[CS 지식] 객체 지향 프로그래밍(OOP) 개념 및 예제

 

객체 지향 프로그래밍(OOP)

object-oriented programming

 

이번 포스팅에선 객체 지향 프로그래밍에 대해 알아보겠습니다.

개념과 함께 예제를 살펴볼 것이며, 언어는 python으로 진행하겠습니다.

 

 

 

📌 정의

 

먼제 객체에 대한 정의부터 내리겠습니다.

객체란?

쉽게 말해 하나의 존재입니다.

물리적으로 존재하든, 추상적으로 생각할 수 있든 자신의 속성을 가지고 다른 존재와 식별이 가능하면 객체라고 할 수 있습니다. 프로그래밍으로 따지면 변수도 객체가 될 수 있고, 함수도 객체가 될 수 있습니다. 또는 변수와 함수를 묶은 것도 객체가 될 수 있습니다. 가능한 모든 것들이 하나의 존재로 묶이기만 한다면 객체가 될 수 있습니다.

 

파이썬으로 예를 들면, 다음 것들이 모두 객체입니다.

# 1
object = "i am object"

# 2
def object(x):
	return x

# 3
class object:
	def __init__(self, name):
    		self.name
    
    	def introduce(self) -> None:
    		print(f"my name is {self.name}")

obj = object("강일호")

문자열 변수(object)도 객체이며, 전달 받은 x를 그대로 리턴하는 함수(object)도 객체입니다. 그리고 name 데이터와 그 데이터를 자기 소개하면서 활용하는 함수가 묶인체 선언된 obj도 하나의 객체입니다.

 

 

 

객체 지향 프로그래밍의 의미도 유추할 수 있습니다.

여러 객체들을 상호작용 시켜서 코드를 짜는 행위.

여기서 객체는 함수와 데이터를 하나의 객체(인스턴스)로 묶어 생성한 것을 말합니다. 위의 obj같은 객체입니다. (데이터+함수)로 구성된 객체들을 상호작용 시켜서 하나의 프로그램으로 만드는 것이 바로 객체 지향적 프로그래밍입니다.

 

 

 

 

 

사실 현대 프로그래밍에선 너무 당연한 원리라 의아한 분들도 계실 겁니다.

왜 이 개념을 따로 공부해야 하지?

하지만 꼭 알아둬야 합니다. 왜냐하면 지금 여러분이 짜고 있는 코드가 실은 전혀 객체 지향적이지 않을 수 있기 때문입니다. 객체 지향적 프로그래밍이 있기 전, 두 개의 프로그래밍 페러다임이 있었습니다.

 

 

⏱ 순차적 프로그래밍(A -> B -> C)

어떤 함수나 클래스 없이 그저 순서대로 정의된 동작만을 수행합니다. 프로그램은 그저 정의된 동작을 순서대로 실행하는 존재일 뿐입니다. 하지만 이 경우, 비슷한 동작을 계속 정의해줘야 하며 문제가 생겼을 때 다시 돌아가는 것이 어렵습니다. 돌아가도 프로그램이 복잡해져서 스파게티 프로그래밍이 되어 버립니다.

1. 강일구라는 사람은 머리 2개, 다리 3개, 팔 4개를 가지고 있고, 경찰이다.
2. 강일구에 대한 소개를 하라
3. 여진구라는 사람은 머리 2개, 다리 3개, 팔 4개를 가지고 있고, 의사이다.
4. 여진구에 대한 소개를 하라

 

 

⏱ 절차적 프로그래밍(Function)

반복되는 동작을 함수/ 프로시저(return이 없는 함수) 형태로 모듈화해서 사용합니다. 하지만 절차적 프로그래밍은 행위만 함수화 하여 수행할 뿐, 변수와 데이터 같은 자료는 또 일일이 정의해줘야 한다는 단점이 있었습니다.

1. 강일구라는 사람은 머리 2개, 다리 3개, 팔 4개를 가지고 있고, 경찰이다.
2. 강일구.소개함수()
3. 여진구라는 사람은 머리 2개, 다리 3개, 팔 4개를 가지고 있고, 의사이다.
4. 여진구.소개함수()

그래서 등장한 것이 객체 지향 프로그래밍입니다.

 

 

⏱ 객체 지향 프로그래밍(Function)

1. class 정의 (인간 데이터, 함수, 추가 변수)
2. 강일구 = class 객체(경찰)
3. 여진구 = class 객체(의사)
5. 강일구.소개함수()
6. 여진구.소개함수()

머리 2개, 다리 3개, 팔 4개라는 데이터와 소개 함수가 미리 class 객체에 들어있습니다. 강일구와 여진구를 소개할 땐 class 객체를 받아서 사용하기만 하면 됩니다. 이전 프로그래밍처럼 데이터를 계속 정의하고, 함수를 계속 정의할 필요가 없는 것입니다!

