다형성
2025. 2. 25. 00:02ㆍJava/객체지향
1. 다형성 (Polymorphism)
1-1. 다형성이란?
- 다형성이란 여러가지 형태를 가질수 있는 능력을 의미한다
- 자바에서는 한 타입의 참조변수로서 여러 타입의 객체를 참조할 수 있도록 함으로써 다형성을 구현하였다.
- 즉, 조상클래스 타입의 참조변수로 자손클래스의 인스턴스를 참조할 수 있도록 하였다는 것이다.
1-2. 다형성의 장점
- 여러 타입의 객체를 하나의 타입으로 관리할 수 있기 때문에 유지보수성과 생산성이 증가된다.
- 상속을 기반으로 한 기술이기 때문에 상속관계에 있는 모든 객체는 동일한 메세지를 수신할 수 있다. 이런 동일한 메세지를 수신받아 처리하는 내용을 객체별로 다르게 할 수 있다는 장점을 가지고 있다. (다양한 기능을 사용하는데 있어서 관리해야 하는 메세지 종류가 줄어들게 된다.)
- 확장성이 좋은 코드를 작성할 수 있다.
- 결합도를 낮춰서 유지보수성을 증가시킬 수 있다.
2. 예시를 통한 다형성의 이해
1) Rabbit이라는 클래스가 Animal이라는 클래스를 상속받아 기능을 확장 (extends)
//부모클래스
public class Animal {
public void eat(){ System.out.println("Animal eat"); }
public void run(){ System.out.println("Animal run"); }
public void cry(){ System.out.println("Animal cry"); }
}
//자식 클래스
public class Rabbit extends Animal {
@Override
public void eat() { System.out.println("Rabbit eat"); }
@Override
public void run() { System.out.println("Rabbit run"); }
@Override
public void cry() { System.out.println("Rabbit cry"); }
public void jump() { System.out.println("Rabbit jump"); }
}
2) 보통은 인스턴스의 타입과 참조변수의 타입이 일치하도록 선언
Animal animal = new Animal();
Rabbit rabbit = new Rabbit();
3) '부모 타입의 레퍼런스 변수'로 '자식 인스턴스의 주소 값 참조'가 가능하다.
단, 부모 레퍼런스 변수는 자식 인스턴스만의 멤버를 가리킬 수 없음
Animal animal = new Rabbit();
animal.jump(); //불가능, 에러클래스가 서로 상속관계에 있을 경우,
부모 클래스 타입의 참조변수(Animal)로
자식 클래스 인스턴스(Rabbit)를 참조하도록 하는 것이 가능
4) 자식 타입의 레퍼런스 변수로 부모 인스턴스의 주소 값을 참조할 수 없다.
Rabbit rabbit = new Animal(); //불가능실제 인스턴스인 Animal의 멤버 개수보다
참조변수 rabbit이 사용할 수 있는 멤버 개수가 많아지면
rabbit은 이상한 곳을 가리키게 되기 때문에 실행 시 ClassCastException이 발생 (컴파일 에러는 발생 안함)
그러므로 참조변수가 사용할 수 있는 멤버의 개수는 인스턴스의 멤버 개수와 같거나 그보다 적어야한다.
5) 동적 바인딩
Animal animal = new Rabbit();
animal.cry(); // Rabbit cry부모 타입의 레퍼런스 변수로 자식 인스턴스의 주소 값을 참조한 경우
인스턴스 animal이
컴파일 당시에는 레퍼런스 변수 타입(Animal)의 메소드와 연결되어 있다가 - 정적 바인딩
런타임 시에 실제 객체(Rabbit)가 가진 오버라이딩 된 메소드로 동작 - 동적 바인딩
3. 참조변수의 형변환
참조하고 있는 인스턴스에서 사용할 수 있는 멤버의 범위(개수)를 조정하는 것
| 업캐스팅 (Upcasting) | 다운캐스팅(Downcasting) |
| 자식 -> 부모 | 부모 -> 자식 |
| 다룰 수 있는 멤버를 잘라내는 거니까 안전 |
다룰 수 있는 멤버를 늘리는 거니까 위험 |
| 묵시적/자동 형변환 | 명시적/강제 형변환 |
자식 클래스의 고유 메서드는 직접 호출 불가 부모 클래스의 메서드만 호출할 수 있는데 메서드가 override된 경우 오버라이딩된 자식 클래스의 메서드가 실행됨 (동적 바인딩) |
자식 클래스 고유 메서드 직접 호출 가능 (자식 클래스를 참조하고 있으므로 ) |
| 부모 타입이 실제로 자식 객체를 참조하는 경우에만 가능. (즉, 업캐스팅된 참조변수를 대상으로만 다운캐스팅이 가능) |
//1. 업 캐스팅: 자식->부모
//자식 클래스 객체를 부모 타입으로 변환하는 것.
Animal animal = (Animal) new Rabbit(); //업캐스팅
✅ Animal animal2 = new Rabbit(); //업캐스팅 자동으로 진행됨
✅ animal.run(); //Animal 클래스의 메서드 호출 가능
❌ animal.jump(); //Rabbit 클래스 고유의 메서드는 호출 불가
//2. 다운 캐스팅: 부모->자식
//부모 참조변수가 자식 객체를 참조하는 경우, 부모타입 참조변수를 자식타입 참조변수로 변환
Animal animal3 = new Rabbit(); // 업캐스팅, 부모 참조변수가 자식 객체를 참조
✅ Rabbit rabbit = (Rabbit) animal3; // 다운캐스팅 (강제 형변환 필요)
❌ Rabbit rabbit2 = animal3; // 컴파일 오류 (다운캐스팅은 자동 변환 불가능)
❌ Rabbit rabbit = (Rabbit) new Animal(); //잘못된 다운캐스팅시 런타임 오류!
