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객체지향 프로그래밍 (OOP)
OOP 기초
객체지향 4대 원칙
추상화

추상화

추상화란?

추상화Abstraction는 복잡한 시스템에서 중요한 개념이나 기능만을 선택하여 표현하는 것을 의미합니다. 추상화는 구체적인 세부 사항을 감추고, 필요한 핵심 기능만을 외부에 노출함으로써 복잡성을 줄이고, 객체가 제공하는 행동(기능)에만 집중할 수 있게 합니다.

추상화와 캡슐화의 차이

추상화와 캡슐화는 자주 혼동되는 개념이지만, 서로 다른 목적을 가지고 있습니다. 추상화는 복잡성을 줄이기 위해 시스템의 중요한 부분만을 노출하는 데 중점을 두며, 캡슐화는 데이터의 무결성을 보호하기 위해 데이터와 메서드를 하나의 단위로 묶고, 외부로부터의 접근을 제한하는 것을 목표로 합니다.

추상화의 목적과 장점

복잡성 관리

추상화는 복잡한 시스템을 단순화하는 데 중요한 역할을 합니다. 시스템의 모든 세부 사항을 다루기보다는, 필요한 부분만을 선택적으로 표현하여 복잡성을 관리할 수 있습니다. 이를 통해 개발자는 시스템의 핵심 로직에 집중할 수 있으며, 세부 구현에 신경 쓰지 않고도 중요한 기능을 이해하고 사용할 수 있습니다.

코드의 유연성

추상화를 통해 구현된 인터페이스나 추상 클래스는 다양한 구체적인 구현을 가질 수 있어, 코드의 유연성이 크게 향상됩니다. 이는 코드가 변경될 필요 없이 새로운 기능을 추가하거나 변경할 수 있게 해줍니다.

코드 재사용성

추상화를 사용하면 동일한 인터페이스나 추상 클래스를 기반으로 다양한 구현체를 만들 수 있어, 코드의 재사용성이 높아집니다. 새로운 클래스나 모듈을 개발할 때 기존의 추상화된 구조를 활용할 수 있으므로, 개발 효율성이 증가합니다.

유지보수성 향상

추상화는 시스템을 모듈화하여 각 모듈이 독립적으로 변경될 수 있게 합니다. 이를 통해 코드 수정 시 다른 모듈에 미치는 영향을 최소화할 수 있으며, 이는 시스템의 유지보수성을 크게 향상시킵니다.

추상화의 구현 방법

추상화는 주로 클래스, 인터페이스, 추상 클래스 등을 사용하여 구현됩니다.

클래스

클래스는 객체를 정의하는 틀로, 추상화를 구현하는 기본적인 도구입니다. 클래스를 통해 객체의 속성과 메서드를 정의하고, 이를 통해 실제 객체를 생성할 수 있습니다. 클래스는 공통된 속성과 동작을 정의하여 객체를 추상화합니다.

인터페이스

인터페이스는 특정 동작을 정의하는 추상화의 한 형태로, 객체가 가져야 할 메서드의 집합을 명시합니다. 인터페이스를 구현하는 클래스는 이 메서드들을 구체적으로 정의해야 합니다. 인터페이스는 구현 세부 사항을 감추고, 동작의 계약만을 정의하므로, 객체 간의 일관된 상호작용을 보장할 수 있습니다.

public interface IDrivable
{
    void Start();
    void Stop();
}

위의 예시에서, IDrivable 인터페이스는 Start와 Stop 메서드를 정의하고 있으며, 이를 구현하는 클래스는 이 메서드를 구체적으로 구현해야 합니다.

추상 클래스

추상 클래스는 인스턴스화될 수 없으며, 공통된 속성과 동작을 가진 여러 클래스에서 상속받을 수 있는 틀을 제공합니다. 추상 클래스는 일반적으로 일부 메서드를 구현하고, 나머지는 상속받는 클래스가 구현하도록 합니다.

public abstract class Vehicle
{
    public abstract void Start();
    public abstract void Stop();
    
    public void Honk()
    {
        Console.WriteLine("Honk!");
    }
}

위의 예시에서, Vehicle은 추상 클래스이며, Start와 Stop 메서드는 추상 메서드로 정의되어 있습니다. 이 클래스는 직접 인스턴스화될 수 없으며, 이를 상속받는 클래스가 Start와 Stop 메서드를 구체적으로 구현해야 합니다.