 

 

 

여러분은 어떤 프로그래밍을 하고 계셨나요? 데이터를 불필요하게 하나하나 정의하고 있진 않으셨나요? 함수를 사용하지 않고 일일이 정의하진 않으셨나요? 간단한 프로그래밍을 한다면 절차적 프로그래밍을 해도 되겠지만, 복잡한 프로그래밍을 한다면 객체 지향 프로그래밍을 적극 활용하시는 것이 도움되실 겁니다.

 

 

 

 

📌 특징

 

1. 추상화(Abstraction)

컴퓨터 과학에서 추상화는 복잡한 자료, 모듈, 시스템 등으로부터 핵심적인 개념 또는 기능을 정의한 것을 말합니다. 객체 지향 프로그래밍에서 추상화는 비슷한 특징을 가진 변수, 데이터, 함수를 묶어 클래스로 정의내리는 것이 됩니다.

 

 

책과 관련된 변수, 함수들을 추상화한다면 다음 코드로 나타낼 수 있습니다.

class book:
    def __init__(self, title, main, price) -> None:
        self.title = title
        self.main = main
        self.price = price
        self.like = 5
    
    def introduce(self):
        print(f"이 책의 제목은 {self.title} 이며, 내용은 {self.main} 입니다.")
        print(f"이 책의 가격은 {self.price} 입니다.")
    
    def like(self):
        print(f"이 책의 평점은 {self.like} 입니다.")

책과 관련된 변수와 함수들을 묶어 하나의 book 클래스로 정의했습니다.

추상화는 클래스를 정의하는 행위 그 자체입니다.

 

추상화를 잘 해두면 객체들이 독립적인 성향을 올바르게 유지하므로, 향후의 유지보수에 좋습니다.

 

 

 

2. 캡슐화(Encapsulation)

클래스의 정보를 은닉화하여, 같은 객체 안에서는 응집도를 높이고 서로 다른 객체끼리는 낮은 결합도를 유지할 수 있도록 설계합니다. 객체 내부의 동작 구현이 어떻게 이뤄져 있는지 감추고, 외부에서 접근하지 못하도록 함으로서 다른 객체와의 결합도를 낮게 유지합니다.

 

이를 위해 객체 지향 언어들은 private, public 인터페이스를 클래스에 정의합니다. 외부에서 접근할 수 있는 public과 외부에서 접근하지 못하도록 숨겨놓는 private를 만듦으로서 캡슐화를 합니다.

 

다만, python에서는...

파이썬에선 클래스와 객체의 거의 모든 것이 오픈되어 있습니다. 이에 따라 파이썬은 명명(naming)을 기반으로 프로그래머가 알아서 private와 public을 준수하는 것이 일반적입니다.

 

 

다음은 프라이빗 어트리뷰트를 이용한 캡슐화입니다.

class book:
	def __init__(self, name, name2):
    	self.name = name
        self._name2 = 0

이름이 _ 로 시작하는 어트리뷰트는 private로 간주합니다. name은 일반적인 public이지만, _name은 private이므로 알아서 건드리지 말아야 합니다.

 

 

 

3. 상속(Inheritance)

부모 클래스의 속성과 기능을 그대로 이어받아 사용할 수 있게 합니다. 기능의 일부를 변경할 수 있으며, 자식 클래스에서 새로운 기능을 추가할 수도 있습니다. OOP에선 부모 클래스, 자식 클래스라고 표현합니다. 상속을 코드의 재사용 개념이 아닌 기능의 확장 개념으로 생각해야 합니다.

 

상속을 이용하면 코드의 중복을 없애고, 확정성을 높입니다. 관점에 따라선 캡슐화와 추상화의 연장선이기도 합니다. 자식 클래스를 따로 정의하는 것이 아니라 부모 클래스를 상속받아 정의함으로써 비슷한 성질을 가진 것들끼리 묶은 것이기 때문입니다. 다른 성질의 객체와의 결합도를 낮추고, 비슷한 객체끼리의 응집도는 높인 것이라 볼 수 있습니다.

 

 

python에서 상속은 다음과 같이 구현할 수 있습니다.

class book:
    def __init__(self, title, main, price) -> None:
        self.title = title
        self.main = main
        self.price = price
        self.like = 5
    
    def introduce(self):
        print(f"이 책의 제목은 {self.title} 이며, 내용은 {self.main} 입니다.")
        print(f"이 책의 가격은 {self.price} 입니다.")
    
    def like(self):
        print(f"이 책의 평점은 {self.like} 입니다.")

class fantasy(book):
    def __init__(self, title, main, price, place) -> None:
        super().__init__(title, main, price)
        self.place = place
    
    def introduce_place(self):
        print(f"판타지 소실인 {self.title} 은 {self.place} 을 배경으로 펼쳐집니다.")
        print(f"{self.main}에 대한 내용을 다루며, 관람료는 {self.price} 입니다.")

