6-2.클래스의 멤버

6-2-1.정적 멤버

클래스와 객체는 다르다. 클래스는 객체를 만들기 위한 형틀이며 객체는 클래스가 메모리에 구현되어 생성된 실체이다. 메모리에 구현된 클래스의 실체를 인스턴스라고 하며 하나의 클래스로부터 얼마든지 많은 인스턴스를 생성할 수 있다. 객체와 인스턴스는 약간의 의미 차이 외에는 같은 뜻이다. 필드는 각 객체별로 할당되어 고유한 속성을 저장한다. 반면 동작을 정의하는 메서드는 모든 객체가 공유한다. Human 타입의 Kim, Lee 객체를 생성했을 때 메모리 모양은 다음과 같다.

김가와 이가는 이름이 다르고 나이도 달라 Name, Age 필드를 각각 따로 가진다. 필드는 특정 객체에 소속되며 각각 다른 메모리 위치에 생성되어 서로 독립적이다. 예를 들어 김가의 나이를 40으로 수정한다고 해서 이가의 나이가 바뀌지는 않는다. 하지만 같은 클래스로부터 생성된 객체의 동작은 같아 메서드를 따로 가질 필요는 없다. 김가나 이가나 자신을 소개하는 방식은 같으며 메서드를 공유한다. 단, 메서드를 호출할 때 전달되는 호출 객체의 참조자 this로부터 읽을 필드를 구분한다. Kim.Intro() 와 Lee.Intro()가 호출하는 메서드는 같지만 참조하는 필드가 달라 출력 결과도 다르다.

요약하자면 객체끼리 필드는 각자 가지고 메서드는 공유한다. 객체별로 할당되는 필드, this에 의해 호출 객체를 구분하는 메서드를 인스턴스 멤버 또는 비정적 멤버라고 한다. 반대 개념은 정적 멤버이며 멤버 선언문앞에 키워드 static을 붙여 지정한다. 정적 필드는 객체가 아닌 클래스에 소속된다. 객체가 아무리 많아도 정적 필드는 단 하나만 생성되며 객체가 전혀 없어도 하나는 생성된다. 딱 하나만 생성되어 모든 객체가 공유한다. 어떤 객체에서 정적 필드의 값을 변경하면 같은 클래스 소속의 모든 객체가 영향을 받는다. 전역적인 설정 정보나 읽기만 하는 참고 정보가 정적 필드로 선언된다.

정적 메서드도 클래스에 소속되며 개별 객체에 대한 동작이 아닌 클래스 차원의 동작을 처리한다. 특정 객체에 대한 처리를 하는 것이 아니어서 호출 객체 this를 전달받지 않으며 객체가 없어도 호출할 수 있다. 정적 메서드는 this가 없어 인스턴스 필드는 참조할 수 없으며 정적 필드만 액세스할 수 있다.

생성자에도 static 지정자를 붙일 수 있다. 정적 생성자는 정적 필드를 초기화하며 인스턴스 필드는 초기화할 수 없다. 클래스가 로드될 때 자동으로 호출되므로 인수를 가질 수 없으며 액세스 지정자도 붙이지 않는다. 디폴트 생성자와 모양이 같아 오버로딩 조건이 성립하지 않지만 static 지정자에 의해 구분되며 호출 시점이 달라 애매하지 않다.

 

Human()               // 디폴트 생성자

static Human()          // 정적 생성자

 

정적 생성자는 딱 한 번만 호출되는데 비해 인스턴스 생성자는 객체가 생성될 때마다 호출된다. 정적 생성자를 가지는 클래스가 여러 개 있을 때 호출 순서는 알 수 없으며 순서를 지정하는 방법도 없다. 프레임워크가 알아서 순서대로 호출할 뿐이어서 초기화 순서에 의존적인 코드는 작성하지 말아야 한다.

