'자바의 정석 3rd Edition'을 공부하며 정리한 내용입니다.

4. 제어자(modifier)

4.1 제어자란?

• 제어자(modifier): 클래스, 변수 또는 메서드의 선언부에 함께 사용되어 부가적인 의미를 부여

• 접근 제어자 public, protected, default, private
• 그 외 static, ifinal, abstract, native, transient, synchronized, volatile, strictfp

• 제어자는 클래스나 멤버변수와 메서드에 주로 사용되며, 하나의 대상에 대해서 여러 제어자를 조합하여 사용하는 것이 가능
• 단, 접근 제어자는 한 번에 네 가지 중 하나만 선택해서 사용해야 함

4.2 static - 클래스의, 공통적인

• static은 '클래스의' 또는 '공통적인'의 의미를 가짐
• 인스턴스 변수는 하나의 클래스로부터 생성되었더라도 각기 다른 값을 유지하지만, 클래스 변수(static 멤버변수)는 인스턴스에 관계없이 같은 값을 가짐
  • 하나의 변수를 모든 인스턴스가 공유하기 때문
• static이 붙은 멤버변수와 메서드, 그리고 초기화 블럭은 인스턴스가 아닌 클래스에 관계된 것이기 때문에 인스턴스를 생성하지 않고도 사용 가능
• 인스턴스메서드와 static 메서드의 근본적인 차이는 메서드 내에서 인스턴스 멤버를 사용하는가의 여부에 있음

static이 사용될 수 있는 곳 - 멤버변수, 메서드, 초기화 블럭

• 대상이 멤버변수인 경우
  • 모든 인스턴스에 공통적으로 사용되는 클래스 변수가 됨
  • 클래스 변수는 인스턴스를 생성하지 않고도 사용 가능
  • 클래스가 메모리에 로드될 때 생성됨
• 대상이 메서드인 경우
  • 인스턴스를 생성하지 않고도 호출이 가능한 static 메서드가 됨
  • static 메서드 내에서는 인스턴스 멤버들을 직접 사용할 수 없음

• 인스턴스 멤버를 사용하지 않는 메서드는 static을 붙여 static 메서드로 선언하는 것이 좋음
  • 가능하다면 static 메서드로 하는 것이 인스턴스를 생성하지 않고도 호출이 가능해서 더 편리하고 속도도 더 빠름

4.3 final - 마지막의, 변경될 수 없는

• 거의 모든 대상에 사용 가능
• 변수에 사용되면 값을 변경할 수 없는 상수가 되며, 메서드에 사용되면 오버라이딩을 할 수 없게 되고 클래스에 사용되면 자신을 확장하는 자손 클래스를 정의하지 못하게 됨

final이 사용될 수 있는 곳 - 클래스, 메서드, 멤버변수, 지역변수

• 대상이 클래스인 경우
  • 변경될 수 없는 클래스, 확장될 수 없는 클래스가 됨
  • final로 지정된 클래스는 다른 클래스의 조상이 될 수 없음
  • 대표적인 final 클래스로 String, Math가 있음
• 대상이 메서드인 경우
  • 변경될 수 없는 메서드
  • final로 지정된 메서드는 오버라이딩을 통해 재정의 될 수 없음
• 대상이 멤버변수, 지역변수인 경우
  • 변수 앞에 final이 붙으면, 값을 변경할 수 없는 상수가 됨

생성자를 이용한 final 멤버 변수의 초기화

• final이 붙은 변수는 상수이므로 일반적으로 선언과 초기화를 동시에 하지만, 인스턴스변수의 경우 생성자에서 초기화 되도록 할 수 있음
• 클래스 내에 매개변수를 갖는 생성자를 선언하여, 인스턴스를 생성할 때 final이 붙은 멤버변수를 초기화하는데 필요한 값을 생성자의 매개변수로부터 제공받는 것
  • 이 기능을 활용하면 각 인스턴스마다 final이 붙은 멤버변수가 다른 값을 갖도록 하는 것이 가능
  • 이것이 불가능하다면 클래스에 선언된 final이 붙은 인스턴스변수는 모든 인스턴스에서 같은 값을 가져야만 할 것

class Card {
	final int NUMBER;		// 상수지만 선언과 함께 초기화 하지 않고
	final String KIND;		// 생성자에서 단 한번만 초기화할 수 있다.
	static int width  = 100;	
	static int height = 250;

