객체지향 프로그래밍 심화: 클래스와 객체 설계 패턴

Table of Contents

객체지향 프로그래밍의 핵심 원칙

객체지향 프로그래밍(OOP)은 “객체”를 중심으로 소프트웨어를 설계하고 개발하는 패러다임입니다.

객체는 데이터(필드)와 코드(속성 또는 메소드)로 구성되어 있습니다.

객체지향 프로그래밍의 핵심 원칙은 다음과 같습니다.

원칙	설명
추상화(Abstraction)	복잡한 시스템에서 핵심적인 개념이나 기능을 간추려내는 과정
캡슐화(Encapsulation)	데이터와 메소드를 하나로 묶고, 외부에서의 접근을 제한하는 것
상속(Inheritance)	기존 클래스의 속성과 메소드를 새 클래스가 물려받는 것
다형성(Polymorphism)	동일한 인터페이스를 통해 다양한 객체가 다른 방식으로 응답할 수 있는 능력

추가적으로 객체 간의 관계를 나타내는 개념들도 있습니다

관계	설명
연관(Association)	객체 간의 일반적인 관계
집합(Aggregation)	“has-a” 관계로, 한 객체가 다른 객체를 포함하는 관계
합성(Composition)	더 강한 형태의 집합 관계로, 포함된 객체의 생명주기가 포함하는 객체에 종속됨

객체지향 분석 및 설계(OOAD)

객체지향 분석 및 설계(OOAD)는 소프트웨어 개발의 기초 단계로, 시스템 내의 객체와 그 속성, 다른 객체와의 관계를 식별하는 과정입니다.

OOAD 과정은 다음 단계를 포함합니다.

요구사항 수집: 이해관계자로부터 요구사항을 수집하고 시스템의 목표를 식별
객체 모델링: 시스템 내의 객체와 그 관계를 식별
동적 모델링: 시스템의 행동을 모델링하고 객체 간의 상호작용을 식별
기능적 모델링: 시스템이 수행하는 기능과 작업을 식별

객체지향 설계 원칙: SOLID

SOLID는 객체지향 설계의 다섯 가지 기본 원칙을 나타내는 약어입니다.

원칙	설명
단일 책임 원칙(Single Responsibility)	클래스는 단 하나의 책임만 가져야 함
개방-폐쇄 원칙(Open-Closed)	확장에는 열려 있고, 수정에는 닫혀 있어야 함
리스코프 치환 원칙(Liskov Substitution)	하위 클래스는 상위 클래스를 대체할 수 있어야 함
인터페이스 분리 원칙(Interface Segregation)	클라이언트는 사용하지 않는 인터페이스에 의존하지 않아야 함
의존성 역전 원칙(Dependency Inversion)	고수준 모듈은 저수준 모듈에 의존하지 않아야 함

디자인 패턴

디자인 패턴은 소프트웨어 설계 시 자주 발생하는 문제에 대한 검증된 해결책입니다.

GoF(Gang of Four)에 의해 소개된 23가지 디자인 패턴은 다음과 같이 세 가지 유형으로 분류됩니다.

생성 패턴(Creational Patterns)

객체 생성 메커니즘을 다루는 패턴입니다.

추상 팩토리(Abstract Factory): 관련 객체들의 팩토리를 그룹화
빌더(Builder): 복잡한 객체의 생성과 표현을 분리
팩토리 메소드(Factory Method): 객체 생성을 서브클래스에 위임
프로토타입(Prototype): 기존 객체를 복제하여 객체 생성
싱글톤(Singleton): 클래스의 인스턴스를 하나만 생성하도록 제한

구조 패턴(Structural Patterns)

클래스와 객체의 구성을 다루는 패턴입니다.

어댑터(Adapter): 호환되지 않는 인터페이스를 함께 작동하도록 함
브릿지(Bridge): 추상화와 구현을 분리하여 독립적으로 변형 가능하게 함
컴포지트(Composite): 객체들을 트리 구조로 구성하여 단일 객체처럼 다룸
데코레이터(Decorator): 객체에 동적으로 책임을 추가
퍼사드(Facade): 복잡한 시스템에 대한 단순한 인터페이스 제공
플라이웨이트(Flyweight): 많은 수의 유사한 객체를 효율적으로 관리
프록시(Proxy): 다른 객체에 대한 접근을 제어하는 대리자 제공

행동 패턴(Behavioral Patterns)

객체 간의 통신을 다루는 패턴입니다.

