Java 기본편 강의_상속

상속

 

상속 - 시작

package extends1.ex1;

public class ElectricCar {

    public void move() {
        System.out.println("차를 이동합니다.");
    }

    public void charge() {
        System.out.println("충전합니다.");
    }
}

package extends1.ex1;

public class GasCar {

    public void move() {
        System.out.println("차를 이동합니다.");
    }

    public void fillUp() {
        System.out.println("기름을 주유합니다.");
    }
}

package extends1.ex1;

public class CarMain {

    public static void main(String[] args) {
        ElectricCar electricCar = new ElectricCar();
        electricCar.move();
        electricCar.charge();

        GasCar gasCar = new GasCar();
        gasCar.move();
        gasCar.fillUp();
    }
}

전기차든 가솔린차든 주유하는 방식이 다른 것이지 이동하는 것은 똑같다. 이런 경우 상속 관계를 사용하는 것이 효과적이다.

 

상속 관계

상속은 객체 지향 프로그래밍의 핵심 요소 중 하나이다.
기존 클래스의 필드와 메서드를 새로운 클래스에서 재사용하게 해 준다.
이름 그대로 기존 클래스의 속성과 기능을 그대로 물려받는 것이다. 상속을 사용하려면 extends 키워드를 사용하면 된다.
그리고 extends 대상은 하나만 선택할 수 있다.

용어 정리

• 부모 클래스 (슈퍼 클래스) : 상속을 통해 자신의 필드와 메서드를 다른 클래스에 제공하는 클래스이다.
• 자식 클래스 (서브 클래스) : 부모 클래스로부터 필드와 메서드를 상속받는 클래스이다.

기존 코드를 유지하기 위해 ex2 패키지를 새로 만든다.

package extends1.ex2;

public class Car {
    
    public void move() {
        System.out.println("차를 이동합니다.");
    }
}

package extends1.ex2;

public class ElectricCar extends Car{

    public void charge() {
        System.out.println("충전합니다.");
    }
}

package extends1.ex2;

public class GasCar extends Car{

    public void fillUp() {
        System.out.println("기름을 주유합니다.");
    }
}

package extends1.ex2;

public class CarMain {
    public static void main(String[] args) {
        ElectricCar electricCar = new ElectricCar();
        electricCar.move();
        electricCar.charge();

        GasCar gasCar = new GasCar();
        gasCar.move();
        gasCar.fillUp();
    }
}

참고로 당연한 이야기지만 상속은 부모의 기능을 자식이 물려받는 것이다. 따라서 자식이 부모의 기능을 물려받아서 사용할 수 있다.
반대로 부모 클래스는 자식 클래스에 접근할 수 없다. 자식 클래스는 부모 클래스의 기능을 물려받기 때문에 접근할 수 있지만, 그 반대는 아니다.

단일 상속

참고로 자바는 다중 상속을 지원하지 않는다. 그래서 extends 대상은 하나만 선택할 수 있다. 부모를 하나만 선택할 수 있다는 뜻이다.
물론 부모가 또 다른 부모를 하나 가지는 것은 괜찮다.

다중 상속을 사용하면 클래스 계층 구조가 매우 복잡해질 수 있다. 이런 문제점 때문에 Java는 클래스의 다중 상속을 허용하지 않는다.

 

상속과 메모리 구조

이 부분을 제대로 이해하는 것이 앞으로 정말 중요하다!

ElectricCar electricCar = new ElectricCar();

new ElectricCar( )를 호출하면 ElectricCar 뿐만 아니라 상속 관계에 있는 Car까지 함께 포함해서 인스턴스를 생성한다.
참조값은 x001로 하나이지만 실제로 그 안에서는 Car, ElectircCar라는 두 가지 클래스 정보가 공존하는 것이다.
상속이라고 해서 단순하게 부모의 필드와 메서드만 물려받는 게 아니다. 상속 관계를 사용하면 부모 클래스도 함께 포함해서 생성된다.
외부에서 볼 때는 하나의 인스턴스를 생성하는 것 같지만 내부에서는 부모와 자식이 모두 생성되고 공간도 구분된다.

