TIL 2023-11-03 다형성 업 캐스팅 다운 캐스팅 참조 변수 완벽 이해

어제 책의 내용이 계속 이해가 안 돼서 검색하고 gpt랑 싸우고, 책 3회독하고..

어제 푹 자고 일어나서 다시 공부하니 점점.. 이해가 되기 시작한다..

나는 책으로는 100% 이해가 안 돼서, 직접 비유를 만들었는데 이해가 상당히 잘 된다!!!

 

그래서 노트에 정리한 내용을 약간 더 정리해서 글을 쓸 것이다.

 

 

다형성

여러가지 형태를 가질 수 있는 능력

상속과 깊은 관계가 있다.

객체지향을 공부하면 이것도 다형성이고 저것도 다형성이다 하는데

이것도 다형성.. 저것도 다형성.. 모든게 다형성..

상속에 대해 충분히 공부를 하고 이 글을 읽는 걸 추천한다.

 

 

조상 클래스의 참조 변수로 자손 클래스의 인스턴스 참조

조상 클래스의 참조 변수로 자손 클래스의 인스턴스를 참조 가능하다

ex)

List<Integer> list = new ArrayList<>();

 

이 경우 인스턴스가 ArrayList라도 참조변수 List로는 ArrayList 인스턴스의 모든 멤버를 사용할 수 없다.

List 타입의 참조 변수로는 ArrayList 인스턴스 중에서 List 클래스의 멤버들만 사용할 수 있다.

(List는 사실 인터페이스긴 하지만 일반적인 조상 클래스로 생각해서 봐주길 바란다...)

ArrayList 멤버 중에서 List에 정의되지 않은 멤버는 사용이 불가능하다.

 

ArrayList<Integer> arrList = new ArrayList<>();
List<Integer> list = new ArrayList<>();

 

위의 둘다 같은 타입의 인스턴스지만 참조변수의 타입에 따라 사용할 수 있는 멤버의 개수가 달라진다.

 

 

그럼 쓰는 이유가 뭘까?

인스턴스 타입과 일치하는 참조변수를 사용하면 인스턴스의 멤버들을 다 사용할 수 있는데? 왜?

gpt한테 물어봤었다.

유연성, 다형성 활용, 인터페이스 구현의 일관성, 다른 코드와의 호환성...

그래.. 그거는 알겠는데 왜 쓰냐고...

형변환

참조변수도 형변환이 가능하다

단, 서로 상속관계에 있는 클래스 사이에서만 가능하다

 

참조변수의 형변환 종류에는 업 캐스팅과 다운 캐스팅이 있다!

 

업 캐스팅

자손타입의 참조변수를 조상타입의 참조변수로 변환하는 것

 

다운 캐스팅

조상타입의 참조변수를 자손타입의 참조변수로 변환하는 것

다운 캐스팅의 형변환은 생략이 불가능 하다

캐스트 연산자 '( )' 를 무조건 붙여야 된다는 뜻

 

왜??????

 

를 알기 전에 참조 변수... 참조 변수... 계속 이 단어가 나오니까 머리가 더욱 복잡해진다.

아 참조 변수 아는데 왜 헷갈리지????? 이해가 완벽히 안 되니까!!!!

그래서 그 전에 참조 변수에 대한 완벽 이해를 하는 시간을 갖도록 하겠다.

 

 

참조 변수 정리

참조변수는 '사용 설명서' 라고 생각하면 이해가 편할 것이다.

어.. 점점 이해된다...

 

만약 TV클래스를 상속 받는 3DTV가 있다고 생각하자

 

class Tv {
	int channel;
}

class ThreeDimensionalTv extends Tv {
	Boolean threeDimensional; // 3D 기능을 껐다 키는 상태를 나타낸 변수
}

 

이제 업 캐스팅을 이용해서 3DTV를 생성 할 것이다.

 

Tv threeTv = new ThreeDimensionalTv();

 

Tv 사용 설명서 (참조변수) 에는 채널을 올렸다 내렸다 할 수 있는 channel 사용 설명 밖에 없다.

그래서 3DTV(인스턴스)를 가지고 있는데도 사용 설명서는 TV 사용 설명서니까 3D 기능은 못쓴다.

