타입과 추상화
"초기의 지하철 노선도는 실제와 유사한 물리적인 지형 위에 구불구불한 운행 노선과 불규칙적인 역 간의 거리를 사실적으로 묘사하고 있었다. 문제는 이렇게 사실적인 정보가 오히려 지하철을 이용하는 승객들로 하여금 노선도를 이해하기 어렵게 만들었다는 점이다."
"1930년에 해리 벡은 사실적인 지형과 축척은 무시하고 역 사이의 연결성에만 집중한 혁신적인 지하철 노선도를 창조했다. 해리 벡이 고안한 지하철 노선도는 역의 순서와 갈아타는 역의 표시르 제외하면 어느 것 하나 정확한 것이 없었다. 모든 역의 위치와 거리도 부정확했으며 심지어 경로를 표시한 직선은 실제로 지하철이 이동하는 경로와는 상관이 없었다."
"해리 벡이 창조한 지하철 노선도의 핵심은 지도가 당연히 가져야 한다고 생각되는 '정확성'을 버리고 그 '목적'에 집중한 결과다."
즉, 지형을 버리고 열차를 갈아타는 것(연결)에 집중했다.
해리 벡의 가장 위대한 업적은 지하철 노선을 추상화한 것이다.
추상화를 통한 복잡성 극복
"복잡성의 총체인 현실이라는 괴물을 그대로 수용하기에는 인간이 지니고 있는 인지 능력과 저장 공간이 너무나도 보잘것없다는 점이다.
따라서 사람들은 본능적으로 이해하기 쉽고 예측 가능한 수준으로 현실을 분해하고 단순화하는 전략을 따른다."
"승객들이 지하철을 이용하는 이유와 해리 벡이 지형 정보를 제거한 이유는 동일하다. 역의 위치가 중요한 것이 아니라 역과 역 사이의 연결 관계가 중요했던 것이다!"
"추상화의 목적은 불필요한 부분을 무시함으로써 현실에 존재하는 복잡성을 극복하는 것이다.
추상화는 복잡한 현실을 단순화하기 위해 사용하는 인간의 가장 기본적인 인지 수단이라고 할 수 있다."
"추상화의 수준, 이익, 가치는 목적에 의존적이다.
리처드 파인만의 말처럼 "현상은 복잡하다. 법칙은 단순하다. 버릴 게 무엇인지 알아내라!""
복잡성을 다르기 위해 추상화는 두 차원에서 이뤄진다.[Kramer 2007]
- 첫 번째 차원은 구체적인 사물들 간의 공통점은 취하고 차이점은 버리는 일반화를 통해 단순하게 만드는 것이다.
- 두 번째 차원은 중요한 부분을 강조하기 위해 불필요한 세부 사항을 제거함으로써 단순하게 만드는 것이다.
객체지향과 추상화
모두 트럼프일 뿐
이상한 나라의 앨리스 내용을 보면 트럼프로 된 정원사, 신하들, 왕들, 왕비들, 공주들, 왕자들이 나오며 그 속에 하얀 토끼도 섞여 있었다. 그리고 앨리스는 트럼프로 된 여왕을 보며 마음속으로 이렇게 속삭였다. '기껏해야 트럼프에 불과해. 무서워할 필요 없어.'
앨리스 내용에 나오는 정원사, 신하들, 왕들, 왕비들, 공주들, 왕자들, 하얀토끼 모두 객체이다. 모두가 제각기 독특한 모습을 하고 있으며 행동 양식도 다르다. 하지만 앨리스는 모든 객체를 아울러 생각하고 있다. '기껏해야 트럼프에 불과해.'
앨리스는 하얀 토끼를 제외한 모든 객체를 '트럼프'라는 하나의 개념으로 단순화해서 바라보고 있다. 병사든 정원사든 왕이든 왕비든 공주든 왕자든 차이점은 무시하고 공통점만 취해 단순화해버렸다.
앨리스는 인물들을 살펴보고 자신이 알고 있는 '트럼프'의 의미에 적합한 인물은 '트럼프' 그룹에 포함하고 '트럼프'라는 의미에 적합하지 않은 인물은 '트럼프' 그룹에서 제외시켰다.
이처럼 공통점을 기반으로 객체들을 묶기 위한 그릇을 개념(concept)이라고 한다.
개념을 이용하면 객체를 여러 그룹으로 분류(classification)할 수 있다.
ex) 앨리스가 정원에 존재하는 객체를 '트럼프'와 '토끼'라는 두 개의 개념으로 나누고는 두 개념에 적합한 객체가 각 그룹에 포함되도록 분류했다.
객체에 어떤 개념을 적용하는 것이 가능해서 개념 그룹의 일원이 될 때 객체를 그 개념의 인스턴스(instance)라고 한다.
"객체란 특정한 개념을 적용할 수 있는 구체적인 사물을 의미한다. 개념이 객체에 적용됐을 때 객체를 개념의 인스턴스라고 한다."
