다형성과 업캐스팅/다운캐스팅
카테고리: Csharp
개요
- 객체지향 프로그래밍은 프로그램에 존재하는 요소들을
객체로 표현하고, 각 객체들간의 상호작용을 기반으로 프로그램을 구성한다. 이 때 각 객체들이 자신만의 성질을 가지게 되면, 프로그램 구성 단계에서 모든 객체들에 대한 예외처리가 복잡해지고, 결과적으로 코드에 대한 가독성 / 유지보수성 / 개발 효율성도 떨어지게 된다. 이를 해결하기 위해, 각 객체가 자신만의 형태나 성질을 가지는 것 뿐 아니라 다양한 형태로 존재하고, 많은 객체들을 공통된 성질별로 묶어서 다룰 수 있도록다형성의 개념이 존재한다. 이번 포스팅에서는다형성의 구현과 다형성을 구현하기 위한업캐스팅, 다운캐스팅을 다뤄보겠다.
다형성 (多形性, polymorphism)
- 말 그대로
다양하고 많은 형태를 가지는 성질이라는 뜻으로 해석할 수 있다. 데이터쪼가리가 어떻게 다양한 형태를 갖는다는 것인지 아직 이해가 가지 않을 수 있다. 물론 원시적인 데이터에 모양이란건 존재하지 않는다.
하지만 객체지향 프로그래밍에서는 프로그램에 존재하는 요소들을객체로 표현한다고 했다. 핵심적인 다형성의 개념은, 이객체라는 것을 다양한 방법과 분류로 다루는 것에 초점을 맞춘다.
왜 다양한 형태를 가져야 할까?
- 다음과 같은 상황이 있을 수 있다.
늑대,고양이,물고기라는 객체가 있다고 가정했을 때, 다형성을 구현하지 않는다면 코드가 아래와 같이 작성될 것이다.
using System;
using System.Collections.Generic;
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Wolf wolf = new Wolf();
Cat cat = new Cat();
Fish fish = new Fish();
wolf.Hello();
cat.Hello();
fish.Hello();
}
}
public class Wolf
{
public void Hello()
{
Console.WriteLine("멍멍!");
}
}
public class Cat
{
public void Hello()
{
Console.WriteLine("므양!");
}
}
public class Fish
{
public void Hello()
{
Console.WriteLine("뻐끔~");
}
}
- 이 경우는 참조타입인 클래스의 인스턴스를 메인 함수에서 생성하고, 각 인스턴스가 가진 함수를 호출하는 코드의 예시이다. 즉,
늑대,고양이,물고기의 형태로 존재하는 객체들이 생성된 것인데, 위 코드에서 메모리에 할당되는 과정은 아래의 그림과 같이 도식화할 수 있다. - 예시의 경우는 프로그램이 작은 단위이고 각 클래스가 가진 기능도 많지 않기때문에 간단하게 끝났다.
하지만 각 클래스들에 기능이 많다면..?
동물이 많다면…?
이 녀석들의 공통점을 묶어서 한 번에 다룰 수는 없을까..?
데이터들이 다양한 형태를 가진다는건?
- 위의 코드는 어떤가. 물론 어떤 객체가 생성되는지 아주 명확한 코드인 건 맞지만, 프로그램이 거대해지고 객체가 많아진다면 언젠가 프로그래머가 감당하기 힘든 수준까지 도달할 것이다. 위 동물들을 공통분야로 묶고, 공통분야를 타입으로 개별적인 동물들을 다룰 수는 없을까?
using System;
using System.Collections.Generic;
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
IAnimal wolf = new Wolf();
IAnimal cat = new Cat();
IAnimal fish = new Fish();
wolf.Hello();
cat.Hello();
fish.Hello();
}
}
public interface IAnimal
{
public void Hello();
}
public class Wolf : IAnimal
{
public void Hello()
{
Console.WriteLine("멍멍!");
}
}
public class Cat : IAnimal
{
public void Hello()
{
Console.WriteLine("므양!");
}
}
public class Fish : IAnimal
{
public void Hello()
{
Console.WriteLine("뻐끔~");
}
}
- 위 코드의 경우는 어떤가. 기존에는 다른 타입으로 인스턴스가 생성되었지만, 지금은 인터페이스를 상속받아 공통된 타입으로 각 객체의 인스턴스를 생성했다. 그러면 당연히, 배열이나 List
, 혹은 다른 컬렉션으로 다룰 수 있겠다.
