29-1. 상속

29-1-가.클래스 확장

상속은 캡슐화, 추상화와 함께 객체 지향 프로그래밍의 중요한 특징 중 하나이다. 캡슐화와 추상화는 객체가 온전한 부품이 될 수 있는 방법을 제공하는데 비해 상속은 클래스를 좀 더 쉽게 만들 수 있는 고수준의 재사용성을 확보하고 클래스간의 계층적인 관계를 구성함으로써 객체 지향의 또 다른 큰 특징인 다형성의 문법적 토대가 된다. 다형성은 다음 장의 주제이므로 이번 장에서는 상속에 관련된 것만 연구해 보자.

상속(Inheritance)의 사전적 의미는 자식이 부모가 가진 모든 것을 물려 받는 것을 의미하는데 OOP의 상속도 기본적인 의미는 동일하다. 이미 정의되어 있는 클래스의 모든 특성을 물려 받아 새로운 클래스를 작성하는 기법을 상속이라고 한다. 흔히 상속은 이미 만들어진 클래스를 재활용하기 위한 기법으로 소개되며 재활용이 상속의 가장 큰 장점이기는 하지만 상속에 의해 부차적으로 발생하는 효과도 있다. 상속을 하는 목적 또는 상속에 의한 효과는 다음 세가지로 간략하게 요약할 수 있다.

① 기존의 클래스를 재활용한다. 가장 기본적인 효과이다.

② 공통되는 부분을 상위 클래스에 통합하여 반복을 제거하고 유지, 보수를 편리하게 한다.

③ 공동의 조상을 가지는 계층을 만듬으로써 객체의 집합에 다형성을 부여한다.

상속의 이런 세 가지 목적을 모두 이해하고 100% 활용할 수 있다면 상속을 모두 정복했다고 할 수 있다. 두 번째, 세 번째 효과는 조금 어려우므로 우선 상대적으로 쉬운 재활용에 대한 문제부터 고찰해 보자.

앞 장에서 살펴보았다시피 클래스는 필요한 멤버를 모두 포함하고 적절히 멤버를 숨겨 자신을 방어함으로써 프로그램의 부품으로 사용된다. 그러나 한 번 만들어진 클래스가 언제까지고 어느 곳에서나 그대로 계속 사용될 수 있는 것은 아니다. 외부 세계의 요구가 끊임없이 변화하고 객체가 동작하는 환경이 각기 다르기 때문에 완성된 클래스에 기능을 추가하거나 변경해야 하는 경우는 아주 빈번하다.

클래스를 처음 디자인할 때부터 범용성과 이식성을 확보하기 위해 굉장히 많은 노력을 한다. 경험이 많은 개발자일수록 초기에 다양한 상황을 충분히 고려하여 클래스를 디자인할 것이며 이런 노력들이 확실히 효과가 있어서 잘 설계된 클래스는 훨씬 안정적이고 재사용될 수 있는 범위도 넓다. 그러나 아무리 경험이 많고 모든 것을 고려한다 하더라도 미래의 일까지 예측하는 것은 불가능하기 때문에 재사용을 위해 클래스를 수정해야 하는 상황을 근본적으로 피할 수는 없다.

사람의 이름과 나이를 표현할 수 있는 Person 클래스에 약간의 멤버를 더 추가하면 좀 더 기능이 복잡한 대상을 표현할 수 있다. Person 클래스에 월급, 근무 시간이라는 속성과 출근한다, 일한다 등의 동작을 추가하면 직원(Staff) 클래스가 될 것이고 계급, 보직 등의 속성과 훈련한다, 전투한다 등의 동작이 추가되면 군인(Soldier) 클래스가 될 것이다. 표현하고자 하는 대상이 복잡하고 구체적일수록 추가되어야 하는 속성과 동작의 개수는 많아질 것이다.

Person 클래스에 학번(StNum)이라는 속성과 공부한다(Study)는 동작을 추가해서 학생(Student)이라는 대상을 표현해야 한다고 해 보자. 물론 완전한 학생이 되기 위해서는 이 외에도 전공, 학년, 성적 등의 속성들과 수업을 듣는다, 시험친다, 미팅한다, 땡땡이 친다 등의 다양한 동작들이 더 필요하겠지만 간단한 예를 위해 학번과 공부한다만 필요하다고 하자. 학생의 본분은 누가 뭐라고 해도 공부하는 것이다.

일단 기존 클래스를 원하는대로 마음대로 뜯어 고치는 방법을 생각할 수 있다. Person이라는 이름을 Student로 바꾸고 int StNum; 이라는 멤버 변수와 Study라는 멤버 함수를 추가한다. 물론 클래스의 이름이 바뀌었으므로 클래스와 같은 이름을 사용하는 생성자, 파괴자의 이름은 반드시 바꿔야 한다. OutPerson도 OutStudent로 바꾸는 것이 좋겠지만 일단 이름은 그대로 두고 학번을 출력하는 코드만 추가하자.

이렇게 되면 과연 Person이 Student가 되며 새로 만든 Student로 학생이라는 실제 대상을 잘 표현할 수 있다. 그러나 Person을 Student로 바꿔 버렸기 때문에 기존에 존재하던 Person 클래스는 사라져 버리며 이미 이 클래스를 사용하고 있는 중이라면 이것은 확실히 문제가 된다. Student를 만드는데는 성공했지만 기존의 클래스가 파괴되어 버렸으므로 이것은 변경일 뿐이지 재활용이라고 볼 수는 없다. 원본을 유지한 채로 새로운 클래스를 만들려면 기존 클래스를 복사하여 사본을 만든 후에 사본을 뜯어 고쳐야 한다.

