11-1.상속

11-1-1.클래스의 확장

뭐든지 한 번 잘 만들어 놓으면 재활용하기 쉽다. 발표 자료나 이력서도 처음 만들기가 어렵지 포맷을 완성해 두면 다음부터 거저 먹기다. 복사 후 수정 작전은 일상적으로 사용하는데 친구 레포트를 약간 수정하여 제출해 본 경험은 누구나 있다. 그대로 베끼면 들통나니 순서나 그림을 바꾸고 특히 학번과 이름은 기필코 바꿔야 한다.

코드도 재활용하는 경우가 빈번하며 개발자에게 Copy & Paste는 익숙하고 편리한 무기이다. 기존의 코드와 유사하거나 약간 확장된 정도라면 일단 가져온 후 고쳐 쓰는 것이 효율적이다. 코드 조각을 재활용하기도 하고 메서드를 변형해서 쓰기도 한다.

클래스는 속성과 동작을 캡슐화하여 재활용성이 탁월하다. 실세계의 요구가 자주 바뀌므로 기능을 더하거나 변경하는 경우도 많다. 이럴 경우 전통적으로 Copy & Paste라는 방법을 주로 사용했었다. 일단 복사해 놓고 뜯어 고치는 것이다. 예를 들어 Human이라는 잘 만들어진 클래스를 확장하여 Student 클래스를 만든다고 해 보자.

사람을 표현하는 Human 클래스는 이름과 나이 속성을 가지고 소개하는 동작을 한다. 이렇게 선언된 Human의 소스를 그대로 복사하여 이름만 Student로 변경하면 똑같은 클래스가 만들어진다. 이 상태에서 새로운 멤버를 추가하면 Human을 확장한 새 클래스가 된다.

원본인 Human은 그대로 남아 있고 이를 복사한 Student는 기능이 확장되었다. 복사 후 수정은 멋진 재활용 방법이고 누구에게나 익숙하지만 너무 단순해서 몇 가지 한계가 있다.

첫 번째로, 원본 클래스의 선언문이 확장본에 반복된다는 점에서 낭비가 있다. 위 예를 보면 Human의 name, age, intro()가 Student에 똑같이 반복된다. 2차, 3차 확장본을 계속 만들면 낭비가 반복되며 원본이 거대할수록, 복사의 단계가 깊을수록 심해진다.

객체지향 언어는 클래스 확장을 위해 상속 기법을 사용한다. 상속은 원본의 멤버를 복사하는 동작을 컴파일러가 대신해 주는 기법이다. 클래스 선언문에 상속받을 클래스만 밝히면 원본의 모든 멤버가 자동 복사되어 추가할 멤버만 더 선언하면 된다. 복사 후 수정 방법에 비해 선언문의 중복이 없다.

두 번째로, 복사 후 수정은 원본과 확장본의 관계가 끊어져 관리가 어렵다. 복사 동작은 소스 편집중에 수작업으로 이루어지며 일단 복사되면 완전히 분리되어 버린다. 이 상태에서 원본이 변경되면 확장본을 다시 복사하거나 똑같이 수정해야 하는 번거로움이 있다.

반면 상속은 컴파일 중에 복사가 수행되므로 원본이 바뀌면 확장본도 자연스럽게 변경된다. A, B 두 개의 멤버를 가진 Parent를 확장하여 Child를 만들고 C 멤버를 추가한 상태에서 A 멤버의 이름이나 타입을 변경한다고 해 보자. 복사 후 수정은 양쪽을 같이 편집해야 하지만 상속한 경우는 원본의 A만 변경하면 확장본에 자동 적용된다.

새로운 멤버 D를 추가할 때도 상속 관계에서는 Parent에만 D를 선언하면 Child에 같이 선언하는 효과가 있다. 수작업으로 복사한 경우 양쪽에 모두 추가해야 하니 번거롭다. 복사 후 수정에 비해 상속은 코드를 유지, 보수하기 쉽다.

상속은 부모의 모든 멤버를 물려받아 자식 클래스를 선언하는 기법이다. 개념적인 이해를 위해 복사 후 수정하는 방식과 비교하여 장단점을 살펴 봤는데 단순히 몸 좀 편해 보자는 작전이 아니라 차원이 다른 기법이다. 상속에 의한 효과는 다음 세 가지가 있다.

① 기존의 클래스를 재활용한다.