electricCar.charge( ) 호출

electricCar.charge( )를 호출하면 참조값을 확인해서 x001.charge( )를 호출한다. 따라서 x001을 찾아서 charge( )를 호출하면 되는 것이다. 그런데 상속 관계의 경우에는 내부에 부모와 자식이 모두 존재한다. 이때 부모인 Car를 통해서 charge( )를 찾을지 아니면 ElectricCar를 통해서 charge( )를 찾을지 선택해야 한다.
이때는 호출하는 변수의 타입(클래스)을 기준으로 선택한다. electricCar 변수의 타입이 ElectricCar이므로 인스턴스 내부에 같은 타입인 ElectricCar를 통해서 charge( )를 호출한다.

electricCar.move( ) 호출

electricCar.move( )를 호출하면 먼저 x001 참조로 이동한다. 내부에는 Car, ElectricCar 두 가지 타입이 있다. 이때 호출하는 변수인 electricCar의 타입이 ElectricCar이므로 이 타입을 선택한다.
그런데 ElectricCar에는 move( ) 메서드가 없다. 상속 관계에서는 자식 타입에 해당 기능이 없으면 부모 타입으로 올라가서 찾는다. 이 경우 ElectricCar의 부모님 Car로 올라가서 move( )를 찾는다. 부모인 Car에 move( )가 있으므로 부모에 있는 move( ) 메서드를 호출한다.

만약 부모에서도 해당 기능을 찾지 못하면 더 상위 부모에서 필요한 기능을 찾아본다. 부모에 부모로 계속 올라가면서 필드나 메서드를 찾는 것이다. 물론 계속 찾아도 없으면 컴파일 오류가 발생한다.

지금까지 설명한 상속과 메모리 구조는 반드시 이해해야 한다!

• 상속 관계의 객체를 생성하면, 그 내부에는 부모와 자식이 모두 생성된다.
• 상속 관계의 객체를 호출할 때, 대상 타입을 정해야 한다. 이때 호출자의 타입을 통해 대상 타입을 찾는다.
• 현재 타입에서 기능을 차지 못하면 상위 부모 타입으로 기능을 찾아서 실행한다. 기능을 찾지 못하면 컴파일 오류가 발생한다.

 

상속과 기능 추가

기존 코드를 유지하기 위해 ex3 패키지를 새로 생성한다.

package extends1.ex3;

public class Car {
    
    public void move() {
        System.out.println("차를 이동합니다.");
    }
    
    // 추가
    public void openDoor() {
        System.out.println("문을 엽니다.");
    }
}

package extends1.ex3;

public class ElectricCar extends Car {

    public void charge() {
        System.out.println("충전합니다.");
    }
}

package extends1.ex3;

public class GasCar extends Car {

    public void fillUp() {
        System.out.println("기름을 주유합니다.");
    }
}

package extends1.ex3;

public class HydrogenCar extends Car{

    public void fillHydrogen() {
        System.out.println("수소를 충전합니다.");
    }
}

package extends1.ex3;

public class CarMain {
    public static void main(String[] args) {
        ElectricCar electricCar = new ElectricCar();
        electricCar.move();
        electricCar.charge();
        electricCar.openDoor();

        GasCar gasCar = new GasCar();
        gasCar.move();
        gasCar.fillUp();
        gasCar.openDoor();

        HydrogenCar hydrogenCar = new HydrogenCar();
        hydrogenCar.move();
        hydrogenCar.fillHydrogen();
        hydrogenCar.openDoor();
    }
}

상속 관계 덕분에 중복은 줄어들고, 새로운 수소차를 편리하게 확장(extend)한 것을 알 수 있다.

 

상속과 메서드 오버라이딩

부모 타입의 기능을 자식에서는 다르게 재정의 하고 싶을 수 있다.
이렇게 부모에게서 상속받은 기능을 자식이 재정의 하는 것을 메서드 오버라이딩(Overriding)이라고 한다.

