9. 캡슐화, 정보 은닉, 프로퍼티, 상속, as, is

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스마트팩토리/C#

9. 캡슐화, 정보 은닉, 프로퍼티, 상속, as, is

1) 캡슐화(encapsulation)

캡슐화란 객체의 필드, 메서드를 하나로 묶고, 실제 구현 내용을 감추는 것을 말한다. 필드와 메서드를 캡슐화하여 보호하는 이유는 외부의 잘못된 사용으로 인해 객체가 손상되지 않도록 하는 데 있다.

캡슐화가 잘 된 클래스는 사용하는 입장에서도 편리하다. 클래스의 이름 자체에서 이미 제공되는 기능을 대략 파악할 수 있고, 외부로 제공해야 할 기능에 대해서만 정확하게 public으로 노출한다.

2) 정보 은닉(information hiding)

외부에서 멤버 변수를 직접 접근할 수 없게 만드는 것이다. 접근이라는 단어에는 읽기(read)와 쓰기(write)라는 두 가지 의미가 있다. 필드에 읽고 쓰기가 적용될 때는 관례적으로 get과 set이라는 단어를 각각 사용한다. get/set기능을 하는 메서드를 특별히 접근자 메서드(getter), 설정자 메서드(setter)라고 한다.

정보 은닉의 원칙

특별한 이유를 제외하고는 필드를 절대 public으로 선언하지 않는다.
접근이 필요할 때는 접근자/설정자 메서드를 만들어 외부에서 접근하는 경로를 클래스 개발자의 관리하에 둔다.

ex)

class Car
{
    int i_speed; // 정보은닉

 
    public void Set_speed(int _i_speed)
    {
        if(_i_speed > 150) // 인자의 범위를 제한
        {
            _i_speed = 150;
        }

        i_speed = _i_speed; 
    }

    public int Get_speed()
    {
        return i_speed;
    }
}

namespace _2020_06_01_002
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Car Mycar = new Car();

            Mycar.Set_speed(100);
            Console.WriteLine("현재속도: 시속 {0}km", Mycar.Get_speed());
            Mycar.Set_speed(300);
            Console.WriteLine("현재속도: 시속 {0}km", Mycar.Get_speed());
        }
    }
}

cf. 모듈화

프로그램을 분석하고 추상화하여 소프트웨어의 성능을 향상시키거나 프로그램의 시험, 통합 및 수정을 용이하게 하는 설계 및 구현 기법이다.

장점

프로그램의 효율적인 관리 및 성능 향상
전체적인 소프트웨어 이해의 용이성 증대 및 복잡성 감소
소프트웨어 시험, 통합, 수정 시 용이성 제공
기능의 분리가 가능하고 인터페이스가 단순
오류의 파급 효과를 최소화
모듈의 재사용 가능으로 개발과 유지보수가 용이

단점

모듈 간 결합도의 최소화
모듈 내 요소들 간의 응집도 최대화

3) 프로퍼티(property)

호출을 위한 메서드 정의를 일일이 코드로 작성하자면 번거롭다. 따라서 프로퍼티를 이용하여 단순하게 작성할 수 있다.

class 클래스_명
{
	접근제한자 타입 프로퍼티_명
	{
		접근제한자 get
		{
			//코드
			return 프로퍼티의_타입과_일치하는_유형의_표현식;
		}
        
		접근제한자 set
		{
			// value라는 문맥 키워드를 사용해 설정하려는 값을 표현
		}
	}
}

프로퍼티 정의에서는 매개변수가 없으므로 C# 컴파일러가 프로퍼티에 대입되는 값을 가리킬 수 없다는 문제가 발생한다. 이 문제를 해결하기 위해 별도로 set 블록 내부에서만 사용할 수 있는 'value' 예약어를 도입해 사용한다.

