DotNet
객체지향 프로그래밍 (OOP)
OOP 기초
객체지향 4대 원칙
다형성

다형성

다형성이란?

다형성Polymorphism은 같은 이름의 메서드나 연산자가 다양한 데이터 타입에서 다르게 동작할 수 있는 능력을 의미합니다. 이를 통해 동일한 인터페이스나 부모 클래스를 기반으로 다양한 파생 클래스가 서로 다른 방식으로 동작할 수 있어, 코드의 유연성과 확장성을 극대화할 수 있습니다.

다형성의 목적과 장점

다형성의 주요 목적은 코드를 더 유연하고 재사용 가능하게 만드는 것입니다. 다형성을 통해 개발자는 하나의 인터페이스를 정의하고, 이를 구현하는 다양한 클래스에서 그 인터페이스에 따라 각기 다른 동작을 하도록 할 수 있습니다. 이로 인해, 새로운 클래스를 추가하거나 기존 클래스를 변경할 때 전체 코드베이스를 수정하지 않아도 되는 장점이 있습니다.

코드의 유연성

다형성은 하나의 인터페이스를 통해 여러 클래스를 동일한 방식으로 다룰 수 있게 하여 코드의 유연성을 크게 향상시킵니다. 이는 특히 확장성이 중요한 대규모 시스템에서 강력한 이점을 제공합니다.

코드 재사용성

다형성을 통해 작성된 코드는 다양한 객체 타입을 처리할 수 있어 코드의 재사용성을 높입니다. 같은 로직을 여러 객체에 적용할 수 있기 때문에 중복 코드가 줄어들고, 유지보수가 쉬워집니다.

유지보수성 향상

다형성을 사용하면 새로운 클래스나 기능을 추가할 때 기존 코드를 최소한으로 수정하거나 수정 없이도 확장이 가능합니다. 이는 시스템의 유지보수성을 높이고, 변경에 유연하게 대응할 수 있게 합니다.

코드의 가독성

다형성을 통해 코드의 의도를 명확하게 표현할 수 있어, 코드의 가독성이 향상됩니다. 개발자는 특정 메서드나 인터페이스가 다양한 방식으로 구현될 수 있다는 점을 명확히 이해할 수 있습니다.

다형성의 구현 방식

컴파일 타임 다형성 (정적 다형성)

컴파일 타임 다형성은 메서드 오버로딩Method Overloading과 연산자 오버로딩Operator Overloading등을 통해 구현됩니다. 같은 이름의 메서드를 여러 개 정의하고, 전달되는 인자의 타입이나 개수에 따라 서로 다른 메서드가 호출됩니다.

public class Calculator
{
    public int Add(int a, int b) => a + b;
    public double Add(double a, double b) => a + b;
    public int Add(int a, int b, int c) => a + b + c;
}
  • 위 예제에서 Add 메서드는 인자의 타입과 개수에 따라 다르게 동작합니다.

런타임 다형성 (동적 다형성)

런타임 다형성은 메서드 오버라이딩Method Overriding과 인터페이스Interface 구현을 통해 이루어집니다. 부모 클래스에서 정의된 메서드를 자식 클래스에서 재정의하거나, 인터페이스를 구현한 클래스에서 메서드를 정의함으로써 동작을 다르게 할 수 있습니다.

public class Animal
{
    public virtual void MakeSound() => Console.WriteLine("Some generic animal sound");
}
public class Dog : Animal
{
    public override void MakeSound() => Console.WriteLine("Bark");
}
public class Cat : Animal
{
    public override void MakeSound() => Console.WriteLine("Meow");
}
  • 위 예제에서 Dog와 Cat 클래스는 Animal 클래스의 MakeSound 메서드를 각각의 방식으로 재정의Overriding하고 있습니다.
  • 이를 통해 Dog 객체와 Cat 객체가 동일한 MakeSound 메서드를 호출하더라도 각자 다르게 동작합니다.

.NET에서의 다형성

.NET에서는 다형성을 구현하기 위해 추상 클래스, 인터페이스, 가상 메서드 등의 기능을 제공합니다. C#에서는 virtual 키워드를 사용하여 부모 클래스의 메서드를 오버라이드할 수 있으며, interface를 통해 여러 클래스에서 동일한 메서드 시그니처를 구현할 수 있습니다.