@Overriding

package extends1.overriding;

public class ElectricCar extends Car {

    @Override
    public void move() {
        System.out.println("전기차를 빠르게 이동합니다.");
    }

    public void charge() {
        System.out.println("충전합니다.");
    }
}

@이 붙은 부분을 애노테이션이라고 한다. 애노테이션을 주석과 비슷한데, 프로그램이 읽을 수 있는 특별한 주석이라 생각하면 된다.
이 애노테이션은 상위 클래스의 메서드를 오버라이드하는 것임을 나타낸다.
이름 그대로 오버라이딩한 메서드 위에 이 애노테이션을 붙여야 한다.
컴파일러는 이 애노테이션을 보고 메서드가 정확히 오버라이드 되었는지 확인한다. 오버라이딩 조건을 만족시키지 않으면 컴파일 에러를 발생시킨다. 따라서 실수로 오버라이딩을 못하는 경우를 방지해 준다. 예를 들어서 이 경우에 만약 부모에 move( ) 메서드가 없다면 컴파일 오류를 발생한다.
참고로 이 기능은 필수는 아니지만 코드의 명확성을 위해 붙여주는 것이 좋다.

오버로딩(Overloading)과 오버라이딩(Overriding)

• 메서드 오버로딩 : 메서드 이름이 같고 파라미터가 다른 메서드를 여러 개 정의하는 것을 메서드 오버로딩(Overloading)이라 한다.
  오버로딩은 번역하면 과적인데, 과하게 물건을 담았다는 뜻이다.
  따라서 같은 이름의 메서드를 여러개 정의했다고 이해하면 된다.
• 메서드 오버라이딩 : 메서드 오버라이딩은 하위 클래스에서 상위 클래스의 메서드를 재정의하는 과정을 의미한다. 따라서 상속 관계에서 사용한다. 부모의 기능을 자식이 다시 정의하는 것이다.
  오버라이딩을 단순히 해석하면 무언가를 넘어서 타는 것을 말한다. 자식의 새로운 기능이 부모의 기존 기능을 넘어 타서 기존 기능을 새로운 기능으로 덮어버린다고 이해하면 된다.
  오버라이딩을 우리말로 번역하면 무언가를 다시 정의한다고 해서 재정의라고 한다. 상속 관계에서는 기존 기능을 다시 정의한다고 이해하면 된다. 실무에서는 메서드 오버라이딩, 메서드 재정의 둘 다 사용한다.

메서드 오버라이딩 조건

• 메서드 이름 : 메서드 이름이 같아야 한다.
• 메서드 매개변수(파라미터) : 파라미터 타입, 순서, 개수가 같아야 한다.
• 반환 타입 : 반환 타입이 같아야 한다. 단 반환 타입이 하위 클래스 타입일 수 있다.
• 접근 제어자 : 오버라이딩 메서드의 접근 제어자는 상위 클래스의 메서드보다 더 제한적이어서는 안 된다. 예를 들어 상위 클래스의 메서드가 protected로 선언되어 있으면 하위 클래스에서 이를 public 또는 protected로 오버라이드할 수 있지만, private 또는 default로 오버라이드 할 수 없다.
• 예외 : 오버라이딩 메서드는 상위 클래스의 메서드보다 더 많은 체크 예외를 throws로 선언할 수 없다. 하지만 더 적거나 같은 수의 예외, 또는 하위 타입의 예외는 선언할 수 있다.
• static, final, private : 키워드가 붙은 메서드는 오버라이딩 할 수 없다.
  • static은 클래스 레벨에서 작동하므로 인스턴스 레벨에서 사용하는 오버라이딩이 의미가 없다. 쉽게 이야기해서 그냥 클래스 이름을 통해 필요한 곳에 직접 접근하면 된다.
  • final 메서드는 재정의를 금지한다.
  • private 메서드는 해당 클래스에서만 접근 가능하기 때문에 하위 클래스에서 보이지 않는다. 따라서 오버라이딩 할 수 없다.
• 생성자 오버라이딩 : 생성자는 오버라이딩 할 수 없다.

 

상속과 접근 제어

접근 제어자를 표현하기 위해 UML 표기법을 일부 사용했다.