프로퍼티는 메서드의 특수한 변형에 불과하다. 프로퍼티는 C# 컴파일러가 빌드하는 시점에 자동으로 다음과 같은 메서드로 분리해서 컴파일한다. 프로퍼티는 접근자/설정자 메서드를 간편하게 만들어주는 도우미 성격의 구문이다.

ex)

class Car
{
    int i_speed; // 정보은닉

    public int Speed
    {
        get 
        { 
            return i_speed; 
        }

        set 
        { 
            if(value > 150)
            {
                value = 150;
            }
            i_speed = value;  
        }
    }
}

namespace _2020_06_01_002
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Car Mycar = new Car();

            Mycar.Speed = 100;
            Console.WriteLine("현재 속도 : 시속 {0}km", Mycar.Speed);
            Mycar.Speed = 300;
            Console.WriteLine("현재 속도 : 시속 {0}km", Mycar.Speed);
        }
    }
}

4) 상속(inheritance)

상속은 상위 객체는 자기가 가지고 있는 필드와 메서드를 하위 객체에게 물려주어 하위 객체가 사용할 수 있도록 하는 것을 말한다.

어떤 공통적인 특징이 있고 그 특징을 상송받아 다른 세부적인 항목을 정의
공통적인 특징을 정의하는 부모 클래스(parent class)를 두고 자식 클래스(child class)에서 부모의 기능을 물려받는 식으로 처리
C#에서는 보다시피 콜론(':')을 이용해 부모 클래스의 기능을 물려받을 수 있고 실제로 상속받은 클래스는 부모의 속성과 행위를 접근 제한자 규칙에 따라 외부에 제공
자식 클래스일지라도 부모의 private 멤버에 접근하는 것은 허용되지 않음
외부에서의 접근은 차단하면서도 자식에게는 허용하고 싶다면 protected 접근 제한자를 사용
상속을 의도적으로 막고 싶을 때는 sealed 예약어를 사용
C#은 단일 상속(single inheritance)만 지원
계층 상속은 가능하지만 다중 상속(multiple inheritance)을 받는 것은 허용하지 않음

sealed class Pen
{
}

public class ElectricPen : Pen // 컴파일 오류 발생
{
}

ex)

public class Computer
{
	bool powerOn;
	public void Boot()
	{
		Console.WriteLine("컴퓨터를 켭니다.");
	}

	public void Shutdown()
	{
		Console.WriteLine("컴퓨터를 끕니다.");
	}

	public void Reset()
	{
		Console.WriteLine("컴퓨터를 재부팅합니다.");
	}

}

public class Notebook : Computer
{
	bool fingerScan;
	public bool HasFingerScanDevice()
	{
		return fingerScan;
	}
}

public class Desktop : Computer
{
        
}

public class Netbook : Computer
{
        
}

class Program
{
	static void Main(string[] args)
	{
		Console.WriteLine("==========노트북==========");
		Notebook aNotebook = new Notebook();
		aNotebook.Boot();
		aNotebook.Reset();
		aNotebook.Shutdown();

		Console.WriteLine("==========데스크탑==========");
		Desktop aDesktop = new Desktop();
		aDesktop.Boot();
		aDesktop.Reset();
		aDesktop.Shutdown();

		Console.WriteLine("==========넷북==========");
		Netbook aNetbook = new Netbook();
	`	aNetbook.Boot();
		aNetbook.Reset();
		aNetbook.Shutdown();
}
    }

4.1) 형변환

기본 자료형의 형 변환(암시적 형변환, 명시적 형변환)처럼 class로 정의된 타입의 부모/자식 관계에도 동일하게 적용

암시적 형변환 : 특수화 타입의 변수에서 일반화된 타입의 변수로 값이 대입되는 경우
명시적 형변환 : 일반화 타입의 변수에서 특수화된 타입의 변수로 값이 대입되는 경우

특수화 타입 인스턴스를 일반화 타입 변수로 대입하는 경우에는 암시적 형 변환이 가능하다. 클래스 간의 명시적 형변환보다는 암시적 형변환이 좀 더 자주 사용된다.

//1 암시적 형변환
Notebook notebook = new Notebook();
Computer pc1 = MyNotebook;

부모 클래스(일반화 타입)의 인스턴스를 자식 클래스(특수화 타입)의 변수로 대입하는 것은 암시적 변환이 불가능하다. 캐스팅 연산자를 사용해 명시적 형 변환은 가능하지만 오류가 발생한다.

//2
//Computer pc = new Computer();
//Notebook nb = pc; // 에러 

//3 명시적 형변환, 컴파일은 가능
Computer pc = new Computer();
Notebook notebook = (Notebook)pc;

명시적 형 변환을 개발자가 의도적으로 원하는 경우도 있기 때문에 허용된다.