개념의 세 가지 관점
- 심볼(symbol): 개념을 가리키는 간략한 이름이나 명칭
- 내연(intension) : 개념의 완전한 정의를 나타내며 내연의 의미를 이용해 객체가 개념에 속하는지 여부를 확인할 수 있다.
- 외연(extension) : 개념에 속하는 모든 객체의 집합(set)
- 심볼 : 트럼프
- 내연 : 몸이 납작하고 두 손과 두 발은 네모 귀퉁이에 달려 있는 등장인물
- 외연 : 정원사, 병사, 신하, 왕자와 공주, 하객으로 참석한 왕과 왕비들, 하트 잭, 하트 왕과 하트 여왕
"분류란 객체에 특정한 개념을 적용하는 작업이다. 객체에 특정한 개념을 적용하기로 결심했을 때 우리는 그 객체를 특정한 집합의 멤버로 분류하고 있는 것이다."
"객체를 적절한 개념에 따라 분류하지 못한 애플리케이션은 유지보수가 어렵고 변화에 쉽게 대처하지 못한다."
"분류란 객체에 특정한 개념을 적용하는 작업이다. 객체에 특정한 개념을 적용하기로 결심했을 때 우리는 그 객체를 특정한 집합의 멤버로 분류하고 있는 것이다."
어떤 객체를 어떤 개념으로 분류할지가 객체지향의 품질을 결정한다! 더 중요한 것은 적절한 분류 체계는 개발자의 머릿속에 객체를 쉽게 찾고 조작할 수 있는 정신적인 지도를 제공한다는 것이다.
분류는 추상화를 위한 도구다
추상화는 2 가지 차원에서 이뤄진다.
- 구체적인 사물 간의 공통점은 취하고 차이점은 버리는 일반화를 통해 단순화하는 것.
- 중요한 부분을 강조하기 위해 불필요한 세부 사항을 제거해 단순화하는 것.
"개념은 객체들의 복잡성을 극복하기 위한 추상화 도구"
추상화를 사용함으로써 우리는 극도로 복잡한 세상을 그나마 제어 가능한 수준으로 단순화할 수 있는 것.
타입
타입은 개념이다
타입의 정의는 개념의 정의와 동일하다. 타입은 공통점을 기반으로 객체들을 묶기 위한 틀.
"어떤 객체에 타입을 적용할 수 있을 때, 그 객체를 '타입의 인스턴스'라 한다."
데이터 타입
사람들은 자신이 다뤄야 하는 데이터의 용도와 행동에 따라 그것들('0101000101010100...')을 분류했다.
- 데이터가 여러 문자로 구성돼 있고 다른 문자와 연결될 수 있다면 문자열형으로 분류했다.
- 데이터를 다른 데이터를 더하거나 빼거나 나누거나 곱할 수 있다면 그 데이터를 숫자형으로 분류했다.
- 데이터를 이용해 어떤 사실에 대한 참/거짓을 이야기 할 수 있다면 그 데이터는 논리형으로 분류했다.
"결과적으로 타입 시스템의 목적은 데이터가 잘못 사용되지 않도록 제약사항을 부과한 것이다!"
1. 타입은 데이터가 어떻게 사용되느냐에 관한 것.
중요한 것은 연산자의 종류가 아니라 어떤 데이터에 어떤 연산자를 적용할 수 있느냐가 그 데이터의 타입을 결정한다는 것.
2. 타입에 속한 데이터를 메모리에 어떻게 표현하는지는 외부로부터 철저하게 감춰진다.
개발자는 해당 데이터 타입의 표현 방식을 몰라도 데이터를 사용하는 데 지장이 없다.
단지 데이터 타입에 적용할 수 있는 연산자만 알고 있으면 된다.
객체와 타입
"객체는 행위에 따라 변할 수 있는 상태를 가지고 있다."
★ 객체가 협력을 위해 어떤 책임을 지녀야 하는지를 결정하는 것이 객체지향 설계의 핵심이다.
1. 어떤 객체가 어떤 타입에 속하는지를 결정하는 것은 객체가 수행하는 행동이다.
2. 객체의 내부적인 표현은 외부로부터 철저하게 감춰진다.
행동이 우선이다
동일한 책임을 수행하는 일련의 객체는 동일한 타입에 속한다.
→ 객체가 어떤 데이터를 가지고 있는지는 우리의 관심사가 아니다.
그 객체가 다른 객체와 동일한 데이터를 가지고 있더라도 다른 행동을 한다면 그 객체들은 서로 다른 타입으로 분류돼야 한다!
★ 동일한 행동 ≒ 동일한 책임 ≒ 동일한 메시지 수신
→ 내부 표현 방식이 다르기 때문에 동일한 메시지를 처리하는 방식은 서로 다르다
= 다형성 : 동일한 요청에 대해 서로 다른 방식으로 응답할 수 있는 능력
★ 외부에 행동만을 제공하고 데이터는 행동 뒤로 감춰야 한다.
= 캡슐화
행동에 따라 객체를 분류하기 위해서는 객체가 내부적으로 관리해야 하는 데이터가 아니라 객체가 외부에 제공해야 하는 행동을 먼저 생각
책임-주도 설계(RDD)는 객체지향 설계 방법은 데이터를 먼저 생각하는 데이터-주도 설계(DDD) 방법의 단점을 개선하기 위해 고안됨.