	Card(String kind, int num) {	
		KIND = kind;
		NUMBER = num;
	}

	Card() {
		this("HEART", 1);
	}

	public String toString() {
		return KIND +" "+ NUMBER;
	}
}

class FinalCardTest {
	public static void main(String args[]) {
		Card c = new Card("HEART", 10);
//		c.NUMBER = 5;		// error 발생
		System.out.println(c.KIND);
		System.out.println(c.NUMBER);
		System.out.println(c); // System.out.println(c.toString());
	}
}

4.4 abstract - 추상의, 미완성의

• 메서드의 선언부만 작성하고 실제 수행내용은 구현하지 않은 추상 메서드를 선언하는데 사용됨
• 클래스에 사용되어 클래스 내에 추상메서드가 존재한다는 것을 쉽게 알 수 있게 함
  • 자세한 내용은 6번 확인

abstract가 사용될 수 있는 곳 - 클래스, 메서드

• 대상이 클래스인 경우
  • 클래스 내에 추상 메서드가 선언되어 있음을 의미
• 대상이 메서드인 경우
  • 선언부만 작성하고 구현부는 작성하지 않은 추상 메서드임을 알림

• 추상 클래스는 아직 완성되지 않은 멧서드가 존재하는 '미완성 설계도'이므로 인스턴스를 생성할 수 없음

abstract class AbstractTesk {	// 추상 클래스 (추상 메서드를 포함하는 클래스)
	abstract void move();	// 추상 메서드 (구현부가 없는 메서드) 
}

• 드문 경우지만 추상 메서드가 없는 클래스, 즉 완성된 클래스도 abstract를 붙여 추상 클래스로 만드는 경우도 있음
  • ex) java.awt.event.WindowAdapter
  • 이런 클래스는 인스턴스를 생성해도 할 수 있는 것이 아무것도 없음
  • 인스턴스를 생성하지 못하게 클래스 앞에 제어자 'abstract'를 붙여 놓은 것
  • 이 클래스 자체로는 쓸모없지만, 다른 클래스가 이 클래스를 상속받아 일부의 원하는 메서드만 오버라이딩해도 된다는 장점이 있음
  • 이 클래스가 없다면 아무런 내용도 없는 메서드를 잔뜩 오버라이딩해야 함

4.5 접근 제어자 (access modifier)

• 접근 제어자는 멤버 또는 클래스에 사용되어, 해당하는 멤버 또는 클래스를 외부에서 겁근하지 못하도록 제한하는 역할을 함
• 클래스나 멤버면수, 메서드, 생성자에 접근 제어자가 지정되어 있지 않다면, 접근 제어자가 default임을 의미

접근 제어자가 사용될 수 있는 곳 - 클래스, 멤버변수, 메서드, 생성자

• private 같은 클래스 내에서만 접근 가능
• default 같은 패키지 내에서만 접근 가능
• protected 같은 패키지 내에서, 그리고 다른 패키지의 자손클래스에서 접근 가능
• public 접근 제한이 없음

• 접근 범위가 넓은 쪽에서 좁은 쪽의 순으로 왼쪽부터 나열하면

  public > protected > (default) > private

• 대상에 따라 사용할 수 있는 접근 제어자

  대상	사용가능한 접근 제어자
  클래스	public, (default)
  메서드	public protected, (default), private
  멤버변수	public protected, (default), private
  지역변수	없음

접근 제어자를 이용한 캡슐화

접근 제어자 사용 이유

• 외부로부터 데이터를 보호하기 위해
• 외부에는 불필요한, 내부적으로만 사용되는, 부분을 감추기 위해

• 캡슐화(encapsulation): 데이터가 유효한 값을 유지하도록, 또는 비밀번호와 같은 데이터를 외부에서 함부로 변경하지 못하도록 하기 위해 외부로부터의 접근을 제한하는 것
• 메서드 하나를 변경해야 한다고 가정했을 때
  • 접근 제어자가 public이라면, 메서드를 변경한 후에 오류가 없는지 테스트해야하는 범위가 넓음
  • 접근 제어자가 default라면, 패키지 내부만 확인하면 됨
  • 접근 제어자가 private라면, 클래스 하나만 확인하면 됨

생성자의 접근 제어자

• 생성자에 접근 제어자를 사용해 인스턴스의 생성을 제한할 수 있음
  • 생성자의 접근 제어자는 클래스의 접근 제어자와 같지만, 다르게 지정할 수 있음
• 생성자의 접근 제어자를 private로 지정하면, 외부에서 생성자에 접근할 수 없으므로 인스턴스를 생성할 수 없게 되지만 클래스 내부에서는 인스턴스를 생성할 수 있음
• 생성자가 private인 클래스는 다른 클래스의 조상이 될 수 없음
  • 이유: 자손클래스의 인스턴스를 생성할 때 조상 클래스의 생성자를 호출해야만 하는데, 생성자의 접근 제어자가 private이므로 자손 클래스에서 호출하는 것이 불가능하기 때문
  • 클래스 앞에 final를 추가해 상속할 수 없는 클래스라는 것을 알리는 것이 좋음