//4
Notebook noteBook = new Notebook();
Computer pc1 = noteBook; // 부모 타입으로 암시적 형변환
Notebook note2 = (Notebook)pc1; // 다시 본래 타입으로 명시적 형변환

ex)

public class Computer
{
	protected bool powerOn;
	public void Boot()
	{
		Console.WriteLine("컴퓨터를 컵니다.");
	}

	public void Shutdown()
	{
		Console.WriteLine("컴퓨터를 끕니다.");
	}

	public void Reset()
	{
 		Console.WriteLine("컴퓨터를 재부팅합니다.");
	}
}

public class Notebook : Computer
{
	bool fingerScan;
	public bool HasFingerScanDevice()
	{
		return fingerScan;
	}
}

public class Desktop : Computer
{

}

public class Netbook : Computer
{

}

public class DeviceManager
{
	public void TurnOff(Computer device)
	{
		device.Shutdown();
	}
}

class Program
{
	static void Main(string[] args)
	{
		Notebook aNotebook = new Notebook();
		Desktop aDesktop = new Desktop();
		Netbook aNetbook = new Netbook();

		DeviceManager aDeviceManager = new DeviceManager();

		aDeviceManager.TurnOff(aNotebook);
		aDeviceManager.TurnOff(aDesktop);
		aDeviceManager.TurnOff(aNetbook);
	}
}

각 자식 클래스의 인스턴스를 부모 객체 배열에 담을 수 있다.

Computer[] machines = new Computer[] { new Notebook(), new Desktop(), new Netbook() }; // 암시적 형변환
//Computer[] machines;
//machines = new Computer[3];
//machines[0] = new Notebook();
//machines[1] = new Desktop();
//machines[2] = new Netbook();
            
DeviceManager aDeviceManager = new DeviceManager();

foreach(Computer cp in machines)
{
	aDeviceManager.TurnOff(cp);
}

cf. Big-endian, Little-endian

메모리에 저장될 때 어떻게 저장되는가를 규정

1 Byte 단위로 순서가 뒤집힘
Big-endian : 메모리에 저장될 때 상위 바이트가 먼저 저장(작은 주소가 먼저 할당), 숫자 크기 비교가 빠름, 소프트웨어의 디버그가 편함, 네트워크 바이트 오더에선 Big-endian이 가장 흔한 포맷
Little-endian : 메모리에 저장될 때 하위 바이트가 먼저 저장, 수학적 연산이 쉬움, 타입을 읽거나 형 변환하는데 빠름

5) as, is 연산자

5.1) as 연산자

오류를 발생시키지 않고 형 변환이 가능한지 확인할 수 있는 방법
형변환이 가능하면 지정된 타입의 인스턴스 값을 반환하고, 가능하지 않으면 null을 반환하기 때문에 null 반환 여부를 통해 형변환이 성공했는지 판단할 수 있음
참조형 변수에 대해서만 적용할 수 있고 참조형 타입으로의 체크만 가능하다.
형 변환된 인스턴스가 필요할 경우 사용

ex)

Computer pc = new Computer();
Notebook notebook = pc as Notebook;

if(notebook != null) // 코드대로라면 if문 내부의 코드가 실행되지 않는다.
{
	notebook.Shutdown();
}

ex) as의 잘못된 사용 예

int n = 5;
if((n as string) != null) // 컴파일 오류 발생
{
	Console.WriteLine("변수 n은 string 타입");
}

string txt = "txt";
if((txt as int) != null) // 컴파일 오류 발생
{
	Console.WriteLine("변수 txt는 int 타입");
}

5.2) is 연산자

is 연산자는 형 변환의 가능성 여부를 불린형의 결괏값(true/false)으로 반환한다.
참조 형식뿐 아니라 값 형식에서도 사용할 수 있음(값 형식에 사용 시 컴파일 오류는 아니지만 경고는 발생)
형 변환된 인스턴스가 필요 없을 시 사용

ex)

int n = 5;
if(!(n is string))// false == (n is string)
{
	Console.WriteLine("변수 n은 string 타입이 아닙니다");
}

 string txt = "text";
if((txt is int) == false)
{
	Console.WriteLine("변수 txt는 int 타입이 아닙니다.");
}

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