② 공통되는 부분을 부모 클래스에 정의함으로써 코드의 관리 편의성을 높인다.

③ 부모, 자식간의 계층을 형성하여 객체 집합에 다형성을 부여한다.

상속 기법을 사용하면 재활용성이나 관리 효율성은 물론이고 클래스 계층에 의한 다형성이라는 고차원의 장점까지 추가로 누릴 수 있다.

11-1-2.상속

상속은 원본 클래스로부터 확장된 새로운 클래스를 정의하고 두 클래스의 관계를 형성한다. 상속하는 원본 클래스를 슈퍼 클래스라고 하며 상속받아 새로 만들어지는 클래스를 서브 클래스라고 한다. 언어에 따라 상속 관계의 아래 위 클래스를 칭하는 명칭이 다르다.

자바	다른 언어
슈퍼(Super)	기반(Base), 부모(Parent), 상위
서브(Sub)	파생(Derived), 자식(Child), 하위

자바 공식 문서는 슈퍼 클래스, 서브 클래스라는 용어를 사용하지만 이 책에서는 가장 직관적인 부모, 자식이라는 용어를 대신 사용한다. 상속 구문은 다음과 같다.

class 자식 extends 부모 {

추가 멤버

}

자식 클래스 이름 뒤에 extends 키워드를 쓰고 부모 클래스의 이름을 적는다. 부모 클래스를 확장하여 자식 클래스를 정의한다는 의미이다. 이 선언문에 의해 자식은 부모의 모든 멤버를 물려받는다. 다음 예제는 사람 클래스 Human으로부터 학생 클래스 Student를 상속한다.

student
class Human { int age; String name; Human(int age, String name) { this.age = age; this.name = name; } void intro() { System.out.println("안녕, " + age + "살 " + name + "입니다."); } } class Student extends Human { int stnum; String major; Student(int age, String name, int stnum, String major) { super(age, name); this.stnum = stnum; this.major = major; } void study() { System.out.println("하늘천 따지 검을현 누를황"); } } class JavaTest { public static void main(String[] args) { Human kim = new Human(29, "김상형"); kim.intro(); Student lee = new Student(42, "이승우", 9312345, "경영"); lee.intro(); lee.study(); } }
실행결과	안녕, 29살 김상형입니다. 안녕, 42살 이승우입니다. 하늘천 따지 검을현 누를황

Human 클래스는 나이 정보인 age, 이름 정보인 name 필드와 자신을 소개하는 intro() 메서드를 캡슐화하고 생성자는 두 개의 인수를 받아 필드를 초기화한다. 실세계의 사람은 더 복잡하지만 간결함을 위해 멤버수를 최소로 모델링했다.

학생은 사람이 가지는 모든 멤버를 가지며 여기에 학번과 전공 속성이 추가되고 공부하는 동작이 가능하다. 학생도 일종의 사람이므로 이름과 나이를 가지고 자기 소개를 할 수 있다. 그래서 Student 클래스는 처음부터 다시 만들 필요 없이 Human으로부터 상속받는다.

키워드 extends의 의미는 클래스를 확장한다는 뜻이며 부모의 모든 멤버를 복사하라는 지시 사항이다. Human의 모든 멤버가 Student로 복사되며 상속 후 더 필요한 멤버를 추가로 선언했다.

Student의 생성자는 4개의 인수를 전달받아 그 중 상속받은 두 개의 멤버는 Human의 생성자에게 넘겨 초기화를 위임한다. 부모의 생성자를 호출할 때는 키워드 super를 사용하며 상속받은 멤버를 먼저 초기화한 후 자신의 멤버를 초기화한다.

Human 타입의 객체 kim을 생성하고 소개해 보니 나이와 이름을 잘 출력한다. Student 타입의 객체 lee를 생성하여 소개해 보고 공부도 시켜 보았다. Student 클래스에는 나이와 이름이 선언되어 있지 않지만 lee는 상속받은 이름과 나이를 가지며 자기 소개도 멋지게 해낸다.