이렇게 하면 새로운 클래스가 만들어지면서 기존 클래스도 온전히 유지된다. 이 방법이 객체 지향 이전의 전통적인 재활용 방법(Copy & Paste & Edit)이다. 사실 이 방법은 코드를 짤 때나 문서 작업을 할 때와 같은 일상 생활에서도 여러 가지 용도로 익숙하게 활용되어온 방법이다. 특히 친구 숙제를 베껴 쓸 때 많이 활용되는데 일단 그대로 가져온 후 안 베낀 것처럼 어투나 순서만 조금 바꾸는 수법을 많이 쓴다. 이때 특히 이름과 학번을 고치는 걸 잊어서는 안된다.

이미 익숙한 방법이고 방법상으로 문제는 없지만 새로 만든 Student에 기존의 Person에 있던 멤버의 선언문이 그대로 반복되어야 한다는 점이 낭비이다. 만약 100개의 멤버를 가진 클래스에 2개의 멤버를 더 추가해야 한다면 코드의 반복이 심해질 것이고 전체적으로 좋은 구조를 만들 수 없다. 이럴 때 상속을 사용한다.

상속을 할 때 원본 클래스가 어떤 것이라는 것을 밝히고 이 외에 더 필요한 멤버를 추가로 선언한다. 그러면 컴파일러는 원본 클래스의 모든 멤버에 대한 선언문을 가져오고 추가로 선언한 멤버도 클래스 안에 같이 포함시킨다. 전통적인 방법에 비해 복사해서 붙여 넣고 기존 멤버에 대한 선언문을 가져오는 동작을 컴파일러가 대신한다는 점이 다르다. 물론 컴파일러가 진짜 소스를 뜯어 고치는 것은 아니고 컴파일중의 중간 단계에서 이 작업을 할 것이다. 개발자는 상속된 클래스에 원하는 추가 멤버만 더 선언하면 된다.

기존 클래스의 재활용만을 목적으로 한다면 사실 복사한 후 뜯어 고치는 전통적인 방법과 상속을 하는 방법과 근본적인 차이점이 없다. 그러나 코드의 유지, 보수 측면에서는 엄청난 차이가 있는데 원본을 변경해야 할 때 복사한 경우는 양쪽을 다 직접 고쳐야 하지만 상속의 경우는 원본 클래스만 고치면 상속받은 클래스까지 한꺼번에 같이 수정되어 편리하며 불일치의 위험도 없다. 예를 들어 멤버 변수의 이름을 바꾼다거나 멤버 함수의 원형을 바꾼다고 할 때 원본의 멤버만 수정하면 된다. 다음 그림을 보자.

A, B 멤버를 가진 Parent 클래스로부터 C멤버를 추가하여 Child 클래스를 만들었다고 해 보자. 이 상태에서 A 멤버의 이름을 Alpha로 변경하고 싶을 때 복사해서 수정한 경우는 원본과 사본 두 군데를 고쳐야 하지만 상속을 받은 경우는 Parent의 A만 고치면 상속받는 Child는 더 이상 손 데지 않아도 된다. 여러 단계로 재사용될 경우 이런 장점이 더욱 부각되는데 상속 단계가 5단계만 넘어도 엄청난 차이가 발생한다.

상속이라는 개념은 사실 어려운 것도 아니고 이미 우리는 알게 모르게 상속이라는 개념을 많이 활용해 왔다. C에서 기능의 단위는 함수인데 필요한 모든 함수들이 다 제공되는 것은 아니므로 원하는 기능을 추가하여 새로운 함수를 만들어 사용해야 한다. 예를 들어 문자열을 출력한 후 1초간 대기하는 함수가 필요하다면 다음과 같이 작성한다.

void putsdelay(const char *message)

{

puts(message);

delay(1000);

}

putsdelay 함수는 인수로 전달된 message 문자열을 puts 함수로 출력한 후 delay를 호출하여 1초간 시간을 지연시키는데 원래 puts 함수의 기능을 상속받아 대기하는 기능을 추가했다고 볼 수 있다. 원본 함수인 puts를 뜯어 고친 것이 아니라 이 함수의 기능을 빌려 좀 더 구체적인 동작을 하는 특수한 함수를 정의한 것이다. malloc은 할당 후 초기화를 하지 않는데 원한다면 상속받아서 memset을 추가하면 할당 직후에 원하는 값으로 초기화하는 allocandinit 따위의 함수를 만들 수도 있다.

이런 것이 개념적인 함수의 상속이며 기존 함수를 호출함으로써 간단하게 구현한다. 이런 식으로 기존 함수를 한 번 감싸서 원래 동작에 약간의 처리를 추가하는 함수를 래퍼(Wrapper) 함수라고 하는데 원본 함수의 기능이 바뀌면 래퍼 함수의 기능도 덩달아 바뀐다. 클래스의 상속도 이와 비슷하다고 생각하면 C++의 상속 개념을 대충 이해할 수 있을 것이다. 물론 어디까지나 비유이므로 정확하게 같다고는 할 수 없겠지만 말이다.