4.6 제어자(modifier)의 조합

• 대상에 따라 사용할 수 있는 제어자

  대상	사용가능한 제어자
  클래스	public, (default), final, abstract
  메서드	모든 접근 제어자, final, abstract, statit
  멤버변수	모든 접근 제어자, final, static
  지역변수	final

제어자를 조합해서 사용할 때 주의해야할 사항

1. 메서드에 static과 abstract를 함께 사용할 수 없음
static 메서드는 몸통이 있는 메서드에만 사용할 수 있기 때문

2. 클래스에 abstract와 final을 동시에 사용할 수 없음
클래스에 사용되는 final은 클래스를 확장할 수 없다는 의미이고 abstract는 상속을 통해서 완성되어야 한다는 의미이므로 서로 모순되기 때문

3. abstract 메서드의 접근 제어자가 private일 수 없음
abstract 메서드는 자손 클래스에서 구현해주어야 하는데 접근 제어자가 private이면, 자손 클래스에서 접근할 수 없기 때문

4. 메서드에 private과 final을 같이 사용할 필요는 없음
접근 제어자가 private인 메서드는 오버라이딩될 수 없기 때문. 둘 중 하나만 사용해도 의미가 충분

5. 다형성(polymorphism)

5.1 다형성이란?

• 다형성: 여러 가지 형태를 가질 수 있는 능력
  • 자바에서는 한 타입의 참조변수로 여러 타입의 객체를 참조할 수 있도록 함으로써 다형성을 프로그램적으로 구현
• 조상클래스 타입의 참조변수로 자손클래스의 인스턴스를 참조할 수 있도록 함
  • 인스턴스 타입과 참조변수 타입이 일치하는 것이 보통이자만, 서로 상속 관계에 있는 경우 조상 클래스 타입의 참조변수로 자손 클래스의 인스턴스를 참조하도록 하는 것이 가능
• 인스턴스를 같은 타입의 참조변수로 참조하는 것과 조상타입의 참조변수로 참조하는 것의 차이점
  • 조상 클래스의 참조변수로는 자식 클래스의 인스턴스 중에서 조상 클래스의 멤버들(상속받은 멤버 포함)만 사용 가능
  • 생성된 자식 인스턴스의 멤버 중에서 조상 클래스에 정의되지 않은 멤버는 사용 불가
  • 둘 다 같은 타입의 인스턴스지만 참조변수의 타입에 따라 사용할 수 있는 멤버 개수가 달라짐
• 자손 타입의 참조변수로 조상 타입의 인스턴스를 참조하는 것은 불가능
  • 자손 타입의 참조변수로 조상 타입의 인스턴스를 참조하는 것은 존재하지 않는 멤버를 사용하고자 할 가능성이 있으므로 허용하지 않음
  • 참조변수가 사용할 수 있는 멤버의 개수는 인스턴스의 멤버 개수보다 같거나 적어야 함

정리

• 조상타입의 참조변수로 자손타입의 인스턴스를 참조할 수 있음
• 자손타입의 참조변수로 조상타입의 인스턴스를 참조할 수 없음

5.2 참조변수의 형변환

• 참조변수도 형변환 가능. 단, 서로 상속관계에 있는 클래스 사이에서만 가능하므로 자손타입의 참조변수를 조상타입의 참조변수로, 조상타입의 참조변수를 자손타입의 참조변수로의 형변환만 가능
  • 자손타입의 참조변수를 조상타입으로 형변환하는 경우에는 형변환 생략 가능

자손타입 -> 조상타입 (Up-casting): 형변환 생략 가능
자손타입 <- 조상타입(Down-casting): 형변환 생략 불가

• 캐스트 연산자를 사용해 ()안에 변환하고자 하는 타입의 이름(클래스명)을 적어주면 됨
  • 업 캐스팅의 경우, 참조변수가 다룰 수 있는 멤버의 개수가 실제 인스턴스가 갖고 있는 멤버의 개수보다 적을 것이 분명하므로 형변환 생략 가능
  • 다운 캐스팅의 경우, 인스턴스의 멤버 개수보다 참조변수가 사용할 수 있는 멤버의 개수가 더 많아지므로 문제가 발생할 수 있어 형변환 생략 불가
    • 형변환을 수행하기 전에 instanceof 연산자를 사용해서 참조변수가 참조하고 있는 실제 인스턴스 타입을 확인하는 것이 안전
• 형변환은 참조변수의 타입을 변환하는 것이지 인스턴스를 변환하는 것은 아니기 때문에 참조변수의 형변환은 인스턴스에 아무런 영향을 미치지 않음
• 참조변수의 형변환을 통해, 참조하고 있는 인스턴스에서 사용할 수 있는 멤버의 범위를 조절