책임 연쇄(Chain of Responsibility): 요청을 처리할 수 있는 객체가 나타날 때까지 요청을 전달
커맨드(Command): 요청을 객체로 캡슐화하여 매개변수화, 큐에 넣기, 로깅 등이 가능하게 함
인터프리터(Interpreter): 언어의 문법을 표현하고 해석하는 방법 제공
이터레이터(Iterator): 컬렉션의 요소에 순차적으로 접근하는 방법 제공
중재자(Mediator): 객체 간의 결합도를 낮추기 위한 중간 객체 제공
메멘토(Memento): 객체의 내부 상태를 저장하고 복원하는 기능 제공
옵저버(Observer): 객체 상태 변경 시 의존 객체들에게 통지하는 방법 제공
상태(State): 객체의 내부 상태에 따라 행동이 변경되도록 함
전략(Strategy): 알고리즘을 캡슐화하고 교체 가능하게 함
템플릿 메소드(Template Method): 알고리즘의 구조를 정의하고 일부 단계를 서브클래스에 위임
방문자(Visitor): 객체 구조를 변경하지 않고 새로운 연산을 추가할 수 있게 함

객체지향 프로그래밍의 모범 사례

효과적인 객체지향 프로그래밍을 위한 몇 가지 모범 사례는 다음과 같습니다.

“인터페이스에 프로그래밍하고, 구현에 프로그래밍하지 말라”: 구체적인 구현보다 추상 인터페이스에 의존하여 유연성을 높임
상속보다 합성을 선호하라: 상속은 “화이트박스 재사용”으로 부모 클래스의 내부가 자식 클래스에 노출되지만, 합성은 “블랙박스 재사용”으로 내부 세부사항이 숨겨짐
데메테르의 법칙 준수: 객체는 자신과 직접 관련된 객체와만 상호작용해야 함
테스트 주도 설계(TDD) 활용: 테스트를 먼저 작성하고 디버거에서 코딩하는 방식으로 설계자에게 힘을 실어줌

실전 예제: 디자인 패턴 적용

다음은 빌더 패턴을 적용한 예제입니다.

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54

public class User {
    private final String username;  // 필수
    private final String email;     // 필수
    private final int age;          // 선택
    private final String address;   // 선택
    private final String phone;     // 선택
    private User(UserBuilder builder) {
        this.username = builder.username;
        this.email = builder.email;
        this.age = builder.age;
        this.address = builder.address;
        this.phone = builder.phone;
    }
    public static class UserBuilder {
        private final String username;  // 필수
        private final String email;     // 필수
        private int age;                // 선택
        private String address;         // 선택
        private String phone;           // 선택
        public UserBuilder(String username, String email) {
            this.username = username;
            this.email = email;
        }
        public UserBuilder age(int age) {
            this.age = age;
            return this;
        }
        public UserBuilder address(String address) {
            this.address = address;
            return this;
        }
        public UserBuilder phone(String phone) {
            this.phone = phone;
            return this;
        }
        public User build() {
            return new User(this);
        }
    }
}
// 사용 예
User user = new User.UserBuilder(“john”, “john@example.com”)
    .age(30)
    .address(“Seoul”)
    .build();

cs

이 예제는 복잡한 객체 생성을 단순화하고, 필수 매개변수와 선택적 매개변수를 명확히 구분하며, 객체 생성의 유연성을 높이는 빌더 패턴의 장점을 보여줍니다.

객체지향 프로그래밍의 심화 개념과 설계 패턴을 이해하는 것은 유지보수 가능하고 확장 가능한 소프트웨어를 개발하는 데 필수적입니다.

이러한 원칙과 패턴을 적용함으로써 코드의 재사용성, 가독성, 유연성을 향상시킬 수 있습니다.