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3. 타입과 추상화

일단 컴퓨터를 조작하는 것이 추상화를 구축하고, 조작하고, 추론하는 것에 관한 모든 것이라는 것을 깨닫고 나면 (훌륭한) 컴퓨터 프로그램을 작성하기 위한 중요한 전제 조건은 추상화를 정확하게 다루는 능력이라는 것이 명확해진다. - 키스 데블린

지하철 노선도와 추상화

• 초기의 지하철 노선도는 실제와 유사한 물리적인 지형과 역 간 거리를 사실적으로 묘사하고있었다.
• 문제는 이렇게 사실적인 정보가 오히려 지하철을 이용하는 승객들로 하여금 노선도를 이해하기 어렵게 만든다.
• 지형과 축적은 무시하고 역 사이의 연결성에만 집중한 지하철 노선도 등장
• 꼭 알아야 하는 사실만 정확하게 표현하고 몰라도 되는 정보는 무시함
• 이것이 지하철 노선도의 추상화

추상화를 통한 복잡성 극복

• 사람들은 본능적으로 이해하기 쉽고 예측 가능한 수준으로 현실을 단순화하는 전략을 따른다.
• 새로운 지하철 노선도는 이용하는 승객들의 목적에 맞게 현실을 단순화했다.
• 새 지하철 노선도가 유용했던 이유는 승객들이 지하철을 바라보는 모델과 일치했기 때문이다.
• 어떤 추상화도 의도된 목적이 아닌 다른 목적으로 사용된다면 오도될 수 있다.
• 추상화의 수준, 이익, 가치는 목적에 의존적이다.

추상화

• 어떤 양상, 세부 사항, 구조를 좀 더 명확하게 이해하기 위해 특정 절차나 물체를 의도적으로 생략하거나 감춤으로써 복잡도를 극복하는 방법. 복잡성을 다루기 위해 추상화는 두 차원에서 이뤄진다.
  • 첫 번째 차원: 구체적인 사물들 간의 공통점은 취하고 차이점은 버리는 일반화를 통해 단순화
  • 두 번째 차원: 중요한 부분을 강조하기 위해 불필요한 세부 사항 제거함으로써 단순화
• 객체지향 패러다임은 객체라는 추상화를 통해 현실의 복잡성을 극복한다.

객체지향과 추상화

개념

• 공통점을 기반으로 객체들을 묶기 위한 그릇을 개념(concept)이라고 한다.
• 개념을 이용하면 객체를 여러 그룹으로 분류(classification)할 수 있다.
• 결국 각 객체는 특정한 개념을 표현하는 그룹의 일원으로 포함된다.
• 객체란 특정한 개념을 적용할 수 있는 구체적인 사물을 의미한다. 개념이 객체에 적용됐을 때 객체를 개념의 인스턴스라고 한다.

객체의 세 가지 관점

일반적으로 객체의 분류 장치로서 개념을 이야기 할 때는 아래의 세 가지 관점을 함께 언급한다.

1 . 심볼(symbol): 개념을 가리키는 간략한 이름이나 명칭

• 트럼프

1. 내연(intension): 개념의 완전한 정의를 나타내며 내연의 의미를 이용해 객체가 개념에 속하는지 여부를 확인할 수 있다.
   • 몸이 납작하고 두 손과 두 발은 네모 귀퉁이에 달려 있는 등장인물
2. 외연(extension): 개념에 속하는 모든 객체의 집합(set)
   • 정원사, 병사, 신하, 왕자와 공주, 하객으로 참석한 왕과 완비들, 하트 잭, 하트 왕과 하트 여왕

• 개념이 심볼, 내연, 외연으로 구성돼 있다는 사실보다는 개념을 이용해 객체를 분류할 수 있다는 사실이 더 중요하다.
• 개념을 이용해 공통점을 가진 객체를 분류할 수 있다는 아이디어는 객체지향 패러다임이 복잡성을 극복하는 데 사용하는 가장 기본적인 인지 수단이기 때문이다.

객체를 분류하기 위한 틀

• 분류란 객체에 특정한 개념을 적용하는 작업이다. 객체에 특정한 개념을 적용하기로 결심했을 때 우리는 그 객체를 특정한 집합의 멤버로 분류하고 있는 것이다.
• 분류는 객체지향의 가장 중요한 개념 중 하나다.
  • 어떤 객체를 어떤 개념으로 분류할지가 객체지향의 품질을 결정한다.
• 더 중요한 것은 적절한 분류 체계는 애플리케이션을 다루는 개발자의 머릿속에 객체를 쉽게 찾고 조작할 수 있는 정신적인 지도를 제공한다는 것이다.

분류는 추상화를 위한 도구다.

• 앞에서 추상화가 두 가지 차원에서 이뤄진다고 했던 것을 떠올려 보라.
• 개념을 통해 객체를 분류하는 과정은 추상화의 두 가지 차원을 모두 사용한다.

타입

타입은 개념이다

• 타입의 정의는 개념의 정의와 완전히 동일하다.
• 안타깝게도 타입이 근본적으로 개념과 동일하다고 하더라도 컴퓨터 내부로 들어오는 순간 좀 더 기계적인 의미로 윤색될 수밖에 없다.
• 컴퓨터 안의 bit들을 목적에 따라 분류하면서 타입 시스템이 자라났다.
• 타입 시스템의 목적은 데이터가 잘못 사용되지 않도록 제약사항을 부과하는 것이다.
• 중요한 두 가지 사실
  1. 타입은 데이터가 어떻게 사용되느냐에 관한 것이다.
     • 일반적으로 데이터를 이용해 수행할 수 있는 작업을 연산자(operator)라고 한다.
     • 어떤 데이터에 어떤 연산자를 적용할 수 있는지가 그 데이터의 타입을 결정한다.
  2. 타입에 속한 데이터를 메모리에 어떻게 표현하는지는 외부로부터 철저하게 감춰진다.
• 데이터 타입은 메모리 안에 저장된 데이터의 종류를 분류하는 데 사용하는 메모리 집합에 관한 메타데이터다. 데이터에 대한 분류는 암시적으로 어떤 종류의 연산이 해당 데이터에 대해 수행될 수 있는지를 결정한다.

