9장 다형성

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1. 다형성

다형성(Polymorphism) 이란 하나의 객체가 여러 형태를 가질 수 있는 성질을 의미합니다. !! 중요 !!

다형성의 특징으로 인해 자바에서는 부모 타입의 참조변수로 자식 타입의 객체를 참조할 수 있습니다.

자바에서는 클래스의 형변환(업캐스팅/다운캐스팅)을 통해 다형성을 구현하였습니다.

예시 코드

class Animal {
    void sound() {
        System.out.println("동물이 소리를 냅니다.");
    }
}

class Dog extends Animal {
    void sound() {
        System.out.println("멍멍!");
    }
}

class Cat extends Animal {
    void sound() {
        System.out.println("야옹!");
    }
}

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Animal myAnimal1 = new Dog();
        Animal myAnimal2 = new Cat();
        myAnimal1.sound();  // 멍멍!
        myAnimal2.sound();  // 야옹!
    }
}

Animal 타입 참조변수 myAnimal1에 저장된 객체는 Dog 객체를 가리키고 있어, Dog의 sound()가 호출됩니다. 마찬가지로 myAnimal2 에 저장된 객체는 Cat객체를 가리키고 있으므로 Cat의 sound()가 호출됩니다. 이처럼 하나의 부모타입 참조변수로 자식타입의 객체들을 다룰 수 있으므로 코드를 유연하고, 확장성 있게 기술할 수 있습니다.

1. 업캐스팅과 다운캐스팅

업캐스팅(Upcasting)

• 자식 타입 객체를 부모 타입 참조변수로 참조하는 것.

• 자동 변환되며 명시적 형변환이 필요 없습니다.

• 다형성을 가능하게 하는 핵심 메커니즘입니다.

Animal myAnimal = new Dog();  // 업캐스팅
myAnimal.sound();  // Dog의 오버라이딩된 sound() 호출

다운캐스팅(Downcasting)

• 부모 타입 참조변수를 자식 타입으로 변환하는 것.

• 명시적 형변환이 필요하며, 잘못된 다운캐스팅은 런타임 오류(ClassCastException)를 발생시킬 수 있습니다.

• 자식에만 있는 메서드나 필드를 사용하고 싶을 때 필요합니다.

Animal myAnimal = new Dog();
Dog myDog = (Dog) myAnimal;  // 다운캐스팅
myDog.fetch();  // Dog 고유 메서드 호출

2. 다형성과 메모리

다형성의 작동원리를 이해하기 위해서는 다형성과 메모리의 관계를 파악하는게 중요합니다.

• 참조 타입과 객체 타입은 다를 수 있습니다.

• 메모리 구조:

  • 참조변수는 스택(stack) 메모리에 저장됩니다.

  • 객체(인스턴스)는 힙(heap) 메모리에 생성됩니다.

즉, 참조는 Animal 타입이지만, 진짜 객체는 Dog 이기 때문에, 코드실행 전인 컴파일단계에서는 Animal 클래스의 sound메서드를 가리키고 있고, 메서드를 호출할 때는 힙 메모리상의 실제 객체(Dog)의 메서드가 실행되는 것입니다.

2. 동적 바인딩

동적 바인딩(Dynamic Binding) 이란, 프로그램 실행 중에 호출할 메서드가 결정되는 것을 말합니다.

• 클래스의 메서드들은 컴파일 시점에서 어떤 메서드가 호출될지 결정되지 않습니다.(상속이 불가능한 메서드 제외)

• 자바에서는 상속의 기능으로 부모타입의 메서드를 오버라이딩 할 수 있고, 다형성의 특징으로 인해 실제 코드 실행시 이 오버라이딩된 메서드가 실행될 수 있기 때문에, 상속이 불가능한 경우를 제외한 모든 메서드 들은 실행 시점(runtime)에 실제 객체 타입을 기준으로 메서드가 연결됩니다.

예시로 다시 보기

Animal myAnimal = new Cat();
myAnimal.sound();  // 컴파일 시점: Animal의 sound() 호출 예정이지만 
                   // 실제론 어떤 메서드가 실행 될지 알수 없음.
                   // 실행 시점: Cat의 sound() 호출

정리

• 다형성 덕분에 하나의 타입(Animal)으로 다양한 객체(Dog, Cat 등)를 처리할 수 있다.(업캐스팅)

• 동적 바인딩 덕분에 실제 객체 타입에 맞는 메서드가 호출된다.

• 만약 호출하고자 하는 메서드가 자식 클래스에만 존재하는 메서드라면 다운캐스팅 필요

항목	설명
다형성	하나의 타입으로 여러 객체를 가리킬 수 있음
메모리 관계	참조변수는 스택, 객체는 힙에 저장됨
동적 바인딩	실행 중 실제 객체 타입에 따라 메서드가 호출됨
업캐스팅/다운캐스팅ㅈ	자식 객