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객체지향의 기본 이론

해당 포스트는 아래의 내용들을 토대로 정리한 것입니다.

코드스피츠 86기 1회차 동영상open in new window

객체지향을 사용하는 목적과 원칙들에 대해 살펴보자.

Value vs Identifier

  • Value Context
    • 함수지향
    • 메모리와 상관없이 값 자체를 본다.
  • Identifier Context
    • 객체지향
    • 값이 아닌 메모리 주소를 본다.
const a = { a: 3, b: 5 }
const b = { a: 3, b: 5 }

// Identifier Context
console.log(a === b); // false.

// Value Context
console.log(JSON.stringify(a) === JSON.stringify(b)); // true

객체지향은 항상 Identifier를 인자로 받아야 한다. 즉, 숫자를 받으면 안 된다.

객체지향에서 값을 받는 것은 오직 생성자 밖에 없다.

Value의 특징

  • 끝 없는 복사본
  • 상태 변화에 안전(강제적으로)
    • 상태가 변할 수 없다
    • 3 + 1 = 4 : 3과 1은 그대로 있고 4가 만들어진다.
  • 연산을 기반으로 로직을 전개한다.
    • 복잡한 도메인을 포현하는 연산은 굉장히 어렵다
    • 영화표를 계산하는 방법 : 조조 + 할인카드 + 청소년 + 통신사 할인 = ?
    • 연산을 구현할 수 있다는 자신감이 있어야 한다.

Identifier의 특징

  • 하나의 원본
  • 상태 변화를 내부에서 책임짐
    • 평소엔 정상인데 술을 먹더니 꽐라가 된다(?)
    • 정상이든 꽐라든 해야할 일은 할 수 있도록 만들어야 한다.
  • 메세지를 기반으로 로직을 전개 → 로직을 위임할 수 있다

TIP

객체지향은 값을 사용하면 안 된다.

Polymorphism

Polymorphism(다형성) = 대체가능성 + 내적일관성

  • 확장된 객체는 원본으로 대체 가능하다
  • 생성 시점의 타입이 내부에 일관성 있게 참조된다.

위에 대한 예는 다음과 같다.

const Worker = class {
  run() { console.log('working') }
  print() { this.run() }
}

// Overriding
const HardWorker = class extends Worker {
  run() { console.log('HardWorking') }
}

const worker = new HardWorker()

이 코드에 대한 객체지향의 개념은 다음과 같다.

대체가능성(substitution)

확장된 class는 대상 class를 대체할 수 있다(자식은 부모를 대체할 수 있다)

console.log(worker instanceof Worker) // true. 대체가능성

내적일관성(internal identity)

어떠한 경우에도 태어났을 때의 원본 클래스를 유지한다.

worker.print() // HardWorker의 print. 내적일관성

Polymorphism of Prototype

javascript는 prototype을 이용해서 대체가능성과 내적일관성을 유지한다.

console.log(worker.__proto__ === HardWorker.prototype); // true
console.log(HardWorker.prototype.__proto__ === Worker.prototype); // true
console.log(Worker.prototype.__proto__ === Object.prototype); // true

console.log(worker.__proto__ === HardWorker.prototype); // true
console.log(worker.__proto__.__proto__ === Worker.prototype); // true
console.log(worker.__proto__.__proto__.__proto__ === Object.prototype); // true

각 언어마다 굉장히 다른 시스템을 사용하지만, 객체지향이라고 불리기 위해선 어떤 형태로든 대체가능성과 내적가능성을 유지할 수 있어야한다.

즉, 객체지향언어는 Polymorphism을 언어차원에서 지원한다.

Object Essentials

Object Essentials

  • 객체의 본질
  • Java 혹은 Javascript는 객체지향언어의 조건을 만족하고 있다.
  • 하지만, 객체지향언어를 사용한다고 해서 객체지향 프로그래밍을 하는 것은 아니다.
  • 객체가 정상작동하고 객체지향답게 움직여야 하는 본질적인 조건이 필요하다.
const EssentialObject = class {
  // hide state: 내부의 상태를 감춘다 = 데이터 은닉
  #name = ''
  #screen = null

  constructor(name) { this.#name = name }
  camouflage(name) { this.#screen = (Math.random() * 10).toString(16).replace('.', '') }

  // 캡슐화(encapsulation). 안에서 무슨 일이 일어나는지 노출하면 안 된다.
  get name(){ return this.#screen || this.#name }
}

데이터 은닉(hide state)

Maintenance of state

  • 내부의 상태를 감춘다(=identifier context를 사용한다.)
  • 자신의 상태에 대한 관리의 책임이 있어야 한다(내 지갑은 내가 관리한다)
  • 객체의 속성을 밖으로 보여주는 것은 value context를 사용하는 것이다. value context은 객체지향에서 버그를 만들고 결국 value context를 사용하는 객체지향은 언젠간 무너지게 된다.

