[Java] 다형성(polymorphism)이란?

📚 멘토님이 다형성은 무엇인지, 왜 사용하는지에 대해서 물어보셨는데 머릿속으로는 뭔지 그려지는데 막상 대답을 하려니 내가 아는 내용이 맞는지 의심이 들었고, 현재 알고있는 내용도 어떻게 설명해야하는지 말문이 턱 막혔다. 알고있다고 생각했지만 대답을 못했던,,^^  자바에서 매우매우 중요한  OOP(객체지향언어)의 특징 중  하나인 다형성에 대해서 알아보도록 하자!

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다형성(polymorphism)이란?

객체지향개념의 중요한 특징 중의 하나인 다형성은 '하나의 객체가 여러 가지 타입을 가질 수 있는 것'을 의미한다.  자바에서는 한 타입의 참조변수로 여러 타입의 객체를 참조할 수 있도록 함으로써 다형성을 프로그램적으로 구현했다.
다형성은 상속, 추상화와 더불어 객체 지향 프로그래밍을 구성하는 중요한 특징 중 하나다.

 

다형성의 대표적인 예로는 오버로딩, 오버라이딩이 있다. 오버로딩과 오버라이딩에 대해 정리한 내용도 있다. 궁금하다면 아래에 게시글을 보길 바란다. 

2021.08.11 - [Language/Java] - [Java] 오버라이딩(Overriding)과 오버로딩(Overloading)의 차이점

[Java] 오버라이딩(Overriding)과 오버로딩(Overloading)의 차이점

 

코드를 보면서 다형성을 이해해보자

// 부모클래스
public class Parent {
	void dowork() { System.out.println("부모 클래스의 dowork() 메소드입니다."); }
}

// 자식클래스
public class Child extends Parent {
	void dowork() {
		System.out.println("자식 클래스의 dowork() 메소드입니다.");
	}
}

// 예제클래스
public class Polymorphism {
	// 다형성
	Parent parent = new Parent(); //(1)
	Child child = new Child(); //(2)

	Parent downCasting = (Parent) new Child(); //(3)
	Child childParent = new Parent(); //(4) -오류발생
}

 

• 부모클래스인 Parnet를 생성한다.
• 자식클래스인 Child를 생성하고 Parent를 상속받는다.
• Polymorphism클래스를 생성하고 부모클래스와 자식클래스 모두 객체를 생성한다.
• (1),(2)와 같이 같은 타입의 인스턴스를 참조할 수 있다.
• (3)과 같이 부모클래스 타입의 참조변수로도 자식클래스 타입의 인스턴스를 참조할 수 있다.
• (4)와 같이 자식클래스 타입의 참조변수로 부모클래스 타입의 인스턴스를 참조할 수 없다.

(1),(2) 가 가능한 이유

참조 변수가 사용할 수 있는 멤버의 개수가 실제 인스턴스의 멤버 개수와 같기 때문

 

(3)이 가능한 이유

참조 변수가 사용할 수 있는 멤버의 개수가 실제 인스턴스의 멤버 개수보다 적기 때문

 

(4)가 참조할 수 없는 이유

참조 변수가 사용할 수 있는 멤버의 개수가 실제 인스턴스의 멤버 개수보다 많기 때문

 

즉, 클래스는 상속을 통해 확장될 수는 있어도 축소될 수는 없으므로, 자식클래스에서 사용할 수 있는 멤버의 개수가 언제나 부모클래스와 같거나 많기 때문에 자식->부모를 참조할 수 없다. 

 

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참조변수의 형변환

기본형 변수와 같이 참조변수도 형변환이 가능하다. 단, 서로 상속관계에 있는 클래스 사이에서만 가능하기 때문에 아래의 박스처럼만 형변환이 가능하다. 

자식클래스 -> 부모클래스 (UpCasting) : 형변환 생략가능
부모클래스 -> 자식클래스 (DownCasting) : 형변환 생략불가

참조변수를 자식->부모클래스로 형변환하는 것을 UpCasting(업캐스팅)이라고 하며, 부모->자식클래스로 형변환하는 것을 DownCasting(다운캐스팅)이라고 한다. 

 

그렇다면 형변환을 하는 방법은 어떻게 될까? 아래의 코드를 보자

// 부모클래스
public class Car {
	String color;
	int seat;
	
	void drive() {	// 운전기능
		System.out.println("drive");
	}
	
	void stop() {	// 멈추기
		System.out.println("stop!!!");
	}
	
}

// 자식클래스
public class Sorento extends Car{
	void sunroof() {
		System.out.println("sunroof open~!");
	}
}

// 실행클래스
public class Casting {
	public static void main(String[] args) {
		Car car = null;
		Sorento sorento = new Sorento();
		Sorento sorento2 = null;
		
		sorento.drive();
		sorento.sunroof();
		car = sorento;			//업캐스팅 (생략되어있음) 자식클래스->부모클래스
		
		sorento2 = (Sorento)car;	// 다운캐스팅 부모클래스->자식클래스
		sorento2.sunroof();
	}
}

실행결과

drive
sunroof open~!
sunroof open~!

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instanceof 연산자

이러한 다형성으로 인해 참조변수가 실제로 참조하고 있는 인스턴스의 타입을 확인할 필요성이 생긴다. 자바에서는 instanceof연산자를 사용한다. 연산결과로는 boolean값인 true, false를 반환하며 true를 반환했다면 참조변수가 검사한 타입으로 형변환이 가능하다는 것을 뜻한다. 

참조변수 instanceof 클래스이름

예제

// 부모클래스
public class Car {//내용생략}

// 자식클래스
public class Sorento extends Car{//내용생략}

// 실행클래스
public class instanceofTest {
	public static void main(String[] args) {
		
		if(c instanceof Sorento) {
			System.out.println("This is a Sorento instance");
		}
		
		if(c instanceof Car) {
			System.out.println("This is a Car instance");
		}
		
		
		System.out.println(c.getClass().getName());	// 클래스의 이름 출력
		
	}

실행결과

This is a Sorento instance
This is a Car instance
polymorphism.Sorento

위의 코드처럼 instanceof 연산자를 사용하면 인스턴스의 실제타입을 알 수 있다. 

 

어떤 타입에 대한 instanceof 연산의 결과가 true라는 것은 검사한 타입으로 형변환이 가능하다는 것을 뜻한다. 

 

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참고사이트
http://tcpschool.com/java/java_polymorphism_concept
자바의 신
자바의 정석