Time 클래스에 시간 표시 방법을 지정하는 필드를 추가해 보자. 시간은 24시간제로 표시할 수도 있고 오전/오후로 나누어 표시할 수도 있다. 예를 들어 12시간제의 오후 6시는 24시간제로 18시이다. 시간 표시 방법은 전역적인 옵션이므로 개별 Time 객체마다 적용하는 것보다 전체 객체에 일관되게 적용하는 것이 좋다. 이럴 때 정적 멤버를 사용한다.

 

AmPm
using System;   class Time {      private int hour, min, sec;      public Time(int h, int m, int s) { hour = h; min = m; sec = s; }      private static bool UseAmPm;                               // 정적 필드      static Time() { UseAmPm = false; }                              // 정적 생성자      public static void SetAmPm(bool bAmPm) { UseAmPm = bAmPm; }      // 정적 메서드      public void OutTime() {           int h;           string AmPm;           if (UseAmPm == true) {               if (hour < 12) { AmPm = "오전"; h = hour; } else { AmPm = "오후"; h = hour - 12; }               Console.WriteLine($"현재 시간은 {AmPm} {h}시 {min}분 {sec}초이다.");           } else {               Console.WriteLine($"현재 시간은 {hour}시 {min}분 {sec}초이다.");           }      } }   class CSTest {      static void Main() {           Time Now = new Time(18, 25, 55);           Time Then = new Time(20, 30, 10);           Now.OutTime();           Then.OutTime();           Time.SetAmPm(true);           Now.OutTime();           Then.OutTime();      } }
실행결과	현재 시간은 18시 25분 55초이다. 현재 시간은 20시 30분 10초이다. 현재 시간은 오후 6시 25분 55초이다. 현재 시간은 오후 8시 30분 10초이다.

 

bool 타입의 UseAmPm 필드가 true이면 오전/오후 형태의 12시간제를 쓰고 false이면 24시간제를 쓴다. Time 객체에 일관되게 적용하기 위해 정적으로 선언하여 모든 객체가 공유한다. 정적 생성자에서 UseAmPm을 false로 초기화하는데 필드 초기식으로 지정할 수도 있다.

 

public static bool UseAmPm = false;

 

값 타입은 필드 초기식이 더 편리해 정적 생성자가 필요치 않다. 하지만 참조 타입의 정적 필드는 초기식만으로는 생성되지 않으며 new 연산자를 호출해야 하는데 이때는 정적 생성자가 필요하다. SetAmPm 메서드는 출력 형식을 변경한다. 특정 객체의 속성이 아닌 클래스 소속의 정적 필드를 변경하므로 역시 정적이다. OutTime 메서드는 UseAmPm 필드에 따라 시간을 12시간제나 24시간제 형식으로 출력한다. 정적 필드를 변경하면 모든 객체가 영향을 받는다.

정적 멤버는 특정 객체에 소속되지 않아 클래스로부터 호출한다. SetAmPm은 Time 클래스 소속이지 Now나 Then 객체 소속이 아니다. Now.SetAmPm 식으로는 호출할 수 없고 Time.SetAmPm으로 호출해야 한다.

완전한 객체지향 언어에서 모든 것은 클래스에 소속되며 전역 함수, 전역 변수의 개념이 없다. 하지만 실제로는 전역이 필요할 때도 있는데 정적 멤버가 대신 사용된다. 하나만 존재하고 수명이 길며 언제든지 참조할 수 있다는 점에서 정적 멤버는 사실상 전역과 비슷한 개념이다. 다만 숨길 수 있고 클래스의 범주에 포함된다는 차이가 있다.

이런 식으로 사용되는 대표적인 함수가 바로 진입점인 Main이다. 프로그램이 실행될 때는 어떠한 객체도 생성되어 있지 않아 진입점은 객체에 소속될 수 없다. 객체를 만들기 전에 호출되어야 하므로 Main은 정적 메서드일 수밖에 없다. Console 클래스의 WriteLine도 정적 메서드인데 콘솔 객체를 만들지 않아도 자유롭게 호출할 수 있다.