캡슐화(encapsulation)

Encapsulation of functionality

  • 내부에서 무슨 일이 일어나는지 노출하면 안 된다(객체의 메소드에서 일어나는 일은 외부에서 알면 안 된다)
  • 즉, 외부에서 내부의 일을 모르게 한다.
  • ATM은 내부적으로 굉장히 복잡하게 작동하지만, 사용자는 그러한 일들에 대해 알 필요도 없고 알아서도 안 된다.
  • 예를 들어 setAge 라는 method는 캡슐화에 위배될 수 있다. setChild setAdult 같은 method로 캡슐화할 수 있다.
  • 캡슐화를 하기 위해선 method의 역할 그리고 책임에 대해 한 단계 더 생각해야 한다.

Isloation of change

소프트웨어는 무조건 변한다. 우리는 프로그램의 변화를 막을 수 없으며 개발도중에 스펙이 바뀌는 것은 PM의 잘못이 아니라 매우 당연한 일이다.

객체지향의 목표

객체지향의 목표는 격리의 벽을 세워 변화의 여파가 다른 코드로 전이되지 않도록 하는 것이다. 그리고 변화의 여파를 막고 격리의 벽을 세울 수 있는 유일한 수단이 바로 앞서 설명한 캡슐화와 데이터 은닉이다.

즉, 데이터은닉과 캡슐화가 무너지면 서서히 오염되고 결국 객체지향은 무너지게 된다.

SOLID 원칙

  • 로버트 마틴이 2000년대 초반에 명명한 객체 지향 프로그래밍 및 설계의 다섯 가지 기본 원칙이다.
  • 프로그래머가 시간이 지나도 유지 보수와 확장이 쉬운 시스템을 만들고자 할 때 이 원칙들을 함께 적용할 수 있다.
  • SOLID 원칙들은 소프트웨어 작업에서 프로그래머가 소스 코드가 읽기 쉽고 확장하기 쉽게 될 때까지 소프트웨어 소스 코드를 리팩터링하여 코드 냄새를 제거하기 위해 적용할 수 있는 지침이다.
  • 애자일 소프트웨어 개발open in new window과 적응적 소프트웨어 개발open in new window의 전반적 전략의 일부다.

S RP (Single Responsibility, 단일책임) 원칙

수정을 하는 원인은 오직 하나 밖에 없어야 한다. 항상 일관성 있게 작동하며, 코드를 수정해야 이유는 오직 하나의 이유만 있어야 한다(하나의 경우).

SRP를 지키지 못하면 산탄총 수술(Shotgun surgery) 가 일어난다.

O CP (Open Closed, 개방폐쇄) 원칙

  • Open : Extends, Implements 할 수 있게 만들어야 한다.
  • Close : 새로운 문제를 만들거나 해결할 때 기존의 class를 건드리는 게 아니라 extends나 implements로 구현해야 한다.

즉, 문제들에 대한 공통점을 인식해서 추상화에 성공해야 가능하다.

L SP (Liskov Substitusion, 업캐스팅 안전) 원칙

추상층의 정의가 너무 구체적이면 구상승의 구현에서 모순이 발생한다. 다음 예를 통해 이해해보자.

  • 추상층

    • 숨을 쉰다
    • 다리로 이동한다

  • 구상층(구현)

    • 사람 ok
    • 타조 ok
    • 아메바 no
    • 독수리 no
    • 고래 no

위에서 다리로 이동한다 라는 method 때문에 구현의 문제가 발생한다. 그래서 이것을 다음과 같이 고쳐야 한다.

  • [추상층] 생물
    • 숨을 쉰다

그런데 분명히 다리로 이동하는 생물도 있다. 그래서 다음과 같이 인터페이스 라는 것을 만들어야 한다.