using System;
using System.Collections.Generic;
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
List<IAnimal> animals = new List<IAnimal>();
animals.Add(new Wolf());
animals.Add(new Cat());
animals.Add(new Fish());
foreach (var ani in animals)
{
ani.Hello();
}
}
}
public interface IAnimal
{
public void Hello();
}
public class Wolf : IAnimal
{
public void Hello()
{
Console.WriteLine("멍멍!");
}
}
public class Cat : IAnimal
{
public void Hello()
{
Console.WriteLine("므양!");
}
}
public class Fish : IAnimal
{
public void Hello()
{
Console.WriteLine("뻐끔~");
}
}
- 코드가 한 층 재미있어졌다. 이 코드 역시 도식화 하게 되면 아래 이미지와 같이 표현할 수 있다.
- 사람의 말로 풀자면,
동물을 관리하는 리스트를 생성하고, 리스트를 순회하면서 동물들에게 인사를 시켰다(…)정도로 표현할 수 있다.
주목할 점은, 여기서 각 클래스의 인스턴스를 생성했고 결국 별개의 동물들인데,IAnimal이라는 타입으로 변수를 선언했기 때문에, 각 동물의 형태를 가질 수도,IAnimal이라는 형태를 가질 수도 있다는 말이다. 여기서업캐스팅과다운캐스팅을 통해 각 동물들이 더 유연하게 동작할 수 있도록 만들어보자.
업캐스팅과 다운캐스팅
업캐스팅
- 업캐스팅이란,
객체가 상속받고 있는 상위 객체의 타입으로 변환하는 것이다. 이는 간단한 코드로 예시를 들 수 있다.
using System;
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
FirstClass first = new FirstClass();
SecondClass second = new SecondClass();
// 상위 객체 타입으로 '업캐스팅'
ClassBase classBase = first;
ClassBase secondClass = second;
// 아래처럼 간결하게 선언할 수도 있다.
ClassBase first = new FirstClass();
ClassBase second = new SecondClass();
}
}
public class ClassBase
{
public int Value = 10;
public void PrintMyValue()
{
Console.WriteLine(Value);
}
}
public class FirstClass : ClassBase
{
}
public class SecondClass : ClassBase
{
}
다운캐스팅
- 다운 캐스팅은 상위 객체 타입을 상속받고있는 하위 객체의 타입으로 변경하는 것이다.
using System;
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
// 업캐스팅된 인스턴스
ClassBase first = new FirstClass();
ClassBase second = new SecondClass();
// 하위 객체 타입으로 '다운캐스팅'
FirstClass firstClass = (FirstClass)first;
SecondClass secondClass = (SecondClass)second;
}
}
public class ClassBase
{
}
public class FirstClass : ClassBase
{
public void PrintFirst()
{
Console.WriteLine("첫번째 클래스");
}
}
public class SecondClass : ClassBase
{
public void PrintSecond()
{
Console.WriteLine("두번째 클래스");
}
}
주의점
- 다운캐스팅의 경우 주의를 요하게 되는데, 프로그래머의 실수로 인해 다음과 같은 상황이 발생할 수 있다. 결과가 어떻게 될지 생각해보자.
using System;
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
// 업캐스팅된 인스턴스
ClassBase first = new FirstClass();
ClassBase second = new SecondClass();
// 하위 객체 타입으로 '다운캐스팅'
FirstClass firstClass = (FirstClass)first;
// ★중요★ SecondClass의 인스턴스를 FirstClass로 잘못 캐스팅할 경우.
FirstClass secondClass = (FirstClass)second;
}
}
public class ClassBase
{
}
public class FirstClass : ClassBase
{
public void PrintFirst()
{
Console.WriteLine("첫번째 클래스");
}
}
public class SecondClass : ClassBase
{
public void PrintSecond()
{
Console.WriteLine("두번째 클래스");
}
}
- 결과 : 펑!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
- 이와 같은 상황이 발생할 수 있다.
