부록. 추상화 기법

추상화 기법

추상화는 도메인의 복잡성을 단순화하고 직관적인 멘탈 모델을 만드는 데 사용할 수 있는 가장 기본적인 인지 수단이다.

• 분류와 인스턴스화
  • 분류는 객체의 세부사항을 숨기고 인스턴스간 공유하는 공통 특성을 기반으로 범주를 형성하는 과정이다.
  • 분류의 역은 범주로부터 객체를 생성하는 인스턴스화 과정이다.
• 일반화와 특수화
  • 일반화는 범주 사이의 차이를 숨기고 범주 간에 공유하는 공통적인 특성을 강조한다.
  • 일반화의 역을 특수화라 한다.
• 집합과 분해
  • 집합은 부분과 관련된 세부사항을 숨기고 부분을 사용해 전체를 형성하는 과정이다.
  • 집합의 반대 과정은 전체를 부분으로 분리하는 분해 과정이다.

분류와 인스턴스화

개념과 범주

버스, 트럭, 승용차.. 등등 -> 자동차
다양한 종류의 나무, 가로수 등등 -> 나무

공통점을 바탕으로 서로 다른 객체를 하나의 개념으로 분류할 수 있다.

객체를 분류하고 범주로 묶는 것은 특정 집합에 공통 개념을 적용하는 것을 의미한다.

세상에 존재하는 객체에 개념을 적용하는 과정을 분류하고 한다.

분류는 객체를 특정 개념을 나타내는 집합의 구성 요소로 포함시킨다.

수많은 개별적인 현상들을 객체
하나의 개념을 타입

다시 말해
분류는 객체를 타입과 연관시키는 것

분류의 역은 타입에 해당하는 객체를 생성하는 것

• 인스턴스화 또는 예시라 한다.

타입

타입을 객체의 분류 장치로서 적용할 수 있으려면 세가지 관점에서 정의가 필요하다.

• 심볼
  • 타입을 가르키는 간략한 이름 또는 명칭
• 내연
  • 타입의 완전한 정의.
  • 내연의 의미를 이용해 객체가 타입에 속하는지 여부를 확인할 수 있다.
• 외연
  • 타입에 속하는 모든 객체들의 집합

자동차를 예시로 들면

심볼 - 자동차
내연 - 원동기를 동력원으로해서 주행하는 사람이나 화물을 운반하는 기계
외연 - (여러 종류의 자동차들)

외연과 집합

타입의 외연은 타입에 속하는 객체들의 집합으로 표현된다.
집합은 외연의 또다른 명칭.

객체는 여러 집합에 포함 가능함.

• 단일 분류
• 다중 분류

하나의 타입에만 속하면 단일 분류
여러 타입에 속하면 다중 분류

객체가 한 집합에서 다른 집합의 원소로 타입을 변경할 수 있다면?

• 동적 분류

변경할 수 없다면??

• 정적 분류

다중 분류와 동적 분류는 개념적 관점에서는 유용하지만 실제 구현은 쉽지 않다.

클래스

타입을 구현하는 가장 보편적인 방법은 클래스를 이용하는 것이다.

클래스는 객체가 공유하는 본질적인 속성을 정의한다.

동일한 범주에 속하면 동일한 클래스의 인스턴스.
동일한 속성을 가져야 한다.

일반화와 특수화

범주의 계층

린네의 범주 계층은 범주 간의 계층적인 구조를 가진다.

• 계
• 문
• 강
• 목
• 과
• 속
• 종

세부적인 범주가 하위에 위치하고 일반적인 범주가 상위에 위치한다.

상위에 위치한 범주를 하위 범주의 일반화라 하고,
하위 범주는 상위 범주의 특수화라 한다.

서브타입

객체지향에서 범주는 개념을 의미하고 개념은 타입을 의미한다.
따라서 일반화와 특수화는 계층 구조 안 존재하는 타입 간 관계를 의미한다.

어떤 타입이 다른 타입보다 일반적이라면 슈퍼타입,
어떤 타입이 다른 타입보다 특수하다면 서브타입

슈퍼타입은 서브타입의 일반화이고 서브타입은 슈퍼타입의 특수화이다.

이 일반화와 특수화는 범주 간 논리적인 추론을 가능케 한다.

