out.println(student2); // classpart.Student@2dda6444
	}
}

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생성자(constructor)

생성자는 클래스를 처음 만들 때 멤버 변수나 상수를 초기화하는 것

• 디폴트 생성자: 자바 컴파일러가 자동으로 만들어 주는 생성자로, 매개변수가 없고 구현 코드도 없음

package constructor;

public class Person {
	String name;
	float height;
	float weight;
	
	public Person() {} // 자바 컴파일러가 자동으로 제공하는 디폴트 생성자 
}

생성자 만들기

프로그래머가 직접 생성자를 구현할 수 있음. 주로 멤버 변수에 대한 값들을 매개변수로 받아서 인스턴스가 새로 생성될 때 멤버 변수 값들을 초기화하는 역할을 함

즉, 인스턴스가 생성됨과 동시에 멤버 변수의 값을 지정하고 인스턴스를 초기화하기 위해 생성자를 직접 구현해서 사용함

• 생성자를 직접 구현하면 디폴트 생성자가 만들어지지 않기 때문에, 매개변수가 있는 생성자로 호출하거나 프로그래머가 디폴트 생성자를 추가로 직접 구현해야 함

package constructor;

public class Person {
	String name;
	float height;
	float weight;
	
	public Person() {} // 디폴트 생성자 직접 추
	
	// 사람 이름을 매개변수로 입력받아서 Person 클래스를 생성하는 생성자 
	public Person(String pname) {
		name = pname;
	}
}

package constructor;

public class PersonTest {

	public static void main(String[] args) {
		Person personLee = new Person();
		Person personKim = new Person("김철수"); 
	}
}

생성자 오버로드

생성자 오버로드(constructor overload): 클래스에 생성자가 두 개 이상 제공되는 경우

• 필요에 따라 매개변수가 다른 생성자를 여러 개 만들 수 있음
• 여러 가지 생성자를 제공하는 경우, 클래스를 사용하는 인스턴스를 만드는 경우에 필요한 생성자를 골라서 사용 가능

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참조 자료형

참조 자료형: 클래스 자료형으로 선언하는 변수

• JDK에서 제공하는 참조 자료형(ex: String)
• 프로그래머가 필요에 의해 만든 클래스 자료형

package reference;

public class Student2 {
	int studentID;
	String studentName;
	int koreaScore;
	int mathScore;
	String koreaSubject;
	String mathSubject;
}

 

위 코드의 경우 과목에 대한 변수가 계속 늘어나게 됨. 이를 과목의 이름과 성적을 Subject 클래스로 분리하고, 학생 클래스에 Subject 변수를 각 과목별로 추가하면 문제 해결 가능

package reference;

// 과목 클래스 
public class Subject {
	String subjectName;
	int scorePoint;
}

package reference;

public class Student2 {
	int studentID;
	String studentName;
	Subject korean;
	Subject math;
}

 

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정보 은닉

접근 제어자: 객체 지향 프로그램에서 예약어를 사용해 클래스 내부의 변수나 메서드, 생성자에 대한 접근 권한 지정 가능

접근 제어자	설명
public	외부 클래스 어디에서나 접근 가능
protected	같은 패키지 내부와 상속 관계의 클래스에서만 접근 가능
아무것도 없는 경우(=default)	같은 패키지 내부에서만 접근 가능
private	같은 클래스 내부에서만 접근 가능

 

• private으로 선언한 변수를 외부 코드에서 사용하기 위해서는 public 메서드 제공해야 함 → get(), set() 메서드
  즉, 외부 클래스에서 private 변수에 직접 접근할 수는 없지만, public 메서드를 통하면 private 변수에 접근 가능함

package hiding;

public class Student {
	int studentID;
	private String studentName;
	int grade;
	String address;
	
    // private 변수인 studentName에 접근해 값을 가져오는 public get() 메서드
	public String getStudentName() {
		return studentName; 
	}
	
    // private 변수인 studentName에 접근해 값을 지정하는 public set() 메서드 
	public void getStudentName(String studentName) {
		this.studentName = studentName; 
	}
}

 

정보 은닉(information hiding): 클래스 내부에서 사용할 변수나 메서드는 private으로 선언해 외부에서 접근하지 못하도록 하는 것

• 클래스의 멤버 변수를 public으로 선언하면 접근이 제한되지 않으므로 정보의 오류가 생길 수 있기 때문에 필요한 경우네는 private으로 선언해 오류를 막을 수 있음