그도 그럴 것이,SecondClass타입의 인스턴스를 생성해 놓고FirstClass타입으로 변환하려고 하니 당연히 런타임 에러를 뿜어낸 거다. 이 상황은 프로그래머의 실수로 인해 충분히 일어날 수 있는 상황인데, 이를 최대한 막을 방법은 없을까?
is와 as를 사용해 보자.
- 위와 같은 상황에서
is와as를 사용해 프로그램의 런타임 에러를 방지할 수 있다.대상 is 타입: 대상이 타입과 일치하는지bool타입으로 반환한다.대상 as 타입: 대상을 타입으로 변환(캐스팅)하고 반환한다.
using System;
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
// 업캐스팅된 인스턴스
ClassBase first = new FirstClass();
ClassBase second = new SecondClass();
// 하위 객체 타입으로 '다운캐스팅'
// 'first'가 'FirstClass'타입의 인스턴스라면
if(first is FirstClass)
{
// 'first'를 'FirstClass'타입으로 변환하고 PrintFirst() 함수를 호출하라.
(first as FirstClass).PrintFirst();
}
// 'second'가 'FirstClass'타입의 인스턴스라면
if (second is FirstClass)
{
// 'second'를 'FirstClass' 타입으로변환하고 PrintFirst() 함수를 호출하라
(second as FirstClass).PrintFirst();
}
}
}
public class ClassBase
{
}
public class FirstClass : ClassBase
{
public void PrintFirst()
{
Console.WriteLine("첫번째 클래스");
}
}
public class SecondClass : ClassBase
{
public void PrintSecond()
{
Console.WriteLine("두번째 클래스");
}
}
- 결과 :
- 이번에는 터지지 않았다.
if를 사용해second라는 변수가 참조하는 인스턴스가FirstClass가 맞는지 확인하고, 맞을 경우에만 이후 로직을 실행하도록 했기 때문이다. 이처럼 is와 as를 사용해 캐스팅 시의 런타임 에러를 방지할 수 있다.
이제 쓸 줄 알겠다. 활용해보자.
- 이제까지 업캐스팅과 다운캐스팅까지 알아보았다. 그렇다면 바로 기출변형으로 가보자!
using System;
using System.Collections.Generic;
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
List<IAnimal> animals = new List<IAnimal>()
{
new Wolf(),
new Cat(),
new Fish()
};
// 'animals' List 순회
foreach (var animal in animals)
{
// 일단 인사부터 시킨다.
animal.Hello();
// 'animal'이 'Cat'클래스의 인스턴스인 경우
if (animal is Cat)
{
// (animal을 Cat 타입으로 변환).Grooming() 함수를 호출한다.
// 다운캐스팅
(animal as Cat).Grooming();
}
}
}
}
public interface IAnimal
{
public void Hello();
}
public class Wolf : IAnimal
{
public void Hello()
{
Console.WriteLine("멍멍!");
}
public void Howling()
{
Console.WriteLine("아우우우웅~~");
}
}
public class Cat : IAnimal
{
public void Hello()
{
Console.WriteLine("므양!");
}
public void Grooming()
{
Console.WriteLine("핥핥핥핥핥핥");
}
}
public class Fish : IAnimal
{
public void Hello()
{
Console.WriteLine("뻐끔~");
}
public void Swimming()
{
Console.WriteLine("펄떡펄떡펄떡");
}
}
- 결과 :
- 위 코드의 경우, 인터페이스를 상속 받아 다형성을 구현하고, 동물들이 담겨있는 List를 순회하며 인사를 시킨다, 그 후 고양이가 맞다면 고양이에게 그루밍을 시킨다.
업캐스팅과 다운 캐스팅은 위와 같이 사용될 수 있다. 분명 조심히 다뤄야 할 개념인 것은 맞지만, 프로그램의 유연함을 증가시켜주는 다형성의 요소이기 때문에 사용법을 숙지하는 것을 추천한다.
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