[Java] 자바 추상화 설계 이해하기 - 추상 클래스와 인터페이스 활용

abstract class

객체 지향 프로그래밍에서 추상화 작업을 하기 위해 사용하는 클래스이다.

 

추상화의 의미는 간단하게,

해당 구조나 기능을 구체적으로 알지 못해도 (추상적으로) 제공된 구조를 통해 간편하게 사용할 수 있게 해주는 것

그러므로 추상 클래스는 “추상화”를 클래스에 접목시킨 것입니다.

 

내가 생각하는 추상 클래스

추상 클래스는 미완성 설계도와 비슷하다.
이것이 무슨 뜻이냐면,
추상 클래스를 통해 밑그림(추상화)을 그리고 이를 바탕으로 관련된 새로운 객체를 만들 때 주어진 특징(기능)을 알 수 있습니다.

abstract class 사용 이유

• 구조적으로 객체를 설계할 수 있음
• 프로그램의 유지보수성이 향상됨
  • 확장하는 요구사항에 맞게 간편하게 확장시킬 수 있음

abstract class 문법

1. 추상 메서드 - abstract

Java에서는 abstract 키워드를 클래스명과 메서드명 옆에 붙여 추상 클래스와 추상 메서드임을 명시합니다.

// 추상 클래스
public abstract class Shape {

    private String type;

    // 추상 메서드
    public abstract void draw();
}

추상 메서드는 작동 로직은 따로 없고 이름만 존재합니다.

→ 메서드 선언부만 작성한 미완성 상태, 이를 구현체에서 구현하게 함으로써 각 객체별 기능을 다양하게 유지하게 해 줍니다.

 

2. 추상 클래스 생성자

public abstract class Animal {}

Animal animal = new Animal(); // ERROR

• 추상 클래스는 new 생성자를 통해 인스턴스 객체를 직접 만들 수 없습니다.
  • 추상 클래스는 상속 구조에서 부모 클래스 역할로만 사용되며, 상속한 자식 클래스를 인스턴스화하여 사용해야 함

 

3. super()를 통한 추상 클래스 생성자 사용

추상 클래스는 직접적인 인스턴스화가 불가능할 뿐, super() 메서드를 통해 부모 클래스 생성자 호출은 가능합니다.

abstract class Shape {
	public String type;
    
    // 추상 클래스 생성자
    public Shape(String type) {
    	this.type = type;
    }
    
    public abstract void draw();
}

class Figure extends Shape {
	public String name;
    
    public Figure(String type1, String type2) {
    	super(type1); // 부모 추상 클래스 생성자 호출
      this.name = type2;
    }
    
    @Override
    public void draw() { ... } 
}

public class main {
    public static void main(String[] args) {
		Figure f = new Figure("polygon", "square");
        f.name;
        f.type;
    }
}

 

사용하는 상황

부모 추상 클래스 생성자 실행에 있어 인자를 주어 제어하는 경우

 

abstract class 활용법

1. 공통 멤버의 통합을 통해 중복 제거

class Marine {
    int x, y;
    void move(int x, int y) {} // 지정된 위치로 이동
    void stop() {} // 현재 위치에 정지
    void stimPack() {} // 고유 능력 스팀팩 사용
}

class Tank {
    int x, y;
    void move(int x, int y) {} // 지정된 위치로 이동
    void stop() {} // 현재 위치에 정지
    void siegeMode() {} // 고유 능력 시즈 모드 사용
}

class DropShip {
    int x, y;
    void move(int x, int y) {} // 지정된 위치로 이동
    void stop() {} // 현재 위치에 정지
    void loadUnload() {} // 고유 능력 탑승 사용
}

• 위 3개의 객체가 같은 기능을 담당하는 객체라면, 공통된 기능을 부모 클래스로 묶어 상속받아 코드의 중복 제거와 코드 재사용성을 증대시킬 수 있습니다.

 

abstract class Unit {
    int x, y;
    abstract void move(int x, int y); // 지정된 위치로 이동
    void stop() {} // 현재 위치에 정지
}

class Marine extends Unit{
    void move(int x, int y) {
        System.out.println("걸어서 이동");
    }
    void stimPack() {} // 고유 능력 스팀팩 사용
}

class Tank extends Unit{
    void move(int x, int y) {
        System.out.println("굴러서 이동");
    }
    void siegeMode() {} // 고유 능력 시즈 모드 사용
}

class DropShip extends Unit{
    void move(int x, int y) {
        System.out.println("날아서 이동");
    }
    void loadUnload() {} // 고유 능력 탑승 사용
}

• move() : 각 자식 클래스마다 이동하는 로직이 다르므로 추상 메서드로 선언하여, 자식 클래스에서 오버라이딩 하게 하였습니다.
  • “움직인다”라는 기능만 수행할 수 있다면, 각 객체는 다른 방법으로 재정의 될 수 있음을 의미합니다.
• stop() : 상속받는 모든 객체에 동일한 기능(명령)을 주기 위해 추상 메서드로 선언하지 않았습니다.
  • 미완성 설계도로써, 어느 정도의 제한을 설정할 수 있다.