인터페이스

인터페이스는 클래스가 구현해야 할 메서드와 속성을 정의하는 계약으로, 다형성을 통해 서로 다른 클래스들이 동일한 인터페이스를 구현하여 다양한 방식으로 동작할 수 있게 합니다.

public interface IShape
{
    double GetArea();
}
public class Circle : IShape
{
    public double Radius { get; set; }
    public double GetArea() => Math.PI * Radius * Radius;
}
public class Rectangle : IShape
{
    public double Width { get; set; }
    public double Height { get; set; }
    public double GetArea() => Width * Height;
}
  • IShape 인터페이스는 GetArea 메서드를 정의하고, 이를 구현하는 Circle과 Rectangle 클래스는 각각의 방식으로 면적을 계산합니다.

추상 클래스와 추상 메서드

추상 클래스는 인스턴스화할 수 없으며, 반드시 자식 클래스에서 구현해야 하는 추상 메서드를 가질 수 있습니다. 추상 클래스는 인터페이스와 유사하지만, 구현된 메서드도 포함할 수 있습니다.

public abstract class Shape
{
    public abstract double GetArea();
}
public class Triangle : Shape
{
    public double Base { get; set; }
    public double Height { get; set; }
    public override double GetArea() => 0.5 * Base * Height;
}

Covariance와 Contravariance

.NET에서는 제네릭 타입의 다형성을 지원하기 위해 공변성Covariance과 반공변성Contravariance을 제공합니다. 이를 통해 제네릭 타입을 부모-자식 관계에 따라 더 유연하게 사용할 수 있습니다.

LINQ와 다형성

.NET의 LINQLanguage Integrated Query는 다형성을 적극적으로 활용하여 다양한 데이터 소스에 대해 일관된 쿼리 구문을 사용할 수 있게 해줍니다.

다른 객체 지향 원칙과의 관계

다형성과 캡슐화

다형성은 캡슐화된 객체 간의 상호작용을 단순화하고, 인터페이스를 통해 객체와 상호작용할 수 있게 합니다. 캡슐화는 객체의 내부 구현을 숨기고, 다형성은 동일한 인터페이스를 가진 객체들이 각기 다른 방식으로 동작할 수 있도록 하여, 객체지향 시스템의 유연성과 확장성을 극대화합니다.

다형성과 상속

다형성은 상속과 밀접한 관계를 맺고 있습니다. 상속을 통해 자식 클래스는 부모 클래스의 인터페이스를 그대로 물려받고, 이를 기반으로 다양한 동작을 정의할 수 있습니다. 다형성은 이 상속 구조를 활용하여, 부모 클래스의 참조를 통해 자식 클래스의 객체를 다양한 형태로 사용할 수 있게 합니다.

다형성과 추상화

다형성은 추상화를 통해 구현된 인터페이스나 추상 클래스와 함께 사용됩니다. 추상화는 객체가 제공해야 할 기본 인터페이스를 정의하고, 다형성은 이 인터페이스를 통해 다양한 구현체를 동적으로 사용할 수 있게 합니다. 추상화와 다형성은 함께 사용되어, 객체지향 시스템의 유연성과 확장성을 더욱 높입니다.

SOLID 원칙과의 관계

다형성과 단일 책임 원칙

단일 책임 원칙SRP은 클래스나 모듈이 하나의 책임만 가지며, 변경이 있을 경우 그 책임에 관련된 이유로만 변경되어야 한다는 원칙입니다. 다형성은 SRP를 실현하는 데 중요한 역할을 합니다. 동일한 인터페이스를 통해 다양한 구현을 제공함으로써, 각 클래스가 고유의 책임을 가지면서도, 일관된 방식으로 동작할 수 있습니다. 이는 코드의 유지보수를 쉽게 하고, 변경의 영향을 최소화합니다.

다형성과 개방_폐쇄 원칙

개방/폐쇄 원칙OCP은 소프트웨어 개체가 확장에는 열려 있어야 하지만, 변경에는 닫혀 있어야 한다는 원칙입니다. 다형성은 OCP를 강화하는 데 기여합니다. 인터페이스나 추상 클래스를 기반으로 새로운 기능을 추가할 때, 기존 코드를 수정하지 않고도 새로운 클래스를 추가할 수 있습니다. 이는 시스템의 확장성을 높이고, 코드의 안정성을 유지할 수 있게 합니다.