6-2-2.상수 멤버

상수 멤버는 한 번 초기화되면 변경할 수 없는 멤버이다. 클래스에 소속되고 이름을 가진다는 면에서 수치 상수와는 다르다. 123, "string", 3.14 같은 진짜 상수는 리터럴(Literal)이라고 부른다. 값이 초기화되는 시점에 따라 두 가지 종류가 있다.

const 상수는 컴파일할 때 초기화되어 실행중에 변경할 수 없다. 필드 선언문에 const 키워드를 붙이고 = 다음에 초기값을 지정한다. 선언할 때 반드시 초기값을 지정해야 한다. 값이 없는 상수는 의미가 없으며 초기값 지정을 생략하면 에러로 처리된다.

 

class Date {

     public const int DAY = 24;

}

 

Date 클래스는 DAY 상수 멤버를 24로 정의한다. 하루의 시간을 적을 때 24 대신 DAY 상수 멤버를 사용한다. 상수 멤버는 외부에 공개해도 어차피 변경할 수 없어 액세스 지정은 통상 public이다. 그러나 인텔리센스 목록에 나올 필요조차도 없다면 private로 숨기는 것이 바람직하다.

상수는 static 지정자를 쓰지 않아도 항상 정적이며 static을 붙이면 왜 쓸데없는 짓을 하느냐며 에러로 처리한다. 변하지도 않는 고정된 값을 객체별로 가질 필요는 없다. 그래서 외부에서 참조할 때 Date.DAY 형식으로 객체가 아닌 클래스 소속으로 읽는다.

상수 멤버는 설명적인 이름을 가져 의미 파악이 쉽다. 숫자는 값만 보여 정확한 의미를 알기 어렵다. 예를 들어 1609 숫자의 의미를 짐작하기는 어렵지만 MILE이라는 이름을 붙여 주면 1마일을 의미하는 1609미터라는 것을 파악할 수 있다. 수정하고 관리하기도 쉽다. 평가 기간이 30일인 셰어웨어를 만들 때 숫자를 바로 쓰는 것보다 TRIAL 상수 멤버를 사용한다. 숫자는 모두 찾아 수정해야 하지만 상수는 초기값만 수정하면 된다. 일부만 고치는 사고나 엉뚱한 값을 건드릴 위험도 없다.

const 키워드는 지역변수에도 사용할 수 있다. 수학적 계산을 하는 메서드에서 고정된 비율을 계속 사용한다면 지역 상수로 정의한 후 사용한다.

 

void Calculate() {

    const double RATE = 0.85;

    ....

}

 

상수 멤버의 두 번째 종류는 readonly 키워드로 지정하는 읽기 전용 필드이다. 상수와 읽기 전용은 변경할 수 없는 것은 같지만 초기화 시점이 달라 여러 가지 차이가 있다.

 

l  상수는 컴파일시에 초기화되지만 읽기 전용은 생성자에 의해 초기화된다. 생성되는 동안에는 변경 가능해 계산을 통해 초기화할 수 있다. 읽기 전용 필드는 = 초기식 또는 생성자에서 초기화하되 둘 다 생략하면 디폴트 값을 가지며 에러는 아니다.

l  컴파일중에 초기화되는 상수는 값 타입만 가능하며 new 연산자로 생성하는 참조 타입은 안된다. 단 예외적으로 문자열은 참조 타입이지만 = 초기식을 사용할 수 있어 상수로 선언할 수 있다. 읽기 전용은 참조 타입도 가능하다.

l  읽기 전용 필드는 각 객체마다 다른 값으로 초기화할 수 있다. 객체마다 각각의 필드를 가질 수 있어 정적 성질을 가지지 않는다. static 지정자를 붙여 정적으로 선언할 수 있되 이 경우 정적 생성자에서 초기화한다.

l  const는 지역변수에도 적용되지만 readonly는 클래스의 필드에만 적용된다. 메서드내의 지역 상수는 const만으로도 충분하다.