 

 

부모 클래스는 book이며, 자식 클래스는 fantasy입니다. 같은 book이라는 성질 아래에 응집되었다는 것을 알 수 있습니다. 자식 클래스가 부모 클래스를 상속 받을 경우, 부모 클래스의 함수, 변수를 활용할 수 있습니다. 

marble = fantasy("인터스텔라", "평행우주", "21000", "우주 공간")
marble.introduce()
marble.introduce_place()

 

결과

이 책의 제목은 인터스텔라 이며, 내용은 평행우주 입니다.
이 책의 가격은 21000 입니다.
판타지 소실인 인터스텔라 은 우주 공간 을 배경으로 펼쳐집니다.
평행우주에 대한 내용을 다루며, 관람료는 21000 입니다.

 

 

 

4. 다형성(Polymorphism)

하나의 변수명, 함수명 등이 상황에 따라 다른 의미로 해석될 수 있는 것을 말합니다.

즉, 오버라이딩, 오버로딩이 가능함을 뜻합니다.

오버로딩: 같은 이름의 함수를 여러개 정의하고, 매개변수의 타입과 개수를 다르게 합니다. 전달되는 매개변수에 따라 호출되는 함수가 달라집니다.

오버라이딩: 부모 클래스의 메서드와 같은 이름, 매개변수를 재정의하는 것입니다.

 

다형성을 활용하면 같은 이름의 속성을 유지하고, 메서드 이름을 낭비하지 않습니다. 복잡성을 줄일 수 있으며, 코드 재사용성을 늘려주어 유지보수가 용이해집니다.

 

 

 

요약 : 추상화로 비슷한 성질의 변수와 함수를 묶고, 캡슐화로 응집도를 높입니다. 새로운 객체는 상속을 통해 기존 객체의 기능을 확장할 수 있으며, 다형성을 통해 기능을 수정 또는 추가하여 재사용이 가능합니다.

 

 

📌 장점과 단점

객체 지향 프로그래밍의 특성을 살펴보았습니다.

OOP는 객체 간의 독립성을 뚜렷이 하고, 중복되는 코드의 양을 줄입니다. 이에 따른 장담점을 보여드리겠습니다.

장단점을 보면서 왜 객체 지향 프로그래밍을 쓰는 것이 좋은지 생각해보시길 바랍니다.

 

 

1. 장점

- 코드 재사용성 증가

특정 기능을 가진 객체를 따로 정의하기에, 후에 기능이 필요해도 다시 정의하는 것이 아닌 객체를 이용하면 됩니다. 이에 따라 미리 짜둔 코드를 재사용함으로서 재사용성이 증가합니다.

 

- 생선상 향상 & 대형 프로젝트에 적합

클래스를 통한 독립적인 객체를 활용하여 코드를 짜기에, 기존의 프로그래밍 방식에 비해 생산성 및 효율을 높일 수 있는 가능성이 존재합니다. 클래스 단위로 모듈화될 수 있기 때문에 여러 명이 개발할 경우, 업무 분담이 쉽습니다.

 

- 일상적인 모델링

객체는 곧 하나의 존재이며, 우리 일상 또한 객체들의 합입니다. 이런 측면에서 객체 지향적 사고는 우리와 이미 밀접하다고도 할 수 있습니다. 생각하는 것을 자연스럽게 구현할 수 있다는 점이 장점입니다.

 

- 유지보수의 우수성

객체 지향 프로그래밍은 캡슐화 특성을 가집니다. 클래스 단위의 객체들은 서로 영향을 거의 주고 받지 않습니다. 이에 따라 A에 문제가 생겨도 A만 신경써서 고치면 됨으로 유지보수의 장점을 가집니다.

 

 

2. 단점

- 설계 시 많은 시간이 든다. (개발 속도가 느리다)

각 객체가 어떤 성질을 가지고, 어떤 과제를 수행하는지에 대한 이해를 기본적으로 해야 합니다. 설계 단계에서 많은 시간이 소요됩니다.

 

- 실행속도가 느리다

객체 지향 언어는 전체적으로 속도가 느립니다. 이는 호출과도 연관이 있습니다. 바로 행위를 정의하여 명령하는 경우, 컴퓨터는 바로 과제를 수행합니다. 하지만 class로 정의하고 그 안에서 또 변수와 함수를 만들 경우, 이들을 메모리에 저장해야 합니다. 객체가 호출받으면, (1) 객체 호출 (2) 스택 저장 (3) 지역 변수 저장 (4) 코드 실행 (5) 반환 값 return (6) 호출 정보 제거 과정을 거칩니다. 이런 복잡한 과정을 필수적으로 거쳐야 하기에 속도도 자연스럽게 느려집니다.

 

- 코딩 난이도 상승

객체 지향 프로그래밍도 프로그램이 복잡해지고, 상속해야 하는 요소들이 많아지면 난이도가 올라갑니다.

 

 

 

 

📌 핵심 질문들

포스팅을 읽은 후, 답할 수 있어야 하는 질문들.

 

[질문] 클래스와 인스턴스(객체)는 무엇인가요?

 

[질문] 캡슐화가 무엇인가요?

 

[질문] 객체 지향 언어를 쓰는 이유는 무엇인가요?

 

[질문] 다형성은 무엇인가요?

 

[질문] 객체 지향 프로그래밍의 단점과 그 이유를 설명해주세요.