//3. 자식 클래스의 고유 메서드 직접 호출 비교
Animal animal4 = (Animal) new Rabbit();
//1) 자식을 부모로 업캐스팅한 animal4 참조변수는 Rabbit클래스의 고유 메서드 호출이 불가능하지만
❌ animal4.jump(); //불가능
//2) 부모를 자식으로 다운캐스팅한 rabbit 참조변수는 실제로 Rabbit 객체를 참조하고 있기 때문에 호출 가능해짐
✅ ((Rabbit)animal4).jump(); //가능참조변수의 형변환은 참조변수의 타입을 변환하는 것이지 인스턴스를 변환하는 것은 아니기 때문에 원래 인스턴스에 아무런 영향을 미치지 않는다. 단지 이를 통해 참조하고 있는 인스턴스에서 사용할 수 있는 멤버의 범위(개수)를 조정하는 것뿐이다.
4. instanceof 연산자
- 참조변수가 참조하고 있는 인스턴스의 실제 타입을 알아보기 위한 연산자
- (참조변수) instanceof (타입명) -> 연산결과로 true, false값
- 실제 인스턴스와 같은 타입뿐만 아니라 부모타입의 연산에도 true값을 결과로 얻는다.
Object obj = new Rabbit(); // Object 타입 변수에 Rabbit 객체 저장
Animal animal = new Rabbit(); // Animal 타입 변수에 Rabbit 객체 저장
Rabbit rabbit = new Rabbit(); // Rabbit 타입 변수에 Rabbit 객체 저장
// ✅ obj는 Object, Animal, Rabbit 중 어떤 타입일까?
System.out.println(obj instanceof Object); // true (모든 클래스는 Object를 상속)
System.out.println(obj instanceof Animal); // true (Rabbit → Animal)
System.out.println(obj instanceof Rabbit); // true (Rabbit 자체)
// ✅ animal은?
System.out.println(animal instanceof Object); // true (Animal → Object)
System.out.println(animal instanceof Animal); // true (animal은 Animal)
System.out.println(animal instanceof Rabbit); // true (animal이 Rabbit 객체를 가리킴)
// ✅ rabbit은?
System.out.println(rabbit instanceof Object); // true (Rabbit → Object)
System.out.println(rabbit instanceof Animal); // true (Rabbit → Animal)
System.out.println(rabbit instanceof Rabbit); // true (Rabbit 자체)- 안전한 다운캐스팅(부모->자식)을 위해 instanceof 연산자를 사용한다.
- 다운캐스팅은 부모 타입이 자식 객체를 참조하는 경우에만 가능.
- 즉, 자식 -(업캐스팅)-> 부모 -(다운캐스팅)-> 자식
Animal animal = new Rabbit();
// ✅ 잘못된 다운캐스팅 방지
if (animal instanceof Rabbit) {
Rabbit r = (Rabbit) animal; // 안전한 다운캐스팅
r.jump();
}
// ❌ 잘못된 경우
Animal a2 = new Animal(); //업캐스팅된 부모객체가 아님!
System.out.println(a2 instanceof Rabbit); // false (Animal은 Rabbit이 아님!)
if (a2 instanceof Rabbit) {
Rabbit r2 = (Rabbit) a2; // 🚨 실행되지 않음 (안전한 코드)
} else {
System.out.println("a2는 Rabbit이 아니므로 다운캐스팅 불가능!");
}
5. 다형성의 활용
5-1. 매개변수의 다형성
class Animal {
void makeSound() {
System.out.println("Animal makes a sound");
}
}
class Rabbit extends Animal {
void makeSound() {
System.out.println("Rabbit squeaks");
}
}
class Dog extends Animal {
void makeSound() {
System.out.println("Dog barks");
}
}
public class Main {
// 부모 타입(Animal)으로 매개변수를 받음 → 다형성 활용
static void printSound(Animal animal) {
animal.makeSound(); // 재정의된 메서드가 실행됨 (오버라이딩)
}
public static void main(String[] args) {
Animal rabbit = new Rabbit();
Animal dog = new Dog();
printSound(rabbit); // Rabbit squeaks
printSound(dog); // Dog barks
}
}- 부모 타입을 매개변수로 사용하면 다양한 자식 객체를 전달할 수 있다.
- 유지보수성과 확장성이 향상됨.
- printSound(Animal animal) 하나만 만들면 Rabbit이든 Dog이든 다 받을 수 있음
- 새로운 동물이 추가되더라도 printSound 메서드는 변경할 필요 없음
5-2. 여러 종류의 객체를 배열로 다루기
public class Main {
public static void main(String[] args) {
// Animal 타입 배열 선언
Animal[] animals = new Animal[3];
// 다양한 자식 객체 저장 (업캐스팅)
animals[0] = new Animal();
animals[1] = new Rabbit();
animals[2] = new Dog();
// 반복문을 이용해 모든 객체의 메서드 실행 (다형성 활용)
for (Animal animal : animals) {
animal.makeSound(); // 각각의 오버라이딩된 메서드가 실행됨
}
}
}- 부모 타입 배열을 사용하면 다양한 자식 객체를 하나의 배열에 저장할 수 있다. (Rabbit, Dog 모두 Animal[] 배열에 저장 가능)
- 이를 통해 객체를 일괄 처리하는 것이 가능해짐. (for 문을 사용해 모든 객체의 메서드를 실행할 수 있음)
- 새로운 동물 클래스가 추가되더라도, 배열을 수정할 필요 없이 사용 가능