객체와 타입

• 객체지향 프로그램을 작성할 때 우리는 객체를 일종의 데이터처럼 사용한다.
• 객체를 타입에 따라 분류하고 그 타입에 이름을 붙이는 것은 결국 프로그램에서 사용할 새로운 데이터 타입을 선언하는 것과 같다.
• 데이터 타입에 관한 두 가지 조언은 객체의 타입을 이야기할 때도 동일하게 적용된다.
  1. 어떤 객체가 어떤 타입에 속하는지를 결정하는 것은 객체가 수행하는 행동이다. 어떤 객체들이 동일한 행동을 수행할 수 있다면 그 객체들은 동일한 타입으로 분류될 수 있다.
  2. 객체의 내부적인 표현은 외부로부터 철저하게 감춰진다. 객체의 행동을 가장 효과적으로 수행할 수만 있다면 객체 내부의 상태를 어떤 방식으로 표현하더라도 무방하다.
• 두 가지 조언으로부터 객체지향 설계에 대한 중요한 원칙을 이끌어낼 수 있다.

행동이 우선이다

• 어떤 객체를 다른 객체와 동일한 타입으로 분류하는 기준은?
  • 그 객체가 타입에 속한 다른 객체와 동일한 행동을 하는지 O
  • 그 객체가 어떤 데이터를 가지고 있는지는 X
• 객체의 타입을 결정하는 것은 객체의 행동뿐이다.
• 동일한 행동은 동일한 책임을 의미하며, 동일한 책임이란 동일한 메시지 수신을 의미한다.
• 내부 표현 방식이 다르더라도 동일한 타입에 속한 객체는 동일한 메시지를 수신하고 처리할 수 있다 → 다형성
• 훌륭한 객체지향 설계는 외부에 행동만을 제공하고 데이터는 행동 뒤로 감춰야 한다 → 캡슐화
• 책임 주도 설계(Responsibility-Driven Design)

타입의 계층

트럼프 계층

• 트럼프 인간과 트럼프를 살펴보자.
• 트럼프 인간은 트럼프의 일종이지만 일반적인 트럼프 카드보다 좀 더 특화된 행동을 하는 트럼프다.
• 외연이라는 객체 집합의 관점에서 트럼프는 트럼프 인간을 포괄하는 좀 더 일반적인 개념이다.
• 이 두 개념 사이의 관계를 일반화/특수화 관계라고 한다.

일반화/특수화 관계

• 트럼프는 트럼프 인간보다 더 일반적인 개념이다.
• 일반화/특수화는 행동에 관한 것이다.
• 특수한 타입은 일반적인 타입이 할 수 있는 모든 행동을 동일하게 수행 가능해야 한다.

슈퍼타입과 서브타입

• 좀 더 일반적인 타입을 슈퍼타입(Supertype)이라고 하고 좀 더 특수한 타입을 서브타입(Subtype)이라고한다.

• 슈퍼타입과 서브타입에서 중요한 것은 두 타입 관의 관계가 행동에 의해 결정된다는 점이다.

• 즉, 어떤 타입이 다른 타입의 서브타입이 되기 위해서는 행위적 호환성을 만족시켜야 한다.

  • 서브타입은 슈퍼타입을 대체할 수 있어야 한다.

• 일반화/특수화 관계를 표기하는 방법 (슈퍼타입 상단, 서브타입 하단)

  

• 슈퍼타입의 행동은 서브타입에게 자동으로 상속된다.

  • 서브타입은 슈퍼타입의 행위에 추가적으로 특수한 자신만의 행동을 추가하는 것이므로

• 일반화는 추상화를 위한 도구다.

정적 모델

그래서 결국 타입은 추상화다

• 앨리스가 어떻게 변할 수 있는지 그 다양한 가능성을 고려할 때는 구체적으로 키가 얼마인가보다는 단순히 키가 변할 수 있다는 가능성에 집중하는 것이 더 간단하다.
• 결국 키는 버섯을 먹거나, 음료를 마시거나, 부채질를 할 때마다 변할 것이다.
• 실제로 그런 행동을 할 때 키가 어떤 값인지는 중요하지 않다.
• 타입은 추상화다.
• 결국 타입은 시간에 따른 객체의 상태 변경이라는 복잡성을 단순화할 수 있는 효과적인 방법이다.

동적 모델과 정적 모델

• 우리는 두 가지 모델을 동시에 고려한다.
  • 동적 모델
    • 객체의 스냅샷: 객체가 특정 시점에 구체적으로 어떤 상태를 가지는지
    • 객체 상태변경 디버깅
  • 정적 모델
    • 타입 모델: 객체가 가질 수 있는 모든 상태와 행동을 시간에 독립적으로 표현
    • 클래스 작성하는 시점
• 객체지향 애플리케이션을 설계하고 구현하기 위해서는 객체 관점의 동적 모델과 객체를 추상화한 타입 관점의 정적 모델을 적절히 혼용해야 한다.

클래스

• 타입을 구현하는 가장 보편적인 방법은 클래스를 이용하는 것이다.
• 클래스와 타입은 동일한 것이 아니다.
• 클래스는 단지 타입을 구현할 수 있는 여러 구현 매커니즘 중 하나일 뿐이다.
• 객체를 분류하는 기준은 타입이며, 타입을 나누는 기준은 객체가 수행하는 행동이다.