.NET에서의 추상화

인터페이스와 추상 클래스

.NET에서는 인터페이스와 추상 클래스를 활용하여 추상화를 구현할 수 있습니다. C#은 다중 상속을 지원하지 않지만, 여러 개의 인터페이스를 구현할 수 있어 유연한 설계가 가능합니다. 또한, 추상 클래스는 공통 기능을 제공하면서도 특정 메서드는 자식 클래스에서 구현하도록 강제할 수 있습니다.

LINQ와 추상화

LINQLanguage Integrated Query는 추상화된 쿼리 구문을 사용하여 다양한 데이터 소스(SQL 데이터베이스, XML, 객체 컬렉션 등)에서 일관된 방식으로 데이터를 조회할 수 있게 해줍니다. LINQ는 쿼리 구문을 추상화하여, 개발자가 데이터 소스의 세부 구현에 신경 쓰지 않고도 데이터를 처리할 수 있도록 합니다.

다른 원칙과의 관계

추상화와 캡슐화

추상화와 캡슐화는 밀접하게 연결된 개념입니다. 추상화는 객체의 중요한 부분만을 외부에 노출하고, 세부 사항은 감추는 데 중점을 둡니다. 캡슐화는 이러한 추상화를 실현하는 수단으로, 데이터를 보호하고 접근을 제한하는 역할을 합니다. 추상화를 통해 객체의 내부 구현을 숨기고, 캡슐화를 통해 외부로부터의 접근을 제어함으로써, 객체지향 설계의 견고성을 높일 수 있습니다.

추상화와 상속

상속은 추상화를 구현하는 일반적인 방식입니다. 부모 클래스는 공통적인 속성과 메서드를 정의하고, 자식 클래스는 이를 상속받아 세부 동작을 구현합니다. 부모 클래스는 구체적인 세부 사항을 구현하지 않고, 자식 클래스에서 구체적인 동작을 구현하도록 합니다. 이를 통해 부모 클래스는 추상적인 역할만을 담당하며, 자식 클래스는 구체적인 동작을 정의합니다.

// 추상 클래스: 도서
public abstract class Book
{
    public string Title { get; set; }
    public string Author { get; set; }
    public Book(string title, string author)
    {
        Title = title;
        Author = author;
    }
    // 추상 메서드: 대출
    public abstract void Borrow();
    // 추상 클래스의 공통 동작
    public void DisplayInfo() => Console.WriteLine($"Title: {Title}, Author: {Author}");
}
// 자식 클래스: 실물 도서
public class PhysicalBook : Book
{
    public PhysicalBook(string title, string author) : base(title, author) {}
    // 구체적인 대출 방식 구현
    public override void Borrow() => Console.WriteLine($"Physical book '{Title}' has been borrowed.");
}
// 자식 클래스: 전자책
public class EBook : Book
{
    public EBook(string title, string author) : base(title, author) {}
    // 구체적인 대출 방식 구현
    public override void Borrow() => Console.WriteLine($"E-Book '{Title}' has been downloaded.");
}
// 도서관 클래스
public class Library
{
    private List<Book> books = new List<Book>();
    public void AddBook(Book book) => books.Add(book);
    public void BorrowBook(Book book) => book.Borrow();
    public void DisplayBooks()
    {
        foreach (var book in books)
        {
            book.DisplayInfo();
        }
    }
}
// 사용 예시
var library = new Library();
var physicalBook = new PhysicalBook("The Great Gatsby", "F. Scott Fitzgerald");
var ebook = new EBook("1984", "George Orwell");
library.AddBook(physicalBook);
library.AddBook(ebook);
library.BorrowBook(physicalBook);  // "Physical book 'The Great Gatsby' has been borrowed."
library.BorrowBook(ebook);         // "E-Book '1984' has been downloaded."
  • Book 클래스는 추상 클래스로, 모든 도서가 공통으로 가져야 할 속성(Title, Author)과 메서드(DisplayInfo)를 정의합니다. 하지만 대출 방법(Borrow)은 구체적인 구현이 각 도서마다 다를 수 있기 때문에 추상 메서드로 정의되었습니다.
  • PhysicalBook과 EBook 클래스는 Book 클래스를 상속받아 각각의 대출 방식을 구체화하였습니다.
  • Library 클래스는 책의 종류에 상관없이 Book 클래스의 Borrow 메서드를 호출하여 다형성을 실현합니다.
추상화와 상속의 상호 보완