Student 클래스가 name, age를 직접 선언한 것은 아니지만 extends 구문에 의해 Human의 모든 멤버를 물려받기 때문에 lee가 자기 소개를 할 수 있다. extends Human 구문에 의해 Student는 age, name 필드와 intro 메서드를 그대로 물려받는다. 상속의 예를 하나 더 보자.

truck	실행결과
class Car { .... } class Truck extends Car { int ton; Truck(String name,int ton) { super(name, false); this.ton = ton; } void load() { System.out.println("짐을 싣는다."); } } class JavaTest { public static void main(String[] args) { Truck porter = new Truck("포터", 1); porter.run(); porter.load(); } }	덜컹 덜컹 짐을 싣는다.

이 예제는 일반적인 차를 상속하여 짐을 싣는 트럭을 정의한다. Truck은 Car로부터 상속받으며 최대 적재량인 ton 속성과 짐을 싣는 load 동작을 추가한다.

트럭은 이름이 있고 달릴 수도, 멈출 수도 있다. 트럭은 보통 경유를 사용하므로 생성자에서 gasoline 필드를 무조건 false로 초기화한다. main에서 Truck 객체 porter를 생성하고 짐을 잘 싣는지 테스트해 보았다.

11-1-3.재상속

상속을 받은 자식 클래스로부터 새로운 클래스를 또 상속할 수 있다. 상속의 깊이에 제약이 없어 필요한만큼 계속 클래스를 확장시켜 나가면 된다. 다음 예제는 Student 학생 클래스로부터 Graduate 대학원생 클래스를 파생시킨다.

graduate
class Human { .... } class Student extends Human { .... } class Graduate extends Student { String thesis; Graduate(int age, String name, int stnum, String major, String thesis) { super(age, name, stnum, major); this.thesis = thesis; } void research() { System.out.println("궁시렁 궁시렁. 뭘 연구해야 떼돈을 벌까?"); } } class JavaTest { public static void main(String[] args) { Graduate park = new Graduate(35, "박대희", 95001122, "전산", "웹 보안에 대한 연구"); park.intro(); park.study(); park.research(); } }
실행결과	안녕, 35살 박대희입니다. 하늘천 따지 검을현 누를황 궁시렁 궁시렁. 뭘 연구해야 떼돈을 벌까?

대학원생은 학부생에 비해 논문이라는 속성을 추가로 가지며 공부만 하는 것이 아니라 독창적인 연구도 수행한다. 그래서 Student로부터 상속받은 후 thesis 필드와 research 메서드를 추가했다.

대학원생 객체 park을 생성한 후 메서드를 호출해 보았다. park은 Human과 Student로부터 상속받은 모든 필드를 가지며 intro, study 메서드도 있어 소개도 하고 공부도 한다. 물론 자신의 고유 필드도 있고 연구를 수행하는 research 메서드도 잘 동작한다. 대학원생으로부터 멤버를 더 추가하여 석사, 박사를 파생시킬 수도 있다. 클래스 상속 관계를 그려 보면 다음과 같다.

이 예에서 보다시피 클래스간의 관계는 상대적이다. Student는 Human의 입장에서 보면 자식이지만 Graduate의 입장에서 보면 부모이다. Graduate에게 Human은 할아버지다. 상속 관계에서 더 위쪽에 있는 클래스를 통칭하여 조상이라고 하며 아래쪽에 있는 클래스를 통칭하여 후손이라고 한다. Human에게 Student와 Graduate는 모두 후손이다.

간단하게 이차 상속까지만 해 보았는데 수십 단계로 상속되는 경우가 허다하다. 오른쪽 그림은 동물의 상속 계층이며 아래로 내려올수록 멤버가 점점 늘어나 확장(extends)된다. 위쪽에 있는 클래스는 멤버수가 적어 일반적이고 포괄적인 대상을 표현한다. 아래쪽으로 내려갈수록 더 많은 속성과 동작이 추가되어 특수해진다. 동물보다는 원숭이가 더 복잡한 존재이다.

11-1-4.멤버 초기화

부모는 모든 멤버를 자식에게 물려주지만 예외적으로 생성자는 상속되지 않는다. 부모를 초기화하는 방법과 자식을 초기화하는 방법이 질적으로 달라 상속받아도 쓸 수 없다. 대신 자식 생성자에서 부모 생성자를 호출하여 상속받은 멤버를 초기화하도록 부탁한다.