어떤 범주에 속하는 다른 객체가 특정 속성을 가지고 있으면 그 범주, 하위 범주에 속하는 다른 객체도 그 속성을 가지고 있을 것이라 추론할 수 있다.

또한

• 100% 규칙
• Is-a 규칙
  두가지 규칙을 준수해야 한다.

각각

• 슈퍼타입의 정의가 100% 서브타입에 적용되어야 한다.
• 서브타입의 모든 인스턴스는 슈퍼타입의 집합에 포함되어야 한다.

상속

일반화 특수화 관계를 구현하는 가장 일반적인 방법은 상속이다.

그러나 모든 상속 관계가 일반화 관계는 아님.

• 서브타입이 되기 위해서는 슈퍼타입에 순응해야 함.

순응은 두가지 종류가 존재한다.

• 구조적인 순응
• 행위적인 순응

두가지 모두 서브타입의 슈퍼타입에 대한 대체 가능성을 의미한다.

구조적인 순응은 타입의 내연과 관련된 100% 규칙을 의미.

• 서브타입은 슈퍼타입이 가지고 있는 속성과 100% 일치해야한다.

행위적인 순응은 타입의 행위에 관한 것이다.

• 흔히 리스코프 치환 원칙이라고 한다.
  슈퍼 타입이 A 메서드를 가진다면 서브타입 또한 A 메서드를 가져야한다.

또한 상속은 코드 중복을 방지, 공통 코드를 재사용할 수 있게 해준다.

그래서 상속은

• 서브타이핑
• 서브클래싱
  두가지로 사용될 수 있다.

서브타이핑

• 서브 클래스가 슈퍼클래스를 대체할 수 있는 경우
  서브클래싱
• 서브 클래스가 슈퍼클래스를 대체할 수 없는 경우

서브타이핑은 설계의 유연성이 목표
서브클래싱은 코드의 중복 제거, 재사용이 목적

서브 타이핑 == 인터페이스 상속
서브 클래싱 == 구현 상속

여러 클래스로 구성된 상속 계층에서 메시지를 이해하는 방법은 클래스간 위임을 사용하는 것이다.

어떤 클래스가 수신된 메시지를 이해할 수 없다면 부모 클래스로 위임한다.

클래스가 없는 프로토타입 기반 언어에선 상속은 객체 간의 관계로 이뤄진다.

어떤 타입의 객체를 특정 객체 타입의 특수화로 만들거나 행동을 공유할 수 있게 만들고 싶은 경우 객체간 상속 관계를 통해 연결한다.

집합과 분해

계층적인 복잡성

• 복잡성은 계층의 형태를 띈다.
• 단순한 형태로부터 복잡한 형태로 진화하는 데 걸리는 시간은 안정적인 형태의 수와 분포에 의존한다.

안정적인 형태의 부분으로부터 전체를 구축하는 행위를 집합이라 한다.
반대로 전체를 부분으로 분할하는 행위를 분해라 한다.

집합은 많은 수의 사물을 하나의 단위로 다룸으로 복잡성을 줄여준다.

• 불필요한 세부사항을 배제하고 대상을 다룰 수 있게 해줌.
• 불필요한 세부사항을 추상화 한다.

집합은 세부사항을 감춰주기 때문에 동시에 캡슐화 메커니즘이다.

합성 관계

객체와 객체 사이의 전체-부분 관계를 구현하기 위해서 합성 관계를 사용한다.

합성 관계는 부분을 전체 안에 캡슐화함으로써 인지 과부하를 방지한다.

합성관계는 생명주기 측면에서 연관 관계보다 강하게 결합한다.

• 합성 관계는 하나가 제거되면 포함된 객체도 제거된다.

패키지

소프트웨어의 전체적인 구조를 표현하기 위해 관련된 클래스 집합을 하나의 논리적인 단위로 묶는 구성요소를 패키지 또는 모듈이라 한다.

전체적인 구조를 이해하기 위해 고려해야하는 요소를 줄일 수 있다.
클래스의 집합을 캡슐화함으로써 전체적인 복잡도를 낮춘다.

패키지는 내부에 포함된 클래스들을 감춤으로써 시스템의 구조를 추상화한다.