추상화는 객체가 제공해야 할 공통적인 인터페이스를 정의하는 데 사용되며, 상속은 이 인터페이스를 구체적으로 구현하는 데 사용됩니다. 상속을 통해 자식 클래스는 부모 클래스의 공통 기능을 물려받고, 구체적인 동작을 추가하거나 변경할 수 있습니다. 추상화는 상속을 통해 더 유연하게 확장될 수 있으며, 상속을 통해 추상적인 개념을 구체적인 코드로 변환하는 과정을 제공합니다.

상속의 한계와 추상화의 보완

상속은 강한 결합을 초래할 수 있으며, 모든 자식 클래스가 부모 클래스의 구조를 강제로 따르게 되어 유연성이 떨어질 수 있습니다. 반면 추상화는 상속 없이도 인터페이스나 추상 클래스를 통해 유연한 설계를 가능하게 하며, 상속의 단점을 보완할 수 있습니다.

추상화와 다형성

다형성은 추상화의 자연스러운 확장으로, 동일한 인터페이스나 부모 클래스를 사용하여 다양한 객체가 서로 다른 방식으로 동작할 수 있도록 합니다. 추상화를 통해 공통된 인터페이스나 추상 클래스를 정의하고, 다형성을 통해 각기 다른 구현체들이 그 인터페이스에 따라 동작하게 할 수 있습니다. 이를 통해 코드의 유연성과 확장성을 높일 수 있습니다.

SOLID 원칙과의 연계

추상화과 단일 책임 원칙

추상화를 통해 각 클래스나 모듈이 하나의 책임만을 가지도록 설계할 수 있으며, 이는 코드의 유지보수성을 높이고 변경의 영향을 줄이는 데 도움이 됩니다.

추상화와 개방_폐쇄 원칙

추상화는 개방 폐쇄 원칙OCP를 강화합니다. 인터페이스나 추상 클래스를 사용하여 시스템을 설계하면, 새로운 기능을 추가할 때 기존 코드를 수정하지 않고도 확장이 가능합니다. 이는 시스템의 안정성과 재사용성을 높이는 데 기여합니다.

추상화와 리스코프 치환 원칙

리스코프 치환 원칙LSP은 자식 클래스가 부모 클래스를 대체할 수 있어야 한다는 원칙으로, 추상화는 이를 실현하는 데 중요한 역할을 합니다. 추상화된 클래스나 인터페이스는 자식 클래스가 부모 클래스를 대체하면서도 동일한 방식으로 동작하도록 보장할 수 있습니다.

추상화와 인터페이스 분리 원칙

인터페이스 분리 원칙ISP은 클라이언트가 자신이 사용하지 않는 메서드에 의존하지 않도록 인터페이스를 분리하라는 원칙입니다. 추상화를 통해 인터페이스를 작은 단위로 분리하고, 필요한 부분만 구현하도록 할 수 있습니다. 이를 통해 불필요한 의존성을 줄이고, 시스템의 유연성을 높일 수 있습니다.

추상화와 의존 역전 원칙

의존 역전 원칙DIP은 고수준 모듈이 저수준 모듈에 의존하지 않도록 하고, 추상화된 인터페이스에 의존하도록 하는 원칙입니다. 추상화는 DIP를 강화하는 핵심 요소로, 고수준 모듈이 구체적인 구현이 아닌 추상화된 인터페이스에 의존함으로써, 시스템의 유연성과 확장성을 높일 수 있습니다.