자식 생성자에서 부모 생성자를 호출할 때는 super 키워드를 사용한다. 컴파일러는 super 호출 구문의 인수 목록을 보고 시그니처에 맞는 생성자를 호출한다. 앞 예제에서 대학원생 객체 park을 생성할 때 어떤 과정을 거쳐 park의 필드가 초기화되는지 내부 호출과정을 들여다 보자.

new 연산자에 의해 Graduate의 생성자가 호출되며 다섯 개의 인수가 전달된다. Graduate는 super 키워드로 부모 클래스인 Student의 생성자를 호출하여 물려받은 4개의 인수를 넘긴다. 원래 자기 것이 아니어서 직접 초기화하지 못하고 물려준 부모에게 위임한다.

Student의 생성자도 마찬가지로 Human의 생성자를 호출하여 물려받은 age, name 필드의 초기화를 부탁한다. Human은 전달받은 인수로 age, name 필드를 초기화하여 리턴한다. Student의 생성자는 부모 초기화 후 자신의 고유 필드인 stnum과 major를 초기화하고 리턴한다. Graduate는 자신의 고유 멤버인 thesis만 초기화하면 된다.

어차피 초기화에 필요한 모든 인수를 다 전달받았고 모든 멤버를 상속받았으니 굳이 super의 생성자를 호출할 필요 없이 직접 대입해도 될 것 같다. 위 예제의 Student 생성자에서 age와 name을 직접 대입해도 별 문제없으며 잘 초기화된다.

Student(int age, String name, int stnum, String major) {

this.age = age;

this.name = name;

this.stnum = stnum;

this.major = major;

}

그러나 Human에 이미 작성되어 있는 코드가 중복되었고 차후 두 멤버에 대한 초기화 방법이 변경되면 두 곳을 수정해야 하는 번거로움이 있다. 물려받은 필드에 대한 초기화 방법은 부모가 잘 알고 있으니 직접 건드리는 것보다 애초의 소유자에게 넘기는 것이 합리적이다.

자식 클래스에서 부모의 생성자를 호출할 때는 반드시 첫 줄에서 호출해야 한다. 다음과 같이 자신의 멤버를 먼저 초기화하고 super를 나중에 호출하면 에러 처리된다.

Student(int age, String name, int stnum, String major) {

this.stnum = stnum;

this.major = major;

super(age, name);

}

자식은 부모에 의존적이어서 자식 필드는 부모 필드의 값에 따라 영향을 받을 수 있지만 반대는 성립하지 않는다. 부모는 자식과 상관없이 그 자체로 완벽한 클래스여서 먼저 초기화하는 것이 합당하며 그래서 super는 반드시 첫 줄에 와야 한다.

자식은 부모를 통해 물려받은 멤버를 초기화하되 부모의 생성자 중 어떤 것을 호출할 것인지 초기화 방법을 선택할 수는 있다. 부모의 생성자가 여러 개라면 자식은 필요에 따라 또는 보유한 정보에 따라 호출하고 싶은 생성자를 선택한다.

super
class Human { int age; String name; Human(int age, String name) { this.age = age; this.name = name; } Human(float birth, String name) { this(0, name); java.time.LocalDate now = java.time.LocalDate.now(); this.age = now.getYear() - (int)birth + 1; } void intro() { System.out.println("안녕, " + age + "살 " + name + "입니다."); } } class Student extends Human { int stnum; String major; Student(int age, String name, int stnum, String major) { super(age, name); this.stnum = stnum; this.major = major; } Student(float birth, String name, int stnum, String major) { super(birth, name); this.stnum = stnum; this.major = major; } void study() { System.out.println("하늘천 따지 검을현 누를황"); } } class JavaTest { public static void main(String[] args) { Student kim = new Student(39, "노정란", 9908123, "건축"); kim.intro(); Student bae = new Student(1989.10f, "백지영", 1125034, "간호"); bae.intro(); } }
실행결과	안녕, 39살 노정란입니다. 안녕, 30살 백지영입니다.

사람의 나이를 표현할 때 24살 식으로 직접 알려줄 수도 있고 1989년 10월생 식으로 생일을 알려줄 수도 있다. 초기화 방법의 개수만큼 생성자를 제공하는데 날짜는 원래 Date 객체로 표현하지만 번거로워 float형의 년.월 형태로 받았다. 좀 어색한 면이 있는데 int 타입은 오버로딩 조건이 성립하지 않아 쓸 수 없으며 꼭 쓰려면 String, int로 순서를 바꿀 수는 있다. 생일을 받는 생성자는 올해 년도에서 생년을 빼고 1을 더해 나이를 계산한다.