 

abstract class 특징

1. 구현의 강제성

abstract class Unit {
    int x, y;
    abstract void move(int x, int y); // 지정된 위치로 이동
    void stop() {} // 현재 위치에 정지
}

class Battlecruiser extends Unit {
    void yamato() {} // 고유 능력 야마토 사용
}

class Marine extends Unit { ... }

class Tank extends Unit { ... }

class DropShip extends Unit { ... }

 

깜빡하고 상속한 추상 클래스의 메서드를 재정의 하지 않으면 치명적인 버그가 일어날 수 있습니다.

하지만, 추상 클래스는 큰 문제가 되지 않습니다. 왜냐하면 컴파일 단계에서 빨간 줄 에러를 통해 추상 메서드 move()를 재정의 하라고 에러 메시지를 알려줍니다.

 

→ 일반 클래스로도 상속 관계를 맺을 수 있지만 이러한 점 때문에 추상화 작업과 컴파일 단계에서의 오류를 제공하는 추상 클래스와 인터페이스를 사용합니다.

 

Interface

실생활에서의 인터페이스 쓰임

사용자가 기기를 쉽게 동작시키는데 도움을 주는 상호작용 시스템

(서로 다른 두 개의 시스템, 장치 사이에서 정보나 신호를 주고받는 경우의 경계면이라 합니다.)

예시로 윈도우 인터페이스 (리눅스 OS 같은 경우 터미널 명령어를 통해 파일을 실행 및 조작해야 함)

 

프로그래밍에서의 인터페이스 쓰임

객체의 인스턴스 메서드를 이용하는 입장에서 “그 객체의 내부 구현이 어떻든 깊이 이해할 필요 없이 원하는 메서드만 호출하고 결과 값을 받게 해주는 기능”입니다.

 

Interface 역할

1. 프레임워크의 내부 구성 학습 없이, 그저 지원해 주는 메서드를 이용하여 개발이 가능하다.
2. 규격과 스펙을 정의하여 유지보수성을 높일 수 있다.

 

Interface 정의

interface TV {

	// public static final 생략 가능
    int MAX_VOLUME = 10;
    int MIN_VOLUME = 10;

	// public abstract 생략 가능
    void turnOn();
    void turnOff();
    void changeVolume(int volume);
    void changeChannel(int channel);
}

• 인터페이스에 필드를 선언하기 위해서는 상수(final)로만 정의가 가능합니다.
• public static final, public abstract 키워드(제어자)는 생략이 가능합니다.
  • 생략된 제어자는 컴파일 시에 컴파일러가 자동으로 추가해 줍니다.

 

Interface 구현

• 추상 클래스가 상속을 통해 완성되는 것처럼 인터페이스는 구현부에서 구현됨으로써 완성됩니다.
• 인터페이스를 구현했다면, 자식 클래스에서 인터페이스가 포함하고 있는 추상 메서드를 반드시 구현해주어야 합니다.

 

인터페이스 특징

1. 다중 구현이 가능합니다. (abstract class는 다중 상속이 불가능)
2. 자식 클래스에서 클래스 상속과 인터페이스 구현이 동시에 가능합니다.

interface Animal { 
	public abstract void cry(); 
}

interface Pet { 
	public abstract void play(); 
}

class Tail {
	// ...
}

// 클래스와 인터페이스를 동시에 상속
class Cat extends Tail implements Animal, Pet {

    public void cry() {
        System.out.println("냐옹냐옹!");
    }

    public void play() {
        System.out.println("쥐 잡기 놀이하자~!");
    }
}

 

인터페이스가 extends 키워드 대신 implements라는 '구현'이라는 키워드를 사용하는 이유
상속은 클래스 간의 부모 - 자식 관계를 연관시키는데 의미가 중점 된다면,
구현은 클래스를 확장시켜 다양히 이용하는데 중점이 되기 때문입니다.

 

Interface 일부 구현

자식 클래스가 구현하는 인터페이스의 메서드 중 일부만 구현하려고 한다면, abstract class로 선언해야 합니다.

→ 인터페이스의 추상 메서드를 그대로 상속받기 때문에, 인터페이스를 상속한 클래스에서 메서드 구현을 안 한다면, 이는 추상 메서드를 가진 추상 클래스가 됩니다.

interface Animal {
    void walk();
    void run();
    void breed();
}

// Animal 인터페이스를 일부만 구현하는 포유류 추상 클래스
abstract class Mammalia implements Animal {
    public void walk() { ... }
    public void run() { ... }
    // public void breed() 는 자식 클래스에서 구체적으로 구현하도록 일부로 구현하지 않음 (추상 메서드로 처리)
}

class Lion extends Mammalia {
    @Override
    public void breed() { ... }
}

 

Interface 자체 상속

인터페이스 자체를 확장시키고 싶으면 extends 제어자를 통해 다른 인터페이스를 상속합니다.

클래스와 달리 인터페이스끼리는 다중 상속이 가능합니다.

→ 자식 인터페이스는 부모 인터페이스에 정의된 멤버, 메서드를 모두 상속받습니다.

추가 지식 인터페이스에 클래스를 상속하는 행위는 불가능하다. 왜냐하면, 인터페이스는 클래스와는 달리 Object 클래스가 최고 조상이 아니기 때문이다.

 

참고자료

☕ 추상 클래스(Abstract) 용도 완벽 이해하기

[Java] 추상 클래스와 인터페이스의 차이