 

const는 한 번 결정되면 절대로 바꿀 수 없지만 readonly는 생성자에서 딱 한 번 값을 결정할 수 있는 기회가 제공된다. const가 공장에서 구워져 나오는 CD-ROM 미디어라면 readonly는 비어 있되 한 번은 기록할 수 있는 CD-R 미디어에 비유할 수 있다.

두 종류의 상수는 용도가 다르다. const는 기억의 용이함이나 효율적인 소스 관리가 목적이며 readonly는 부주의한 변경 방지가 주된 목적이다. 다음 예제는 조폭 클래스를 모형화한 것이다.

 

Jopok
using System;   class CSTest {      static void Main() {           Jopok NalaliPa;           NalaliPa = new Jopok("김상형", 25, 500);           NalaliPa.Intro();      } }   class Human {      private string Name;      private int Age;      public Human(string aName, int aAge) {           Name = aName;           Age = aAge;      }      public void Intro() {           Console.WriteLine($"{Age}살 {Name}입니다.");      } }   class Jopok {      readonly private Human Dumok;      private int Jolgae;      public Jopok(string aName, int aAge, int aJolgae) {           Dumok = new Human(aName, aAge);           Jolgae = aJolgae;      }      public void Intro() {           Console.Write("대빵 : ");           Dumok.Intro();           Console.WriteLine($"조직원 : {Jolgae}명");      } }
실행결과	대빵 : 25살 김상형입니다. 조직원 : 500명

 

조폭은 두목과 그를 따르는 졸개들로 구성된다. Jopok 클래스는 두목을 표현하는 Human 객체 Dumok 필드(어쨌든 두목도 인간이니까)와 졸개의 수를 표현하는 Jolgae 필드로 구성된다. 제대로 표현하려면 조직 강령, 주 근거지, 행동 대장 등이 더 필요하지만 예제일 뿐이니 대충 하자. 메서드는 생성자와 조직을 소개하는 Intro 메서드가 포함되어 있다.

조폭의 두목은 조직이 만들어질 때 한 번 정해지면 변하지 않아 Dumok 필드는 readonly로 지정되었으며 생성자에서 초기화된다. 하극상이 발생하지 않는 한 조직이 해체될 때까지 유지되며 두목이 바뀌면 사실상 그 조직은 와해된 것이다. 두목은 객체여서 값만 가능한 const로 선언할 수는 없다. 다음 선언문을 실행해 보면 왜 안되는지 컴파일러가 가르쳐 준다.

 

private const Human Dumok = new Human("김상형", 25);

 

const를 쓸 수 없는 또 다른 이유는 한 조직의 두목은 바뀌지 않지만 조직별로 두목은 다르기 때문이다. 날라리파 두목은 김상형님이지만 다른 파의 두목은 다른 놈일 수도 있다. 다른 조폭을 생성하는 코드를 작성해 보자.

 

Jopok JebiPa = new Jopok("강제비", 45, 99);

JebiPa.Intro();

 

이렇게 되면 제비파의 두목은 강제비가 된다. 물론 제비파도 일종의 조직이므로 한 번 정해진 두목은 바꿀 수 없다. 만약 행동대장 길용이가 강제비를 숙청하고 새 두목이 되었다면 제비파는 길용이파가 된 것이지 더 이상 제비파가 아니다.

6-2-3.내부 타입

클래스는 거의 모든 것을 담는 통이며 주로 필드, 메서드로 구성되지만 갖가지 종류의 멤버를 다 포함한다. 심지어 클래스가 클래스를 포함하는 중첩도 가능하다. 내부적으로만 사용할 타입이 필요하다면 클래스 안에 클래스 선언문을 작성한다.