자식 클래스인 Student는 부모의 생성자 중 어떤 것을 호출할 것인지 선택한다. 첫 번째 인수가 float이면 날짜를 받는 Human 생성자를 호출하고 int이면 나이를 받는 Human 생성자를 호출한다. Student도 2개의 생성자를 가지는데 각 생성자에서 super를 호출할 때 시그니처에 따라 대응되는 부모의 생성자가 결정된다.

main에서 두 가지 방식으로 Student 객체를 생성했는데 인수 목록에 따라 호출되는 생성자 계열이 다르다. 인수 목록으로 객체의 생성자를 결정하고 호출하는 부모 생성자도 달라진다.

11-1-5.클래스 계층도

하나의 클래스로부터 파생되는 클래스의 개수에 제한이 없어 얼마든지 많은 자식 클래스를 파생시킬 수 있다. 사람에 학번이라는 속성과 공부하는 동작을 추가해 학생이 되었듯이 필요한 멤버를 추가하여 다른 클래스를 만들 수도 있다.

multisub
class Human { .... } class Student extends Human { .... } class Soldier extends Human { int milnum; Soldier(int age, String name, int milnum) { super(age, name); this.milnum = milnum; } void fight() { System.out.println("따콩 따콩. 앞으로 전진!!"); } } class Thief extends Human { String item; int star; Thief(int age, String name, String item, int star) { super(age, name); this.item = item; this.star = star; } void steal() { System.out.println("살금 살금~~ 후다닥~~"); } } class JavaTest { public static void main(String[] args) { Student lee = new Student(35, "이율곡", 150629, "주자학"); lee.study(); Soldier kang = new Soldier(45, "강감찬", 12345); kang.fight(); Thief hong = new Thief(15, "홍길동", "부자집", 2); hong.steal(); } }
실행결과	하늘천 따지 검을현 누를황 따콩 따콩. 앞으로 전진!! 살금 살금~~ 후다닥~~

이 예제는 사람으로부터 학생, 군인, 도둑놈을 파생시킨다. 군인과 도둑놈도 이름과 나이가 있는 사람의 일종이다. 군인은 군번 속성을 가지며 전투하는 능력이 있다. 도둑은 자주 훔치는 전문 종목과 교도소에 드나든 전력이 있으며 물건을 훔치는 기술을 보유한다. 사람 클래스에 이런 멤버를 추가하여 세 개의 자식 클래스를 파생시켰으며 main에서 객체를 하나씩 만들어 보았다.

학생은 책을 읽고 군인은 싸우며 도둑은 훔치다가 발각되면 도망간다. 이런 식으로 경찰, 정치인, 주부, 거지 등 모든 종류의 인간을 파생시킬 수 있다. 위 예제의 클래스 계층도는 다음과 같다. 학생, 군인, 도둑은 인간이라는 공동 조상으로부터 파생되며 일부 같은 속성을 공유하는 형제 관계이다.

상속의 개수나 깊이에 제한이 없어 클래스 계층이 엄청나게 복잡해질 수 있다. 하나의 클래스로부터 가지를 뻗어 나가다 보면 나무 모양의 관계가 형성되는데 이런 상속 관계를 그린 것을 클래스 계층도라고 한다. 생물로부터 시작하는 가상의 클래스 계층도를 그려 보자.

이 계층도에서 제일 위에 있는 클래스를 루트(root)라고 하며 모든 클래스에 공통적인 멤버를 가진다. 생물의 경우 세포, 호흡한다, 번식한다와 같은 가장 일반적인 멤버를 가진다. 점점 더 많은 속성과 동작이 추가되어 하위 클래스가 파생되며 아래로 내려갈수록 더 특수하고 구체적인 클래스가 된다.

실제 상용 라이브러리의 클래스 계층도는 상상을 초월할 정도로 복잡하다. 다음은 MFC라는 클래스 라이브러리의 계층도이다. 그나마도 자주 쓰는 것만 간략히 요약한 것이며 실제로는 훨씬 더 방대하다.

이런 계층을 정확하고 빠르게 이해하려면 위쪽의 부모 클래스부터 순서대로 학습해야 한다. 부모를 잘 이해하면 파생 클래스를 공부하는 것은 식은 죽 먹기이고 계층을 잘 파악해 두어야 원하는 속성과 동작을 잽싸게 검색하여 활용할 수 있다.