다형성과 리스코프 치환 원칙

리스코프 치환 원칙LSP은 자식 클래스가 부모 클래스를 대체할 수 있어야 한다는 원칙입니다. 다형성은 LSP를 실현하는 데 필수적입니다. 자식 클래스는 부모 클래스의 인터페이스를 그대로 유지하면서도, 자신만의 고유한 동작을 정의할 수 있습니다. 이를 통해 부모 클래스의 인스턴스를 사용하는 코드가 자식 클래스로 대체되더라도, 일관된 동작을 보장할 수 있습니다.

다형성과 인터페이스 분리 원칙

인터페이스 분리 원칙ISP은 클라이언트가 자신이 사용하지 않는 메서드에 의존하지 않도록 인터페이스를 분리하라는 원칙입니다. 다형성은 ISP를 지원합니다. 다형성을 활용하여 인터페이스를 작은 단위로 분리하고, 각 클래스가 필요한 인터페이스만 구현함으로써 불필요한 의존성을 줄일 수 있습니다. 이는 시스템의 유연성을 높이고, 코드의 가독성을 개선하는 데 도움이 됩니다.

다형성과 의존 역전 원칙

의존 역전 원칙DIP은 고수준 모듈이 저수준 모듈에 의존하지 않도록 하고, 추상화된 인터페이스에 의존하도록 하는 원칙입니다. 다형성은 DIP를 강화합니다. 다형성을 통해 고수준 모듈은 구체적인 구현이 아닌 추상화된 인터페이스에 의존할 수 있으며, 이를 통해 저수준 모듈의 구현 변경이 고수준 모듈에 영향을 미치지 않도록 할 수 있습니다. 이는 시스템의 유연성과 확장성을 높이는 데 중요한 역할을 합니다.

다형성의 한계

성능 오버헤드

런타임 다형성은 호출 시점에 어떤 메서드가 실행될지 결정하기 때문에, 정적 바인딩보다 약간의 성능 오버헤드가 발생할 수 있습니다. 이는 성능이 중요한 시스템에서는 고려해야 할 사항입니다.

복잡성 증가

다형성을 과도하게 사용하면 코드의 복잡성이 증가할 수 있습니다. 다양한 클래스와 인터페이스가 서로 상호작용할 때, 코드의 구조를 이해하는 데 어려움이 생길 수 있습니다.

// 책 대출을 위한 인터페이스 정의
public interface IBorrowable
{
    void BorrowBook();
}
// 종이책 대출 구현
public class PhysicalBook : IBorrowable
{
    public void BorrowBook() => Console.WriteLine("Physical book borrowed.");
}
// 전자책 대출 구현
public class EBook : IBorrowable
{
    public void BorrowBook() => Console.WriteLine("E-Book borrowed. You can now download the book.");
}
// 오디오북 대출 구현
public class AudioBook : IBorrowable
{
    public void BorrowBook() => Console.WriteLine("Audio book borrowed. You can now listen to the book.");
}
// 대출 처리 클래스
public class Library
{
    public void Borrow(IBorrowable book) => book.BorrowBook();
}
  • 여러 유형의 도서(예: 종이책, 전자책, 오디오북)를 처리하는 시스템을 구축할 때, 각 도서의 대출 방식이 다르기 때문에 다형성을 통해 이를 구현할 수 있지만, 여러 유형의 도서가 추가되거나 IBorrowable 에 메서드가 추가되면 복잡성이 급격히 증가할 수 있습니다.

맺음말

다형성은 객체지향 프로그래밍에서 필수적인 개념으로, 코드의 유연성과 확장성을 크게 향상시킵니다. .NET에서는 다양한 메커니즘을 통해 다형성을 지원하며, 이를 효과적으로 활용함으로써 더 모듈화되고 유지보수하기 쉬운 코드를 작성할 수 있습니다. 특히 상속, 인터페이스, 추상 클래스와 같은 객체지향 프로그래밍의 기본 요소를 이해하고, 이들을 다형성과 함께 사용하는 것이 중요합니다.

Buy me a coffee Buy me a coffee
상속추상화