포함된 클래스를 내부 타입(Nested Type)이라고 한다. 클래스 뿐만 아니라 구조체나 열거형도 내부 타입으로 포함될 수 있다. 반대 개념은 외부 타입(Non Nested Type)이며 네임스페이스에 소속된다. 지금까지 작성한 Human, Time 클래스는 모두 외부 타입이다.

 

NestedType
using System;   class Time {      private class Int60 {           private int Integer;           public Int60(int avalue) { Value = avalue; }           public int Value {               get { return Integer; }               set { if (value >= 0 && value < 60) Integer = value; }           }      }        private int hour;      private Int60 min, sec;      public Time(int aHour, int aMin, int aSec) {           hour = aHour;           min = new Int60(aMin);           sec = new Int60(aSec);      }      public void OutTime() {           Console.WriteLine($"{hour}시 {min.Value}분 {sec.Value}초");      } }   class CSTest {      static void Main() {           Time Now = new Time(12, 34, 56);           Now.OutTime();      } }
실행결과	12시 34분 56초

 

Time 클래스의 min, sec 필드는 0이상 60 미만의 정수여야 논리적으로 문제가 없다. 범위를 지키기 위해 프로퍼티나 액세서 메서드를 주로 사용하지만 아예 범위가 고정된 타입을 쓰면 문제가 원천 차단된다. 이 예제의 Int60 클래스는 0 ~ 59로 제한된 정수형을 표현한다.

Int60의 선언문이 Time 클래스 선언문 안에 포함되어 있다. 외부에 선언해도 동작에는 이상이 없지만 Time 내부에서만 사용된다면 굳이 밖으로 끄집어 낼 필요가 없다. 필요한 타입을 클래스 내부에 캡슐화하면 기동성이 좋아지는 장점이 있다. 도우미 클래스라면 아예 포함시키는 것이 좋다.

내부 타입도 일종의 멤버여서 액세스 지정자를 붙인다. private로 숨기면 안정성과 업그레이드 편의성이 보장된다. public으로 지정하면 외부에서도 내부 타입을 사용할 수 있는데 이때 소속 클래스를 밝혀 Time.Int60 식으로 칭한다.

 

Time.Int60 A = new Time.Int60(12);

 

다음은 Human 클래스에 내부 타입을 정의해 보자. 나이를 표현하는 Age 필드는 년도가 바뀌면 무효해지는 문제가 있다. 나이보다는 생년월일을 저장하는 것이 더 일반적이고 실용적이다. 다음 예제는 Human 클래스에 날짜를 표현하는 Date 내부 타입을 선언한다.

 

Birth
using System;   class CSTest {      static void Main() {           Human Kim;           Kim = new Human("김상형", 1980, 6, 29);           Kim.Intro();      } }   class Human {      private class Date {           int y, m, d;           public Date(int ay, int am, int ad) {               y = ay;               m = am;               d = ad;           }           public void OutDate() {               Console.WriteLine($"{y}년 {m}월 {d}일");           }      }      private string Name;      private Date Birth;      public Human(string aName, int ay, int am, int ad) {           Name = aName;           Birth = new Date(ay, am, ad);      }      public void Intro() {           Console.Write("이름:" + Name);           Console.Write(", 생년월일:");           Birth.OutDate();      } }
실행결과	이름:김상형, 생년월일:1980년 6월 29일

 

Human 클래스는 이름을 기억하는 Name 필드와 생년월일을 기억하는 Birth 필드로 구성되며 Birth는 내부 타입인 Date 타입이다. 나이를 기억하는 방식에 비해 현재 년도로부터 정확한 나이를 계산할 수 있어 범용적이다. Date 내부 타입에는 별다른 기능을 넣지 않았는데 필요하다면 음양력 변환, 날짜의 유효 범위 검사 등의 기능을 더 넣을 수 있다. 내부 타입의 기능이 많아지면 외부 타입이 할 일은 줄어든다. 클래스의 중첩 횟수에는 제한이 없다. 여기서 만든 Human 클래스를 Jopok 클래스 내부에 포함시키면 3중 중첩이다.