 

ThreeDimensionalTv threeTv = new ThreeDimensionalTv();

 

이렇게 하면 3DTV 사용 설명서랑 3DTV를 갖고 있으니 모든 기능을 사용할 수 있다.

 

 

ThreeDimensionalTv threeTv = new Tv(); // 에러 발생

 

이렇게는 안 된다.

3DTV의 사용 설명서에 적혀있는 기능보다 TV의 기능이 더 적기 때문이다.

3DTV 사용 설명서를 토대로 TV를 다두려고 하면 TV에선 사용할 수 없는 기능이 있기 때문에 생성이 안 된다.

 

 

업 캐스팅

위의 예제에서 ThreeDimensionalTv threeTv = new ThreeDimensinalTv(); 를 Tv 참조변수로 형변환을 하면

Tv threeTv1 = threeTv;

 

이렇게 캐스트 연산자를 생략하고 형변환을 할 수 있는데

이유는 3DTV를 TV 사용 설명서로 사용해도 크게 문제가 되지 않아서 그렇다.

업 캐스팅을 아무리 해도 문제가 없다... 기능만 덜 쓰면 되니까

 

다운 캐스팅

위의 예제에서 Tv threeTv = new ThreeDimensionalTv(); (TV 사용 설명서와 3DTV를 갖고 있는 상황) 에서 3DTV 사용 설명서를 갖고 싶으면 다운 캐스팅을 하면 된다.

ThreeDimensionalTv threeTv2 = (ThreeDimensionalTv) threeTv;

 

이 경우 캐스트 연산자를 생략할 수 없다. (= 형변환을 생략할 수 없다)

왜냐하면 업 캐스팅을 하면 문제가 생길일이 전혀 없는데 다운 캐스팅은 문제가 생길 가능성이 있기 때문에 형변환을 생략할 수 없게 해놓은 것이다.

 

 

이렇게 설명하니 설명하기가 힘든데 클래스를 더 늘려서 설명하겠다.

 

class Eletronic {
    boolean power; // 전원
}

class Tv extends Eletronic {
    int channel; // Tv 채널

    public void upChannel () { // 채널 올린 후 채널 출력하는 메소드
        channel++;
        System.out.println("현재 채널 = " + channel);
    }
}

class ThreeDimensionalTv extends Tv {
    boolean threeDimensional; // 3D 기능
}

 

 

메인 클래스에서 실험해보자

 

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        
        Eletronic tv = new Tv();
        tv.upChannel(); // (오류) TV를 가지고 있으나 전자제품 사용설명서엔 upChannel이 없으니 안된다
        Tv tv1 = (Tv) tv; // 다운 캐스팅
        tv1.upChannel(); // TV를 가지고 있고 tv 사용 설명서에 upChannel을 쓰니 동작한다.
    }
}

이게 부모 참조 변수가 자식 인스턴스를 참조하는 이유 중 하난데...더 큰 이유는 객체를 배열로 다루는 부분에서 다룬다, 다른 이유들은 오버라이딩 오버로딩 등등 있다.

 

부모클래스 사용 설명서만 가지고 자손 클래스의 인스턴스를 사용할 수 없다.

 

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        
        Eletronic tv = new Tv();
        Tv tv1 = (Tv) tv; // 다운 캐스팅
        tv1.upChannel(); // TV를 가지고 있고 tv 사용 설명서에 upChannel을 쓰니 동작한다.
        ThreeDimensionalTv tv2 = (ThreeDimensionalTv) tv1;
        // TV를 가지고 있고 TV 사용설명서도 있는데 3DTV 사용설명서를 달라고 해본다.
    }
}

 

오류가 발생한다.

 

왜냐면 tv1은 3DTV 사용 설명서를 쓸 수 없기 때문이다.

 

근데 사실 컴파일 시에는 오류가 발생하지 않는다. 런타임때 오류가 발생한다.

 

 

왜냐면 자바가 그렇게 똑똑하진 않기 때문이다.

 

자바의 정석에서는 이렇게 말한다.

 

컴파일 시에는 참조변수간의 타입만 체크하기 때문에 실행 시 생성될 인스턴스의 타입에 대해서는 전혀 알지 못한다.

 

그래서 instance of 연산자를 쓰는 것이다.

 

글을 쓰다보니 너무 길어져서 오늘은 여기서 끝!!