• + : public
• # : protected
• ~ : default
• - : private

package extends1.access.parent;

public class Parent {

    public int publicValue;
    protected int protectedValue;
    int defaultValue;
    private int privateValue;

    public void publicMethod() {
        System.out.println("Parent.publicMethod");
    }

    protected void protectedMethod() {
        System.out.println("Parent.protectedMethod");
    }

    void defaultMethod() {
        System.out.println("Parent.defaultMethod");
    }

    private void privateMethod() {
        System.out.println("Parent.privateMethod");
    }

    public void printParent() {
        System.out.println("==Parent 메서드 안==");
        System.out.println("publicValue = " + publicValue);
        System.out.println("protectedValue = " + protectedValue);
        System.out.println("defaultValue = " + defaultValue);
        System.out.println("privateValue = " + privateValue);

        // 부모 메서드 안에서 모두 접근 가능
        defaultMethod();
        privateMethod();
    }
}

package extends1.access.child;

import extends1.access.parent.Parent;

public class Child extends Parent {

    public void call() {
        publicValue = 1;
        protectedValue = 1;  // 상속 관계 or 같은 패키지
        //defaultValue = 1;  // 다른 패키지 접근 불가, 컴파일 오류
        //privateValue = 1;  // 접근 불가, 컴파일 오류

        publicMethod();
        protectedMethod();  // 상속 관계 or 같은 패키지
        //defaultMethod();  // 다른 패키지 접근 불가, 컴파일 오류
        //privatemethod();  // 접근 불가, 컴파일 오류

        printParent();
    }
}

package extends1.access;

import extends1.access.child.Child;

public class ExtendsAccessMain {

    public static void main(String[] args) {
        Child child = new Child();

        child.call();
    }
}

둘의 패키지가 다르다는 부분에 유의해야 한다.

자식클래스인 Child에서 부모 클래스인 Parent에 얼마나 접근할 수 있는지 확인한다.

• publicValue = 1 : 부모의 public 필드에 접근한다. public이므로 접근할 수 있다.
• protectedValue = 1 : 부모의 protected 필드에 접근한다. 자식과 부모는 다른 패키지이지만, 상속 관계이므로 접근할 수 있다.
• defaultValue = 1 : 부모의 default 필드에 접근한다. 자식과 부모가 다른 패키지이므로 접근할 수 없다.
• privateValue = 1 : 부모의 private 필드에 접근한다. private은 모든 외부 접근을 막으므로 자식이라도 호출할 수 없다.

 

super - 부모 참조

부모와 자식의 필드명이 같거나 메서드가 오버라이딩 되어 있으면, 자식에서 부모의 필드나 메서드를 호출할 수 없다.
이때 super 키워드를 사용하면 부모를 참조할 수 있다. super는 이름 그대로 부모 클래스에 대한 참조를 나타낸다.

 

super - 생성자

상속 관계의 인스턴스를 생성하면 결국 메모리 내부에는 자식과 부모 클래스가 각각 다 만들어진다.
따라서 각각의 생성자도 모두 호출되어야 한다.

상속 관계를 사용하면 자식 클래스의 생성자에서 부모 클래스의 생성자를 반드시 호출해야 한다. (규칙)
상속 관계에서 부모의 생성자를 호출할 때는 super(. . .)를 사용하면 된다.

• 상속 관계의 생성자 호출은 결과적으로 부모에서 자식 순서로 실행된다. 따라서 부모의 데이터를 먼저 초기화하고 그다음에 자식의 데이터를 초기화한다.
• 상속 관계에서 자식 클래스의 생성자 첫 줄에 반드시 super(. . .)를 호출해야 한다. 단 기본 생성자(super( ))인 경우 생략할 수 있다.

 

정리

클래스와 메서드에 사용되는 final

클래스에 final

• 상속 끝!
• final로 선언된 클래스는 확장될 수 없다. 다른 클래스가 final로 선언된 클래스로 상속받을 수 없다.

메서드에 final

• 오버라이딩 끝!
• final로 선언된 메서드는 오버라이드 될 수 없다. 상속받은 서브 클래스에서 이 메서드를 변경할 수 없다.