객체를 결정하는 것은 행동!! 데이터는 단지 행동에 따를 뿐!!
타입의 계층
- 트럼프 타입의 객체는 '납작 엎드릴 수 있고 뒤집어질 수 있다.'
- 트럼프 인간 타입의 객체는 '납작 엎드릴 수 있고 뒤집어질 수 있으며 걸을 때마다 몸이 종이처럼 좌우로 펄럭일 수 있다.'
→ 트럼프 인간은 트럼프보다 좀 더 특화된 행동을 할 수 있다.
이 두 개념 사이의 관계를 일반화/특수화(generalization/specialization) 관계라고 한다.
일반화/특수화 관계
★ 객체지향에서 일반화/특수화 관계를 결정하는 것은 객체의 상태를 표현하는 데이터가 아니라 행동이라는 것!
행동의 관점에서 일반적인 타입 vs 특수한 타입이란?
- 일반적인 타입이란 특수한 타입이 가진 모든 행동들 중에서 일부 행동만을 가지는 타입
- 특수한 타입이란 일반적인 타입이 가진 모든 행동을 포함 + 자신만의 행동을 추가하는 타입
여기서 주의할 점은 타입의 내연을 의미하는 행동의 가짓수와 외연을 의미하는 집합의 크기는 서로 반대!
- 행동의 가짓수 : 일반적인 타입 < 특수한 타입
- 외연 집합의 크기: 일반적인 타입 > 특수한 타입
슈퍼타입(Supertype)과 서브타입(Subtype)
슈퍼타입과 서브타입에서 중요한 것은 두 타입 간의 관계가 행동에 의해 결정된다는 점!
즉, 어떤 타입이 다른 타입의 서브타입이 되기 위해서는 행위적 호환성을 만족시켜야 한다.
- 트럼프 = 일반적인 타입 = 슈퍼타입
- 트럼프 인간 = 특수한 타입 = 서브타입
슈퍼타입의 행동은 서브타입에게 자동 상속된다.
일반화는 추상화를 위한 도구다
추상화의 두 번째 차원은 중요한 부분을 강조하기 위해 불필요한 세부 사항을 제거시켜 단순하게 만드는 것!
이반화/특수화 계층은 이를 적절하게 활용한 대표적인 예다.
'기껏해야 트럼프에 불과해' 라고 생각한 앨리스
1. 정원에 있던 등장인물들의 차이점은 배제하고 공통점만 강조함으로써 공통의 타입인 트럼프 인간으로 분류했다.
2. 트럼프 인간의 특수한 능력은 제거하고 트럼프의 특성에 집중한 것.
정적 모델
타입의 목적
타입을 사용하는 이유 : 인간의 인지 능력으로는 시간에 따라 동적으로 변하는 객체의 복잡성을 극복하기가 어렵기 때문
ex) 앨리스의 키가 계속 변하고 있지만 모든 경우에 앨리스는 단지 앨리스일 뿐이다.
타입은 시간에 따라 동적으로 변하는 앨리스의 상태를 시간과 무관한 정적인 모습으로 다룰 수 있게 한다.
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."
타입은 추상화다. 타입을 이용하면 객체의 동적인 특성을 추상화할 수 있다.
타입은 시간에 따른 객체의 상태 변경이라는 복잡성을 단순화할 수 이쓴ㄴ 효과적인 방법
동적 모델과 정적 모델
1. 객체가 특정 시점에 구체적으로 어떤 상태를 가지느냐. 이를 객체의 스냅샷(snapshot)이라고 한다.
UML에서는 객체 다이어그램(object diagram)이라고도 불린다.
스냅샷처럼 실제로 객체가 살아 움직이는 동안 상태가 어떻게 변하고 어떻게 행동하는지를 포착하는 것 = 동적 모델(dynamic model)
2. 객체가 가질 수 있는 모든 상태와 모든 행동을 시간에 독립적으로 표현하는 것. 이를 타입 모델(type diagram)이라고 한다.
동적으로 변하는 객체의 상태가 아니라 객체가 속한 타입의 정적인 모습을 표현하기 때문에 정적 모델(static model)이라고 한다.
객체지향 프로그래밍 언어를 이용해 클래스를 작성하는 시점 : 시스템을 정적인 관점에서 접근
실제로 애플리케이션을 실행해 객체의 상태 변경을 추적 & 디버깅 : 객체의 동적인 모델
클래스
'타입을 구현한다.'
- 타입 = 객체를 분류하기 위해 사용하는 개념
- 클래스 = 타입을 구현할 수 있는 여러 구현 메커니즘 중 하나
객체를 분류하는 기준은 타입, 타입을 나누는 기준은 객체가 수행하는 행동
객체를 분류하기 위해 타입을 결정 후 타입을 구현할 수 있는 방법 중 하나가 클래스
클래스는 타입을 구현하기 위해 프로그래밍 언어에서 제공하는 구현 메커니즘이다.
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