추상화의 한계

구현 복잡성

추상화를 잘못 적용하면, 오히려 시스템의 구현이 복잡해질 수 있습니다. 불필요하거나 과도한 추상화는 코드의 가독성을 떨어뜨리고, 유지보수를 어렵게 만들 수 있습니다. 추상화는 필요할 때, 적절한 수준에서만 적용해야 하며, 시스템의 복잡성을 줄이는 데 기여해야 합니다.

// 추상화된 대출 시스템
public abstract class BorrowSystem
{
    public abstract void BorrowBook(string bookTitle, string memberName);
    public abstract void ReturnBook(string bookTitle, string memberName);
}
// 실물 도서관 대출 시스템
public class PhysicalLibraryBorrowSystem : BorrowSystem
{
    public override void BorrowBook(string bookTitle, string memberName)
        => Console.WriteLine($"'{bookTitle}' has been borrowed by {memberName} from the physical library.");
    public override void ReturnBook(string bookTitle, string memberName)
        => Console.WriteLine($"'{bookTitle}' has been returned by {memberName} to the physical library.");
}
// 전자 도서관 대출 시스템
public class DigitalLibraryBorrowSystem : BorrowSystem
{
    public override void BorrowBook(string bookTitle, string memberName)
        => Console.WriteLine($"'{bookTitle}' has been borrowed by {memberName} from the digital library.");
    public override void ReturnBook(string bookTitle, string memberName)
        => Console.WriteLine($"'{bookTitle}' has been returned by {memberName} to the digital library.");
}
// 도서관 클래스
public class Library
{
    private BorrowSystem borrowSystem;
    public Library(BorrowSystem borrowSystem)
    {
        this.borrowSystem = borrowSystem;
    }
    public void BorrowBook(string bookTitle, string memberName)
        => borrowSystem.BorrowBook(bookTitle, memberName);
    public void ReturnBook(string bookTitle, string memberName)
        => borrowSystem.ReturnBook(bookTitle, memberName);
}
// 사용 예시
BorrowSystem physicalBorrowSystem = new PhysicalLibraryBorrowSystem();
Library physicalLibrary = new Library(physicalBorrowSystem);
physicalLibrary.BorrowBook("The Great Gatsby", "John Doe");
physicalLibrary.ReturnBook("The Great Gatsby", "John Doe");
// 결과:
// 'The Great Gatsby' has been borrowed by John Doe from the physical library.
// 'The Great Gatsby' has been returned by John Doe to the physical library.
  • 이 예시에서는 실물 도서관과 전자 도서관 대출 시스템을 위한 별도의 BorrowSystem 클래스를 만들었지만, 실제로 대출과 반납에 큰 차이가 없으며, 너무 많은 추상화로 인해 오히려 중복된 코드가 발생하고 복잡성이 증가했습니다.

성능 문제

추상화는 종종 성능 오버헤드를 초래할 수 있습니다. 특히, 추상화된 계층이 많아지면, 메서드 호출이 많아지고, 이로 인해 성능이 저하될 수 있습니다. 성능이 중요한 시스템에서는 추상화를 신중하게 적용해야 하며, 필요에 따라 최적화를 고려해야 합니다.

유지보수의 어려움

추상화가 잘못 설계된 경우, 기존 시스템에 새로운 요구사항을 추가하는 것이 어려울 수 있습니다. 추상화를 지나치게 일반화하면, 실제로 필요한 구체적인 구현을 추가하기 어려워질 수 있으며, 이는 시스템의 확장성을 저해할 수 있습니다.

맺음말

추상화는 객체지향 프로그래밍의 핵심 원칙 중 하나로, 복잡한 시스템을 단순화하고, 중요한 부분에만 집중할 수 있게 하는 강력한 도구입니다. 추상화를 잘 활용하면 코드의 복잡성을 줄이고, 유지보수성과 재사용성을 높일 수 있습니다. 객체지향 설계에서 추상화는 필수적인 개념이며, 이를 잘 이해하고 적용하는 것이 효과적인 소프트웨어 개발의 핵심입니다.

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다형성캡슐화