class CastingTest2 {
	public static void main(String args[]) {
		Car car = new Car();
		Car car2 = null;
		FireEngine fe = null;
  
		car.drive();
		fe = (FireEngine)car;		// 8번째 줄. 컴파일은 OK. 실행 시 에러가 발생
		fe.drive();
		car2 = fe;
		car2.drive();
	}
}

• 8번째 줄 실행시 에러가 발생하는 이유
  • 참조변수 car가 참조하고 있는 인스턴스가 Car 타입(조상 타입)의 인스턴스이기 때문
  • 조상타입의 인스턴스를 자손타입의 참조변수로 참조하는 것은 허용하지 않음
  • 컴파일 시에는 참조변수간의 타입만 체크하기 때문에 실행 시 생성될 인스턴스의 타입에 대해서는 알지 못함. 따라서 컴파일 시에는 문제가 없지만, 실행 시에는 에러가 발생

서로 상속관계에 있는 타입간의 형변환은 양방향으로 자유롭게 수행될 수 있으나, 참조변수가 가리키는 인스턴스의 자손타입으로 형변환은 허용되지 않음
참조변수가 가리키는 인스턴스 타입이 무엇인지 확인하는 것이 중요!!

5.3 instanceof 연산자

• 참조변수가 참조하고 있는 인스턴스의 실제 타입을 알아보기 위해 instanceof 연산자를 사용
• 주로 조건문에 사용되며, instanceof의 왼쪽에는 참조변수를 오른쪽에는 타입(클래스명)이 피연산자로 위치
  • 연산의 결과로 boolean값인 true와 false 중의 하나를 반환
• instanceof를 이용한 연산결과로 true를 얻었다는 것은 참조변수가 검사한 타입으로 형변환이 가능하다는 것을 의미
  • 값이 null인 참조변수에 대해 instanceof 연산을 수행하면 false를 결과로 얻음
• 조상타입의 참조변수로는 실제 인스턴스의 멤버들을 모두 사용할 수 없기 때문에, 실제 인스턴스와 같은 타입의 참조변수로 형병환을 해야만 인스턴스의 모든 멤버들을 사용할 수 있음
• 실제 인스턴스와 같은 타입의 instanceof연산 이외에 조상타입의 instanceof 연산에도 true를 결과로 얻으며, instanceof 연산의 결과가 true라는 것은 검사한 타입으로 형변환해도 문제가 없다는 의미

5.4 참조변수와 인스턴스의 연결

• 조상 클래스에 선언된 멤버변수와 같은 이름의 인스턴스 변수를 자손 클래스에 중복으로 정의했을 때, 조상타입의 참조변수로 자손 인스턴스를 참조하는 경우와 자손타입의 참조변수로 자손 인스턴스를 참조하는 경우 서로 다른 결과를 얻음

  • 메서드의 경우 조상 클래스의 메서드를 자손 클래스에서 오버라이딩한 경우에도 참조변수의 타입에 관계없이 항상 실제 인스턴스 메서드(오버라이딩된 메서드)가 호출되지만, 멤버변수의 경우 참조변수의 타입에 따라 달라짐
  • static 메서드는 static 변수처럼 참조변수의 타입에 영향을 받음. 참조변수의 타입에 영향을 받지 않는 것은 인스턴스 메서드 뿐. 따라서 static 메서드는 반드시 참조변수가 아닌 클래스이름.메서드()로 호출

• 멤버변수가 조상 클래스와 자손 클래스에 중복으로 정의된 경우, 조상타입의 참조변수를 사용했을 때는 조상 클래스에 선언된 멤버변수가 사용되고, 자손타입의 참조변수를 사용했을 때는 자손 클래스에 선언된 멤버변수가 사용됨

  • 중복 정의되지 않은 경우, 조상타입의 참조변수를 사용했을 때와 자손타입의 참조변수를 사용했을 때의 차이는 없음

• 멤버변수들은 주로 private으로 접근을 제한하고, 외부에서는 메서드를 통해서만 멤버변수에 접근할 수 있도록 함

  • 인스턴스 변수에 직접 접근하면, 참조변수의 타입에 따라 사용되는 인스턴스변수가 달라질 수 있으므로 주의

5.5 매개변수의 다형성

class Product {
	int price;			// 제품의 가격
	int bonusPoint;		// 제품구매 시 제공하는 보너스점수

	Product(int price) {
		this.price = price;
		bonusPoint =(int)(price/10.0);	// 보너스점수는 제품가격의 10%
	}
}

class Tv extends Product {
	Tv() {
		// 조상클래스의 생성자 Product(int price)를 호출한다.
		super(100);			// Tv의 가격을 100만원으로 한다.
	}

	public String toString() {	// Object클래스의 toString()을 오버라이딩한다.
		return "Tv";
	}
}

class Computer extends Product {
	Computer() {
		super(200);
	}

	public String toString() {
		return "Computer";
	}
}

class Buyer {			// 고객, 물건을 사는 사람
	int money = 1000;	// 소유금액
	int bonusPoint = 0;	// 보너스점수

	void buy(Product p) {
		if(money < p.price) {
			System.out.println("잔액이 부족하여 물건을 살수 없습니다.");
			return;
		}

		money -= p.price;			// 가진 돈에서 구입한 제품의 가격을 뺀다.
		bonusPoint += p.bonusPoint;	// 제품의 보너스 점수를 추가한다.
		System.out.println(p + "을/를 구입하셨습니다.");
	}
}

class PolyArgumentTest {
	public static void main(String args[]) {
		Buyer b = new Buyer();

		b.buy(new Tv());
		b.buy(new Computer());

		System.out.println("현재 남은 돈은 " + b.money + "만원입니다.");
		System.out.println("현재 보너스점수는 " + b.bonusPoint + "점입니다.");
	}
}

/* 실행결과
Tv을/를 구입하셨습니다.
Computer을/를 구입하셨습니다.
현재 남은 돈은 700만원입니다.
현재 보너스점수는 30점입니다.
*/

• buy(Tv t)로 할 경우 Tv밖에 살 수 없어 다른 제품들도 구입할 수 있는 메서드가 추가로 필요
• 메서드의 매개변수에 다형성을 적용해 buy(Product p)와 같이 표현하면 하나의 메서드로 처리 가능
  • 매개변수가 Product 타입의 참조변수라는 것은, 메서드의 매개변수로 Product 클래스의 자손타입의 참조변수면 어느 것이나 매개변수로 받아들일 수 있다는 뜻
  • 다른 제품 클래스를 추가할 때 Product 클래스를 상속받기만 하면, buy(Product p) 메서드의 매개변수로 받아들여질 수 있음

5.6 여러 종류의 객체를 배열로 다루기

• 조상타입의 참조변수로 자손타입의 객체를 참조하는 것이 가능하므로, Product 클래스가 Tv, Computer, Audio 클래스의 조상일 때 아래와 같이 할 수 있음

// 1. 참조변수 배열로 처리하지 않을 경우
Product p1 = new Tv();
Product p2 = new Computer();
Product p3 = new Audio();

// 2. 참조변수 배열로 처리한 경우
Product p[] = new Product[3];
p[0] = new Tv();
p[1] = new Computer();
p[2] = new Audio();

• 조상타입의 참조변수 배열을 사용하면, 공통의 조상을 가진 서로 다른 종류의 객체를 배열로 묶어서 다룰 수 있음
• 묶어서 다루고 싶은 객체들의 상속관계를 따져 가장 가까운 공통조상 클래스 타입의 참조변수 배열을 생성해 객체들을 저장

Vector 클래스

• Vector 클래스는 내부적으로 Object 타입의 배열을 가지고 있어 이 배열에 객체를 추가하거나 제거할 수 있게 작성됨

• 배열의 크기를 알아서 관리해주기 때문에 저장할 인스턴스의 개수에 신경쓰지 않아도 됨

• 단지 동적으로 크기가 관리되는 객체 배열

• Vector 클래스의 주요 메서드

  메서드/생성자	설명
  Vector()	10개의 객체를 저장할 수 있는 Vector 인스턴스 생성. 10개 이상의 인스턴스가 저장되면, 자동적으로 크기가 증가됨
  boolean add(Object o)	Vector에 객체를 추가. 추가에 성공하면 결과값으로 true, 실패하면 false 반환
  boolean remove(Object o)	Vector에 저장되어 있는 객체를 제거. 제거에 성공하면 true, 실패하면 false 반환
  boolean isEmpty()	Vector가 비어있는지 검사. 비어있으면 true, 비어있지 않으면 false 반환
  Object get(int index)	지정된 위치(index)의 객체를 반환. 반환타입이 Object 타입이므로 적절한 타입으로의 형변환 필요
  int size()	Vector에 저장된 객체의 개수를 반환