  • [인터페이스] 다리로 이동하는 생물 extends 생물
    • 다리로 이동한다.

이렇게 정의된 추상층과 인터페이스를 가지고 다음과 같은 생물은 만들어낼 수 있다.

  • 사람 extends 생물
  • 타조 extends 생물
  • 아메바 implements 다리로 이동하는 생물
  • 독수리 implements 다리로 이동하는 생물
  • 고래 implements 다리로 이동하는 생물

이러한 상태를 업캐스팅이 안전하다고 볼 수 있다.

I SP(Interface Segregation, 인터페이스 분리)

앞에서 본 것 처럼 LSP를 해결하기 위해 ISP도 같이 사용한다고 볼 수 있다.

uml diagram

위와 같은 상태를 ISP를 반영하면 다음과 같이 바꿀 수 있다.

uml diagram

이렇게 역할이 명확하다면 interface를 통해서 구분해야한다.

D IP(Dependency Inversion, 다운캐스팅금지) 원칙

의존성 역전의 법칙 이라고도 한다. 의존성은 언제나 부모쪽으로만 흘러야 한다는 뜻이다. 반대로, 다운캐스팅이 있다면 객체지향은 무너진다. 이것을 지키기 위해선 앞서 설명한 원칙들이 무조건 지켜져야 하낟.

TIP

  • 고차원의 모듈은 저차원의 모듈에 의존하면 안 된다. 두 모듈 모두 추상화된 것에 의존해야 한다.
  • 추상화 된 것은 구체적인 것에 의존하면 안 된다. 구체적인 것이 추상화된 것에 의존해야 한다.

기타

  • DI(Dependency Injection, 의존성 주입). 다른 말로 IoC(Inversion of control, 제어역전)
  • DRY(Don't Repeat Yourself, 중복방지)
  • Hollyworld Principle(의존성 부패방지)
    • 물어보지 말고 요청하거나 기다려라.
    • Action을 처리할 대상이 요청하게 해야 한다.
    • 연락처를 물어보는 것 (X)
      • 상대방이 연락처를 알려준 직후에 전화번호를 바꾼다면?
    • 연락을 달라고 하는 것(연락처를 주는 것) (O)
    • 이것이 지켜지지 않는다 = 은닉or캡슐화가 지켜지지 않은 것
  • Law of demeter (최소지식)
    • classA.methodA의 최대 지식 한계
      • classA의 필드 객체
      • methodA가 생성한 객체
      • methodA의 인자로 넘어온 객체
    • Law of demeter가 지켜지지 않을 경우 열차 전복(train wreck) 상태라고 한다.

Message

객체지향은 Message를 기반으로 전개한다.

단일책임원칙(SRP)을 준수하는 객체망의 문제를 해결

  • 책임이 너무 세분화 된다 = 책임이 연결리스트처럼 이어져있다

    uml diagram

  • 언제나 상황/조직을 보고 유연하게 설계해야 한다. 절대적으로 옳은 것은 없다.

단일책임원칙(SRP)을 준수하는 객체에게 책임 이상의 업무를 부여하면?

  • 만능 객체가 되려 한다.
  • 다른 객체에게 의뢰한다.

다른 객체에게 의뢰하는 것 = 다른 객체에게 메세지를 보내는 것

  • 메세지 : 의뢰할 내용
  • 오퍼레이션 : 메세지를 수신할 객체가 제공하는 서비스
    • 오퍼레이션을 내부에 어떤 메소드가 처리할지는 런타임에 따라 달라진다.
    • 오퍼레이터가 런타임에 어떤 메소드랑 매핑될지 결정하는 것을 동적바인딩이라고 한다.
    • 동적바인딩을 지원하는 언어에서는 오퍼레이션과 메소드가 틀릴 가능성이 높다.
  • 메소드 : 오퍼레이션이 연결될 실제 처리기

추상 클래스를 상속받게 만들거나, 인터페이스를 구현하는 이유는 오퍼레이션과 메소드를 분리해서 런타임에 원하는 것을 가져오기 위해서이다. 이게 결국 OCP를 만들어낸다.

즉, SRP를 통해 문제를 해결하게 되는 과정에 OCP가 만들어진다.

Dependency

  • 의존성은 격리(가장 중요함)의 문제이다.
  • 격리성을 갖는가 = 의존성을 어떻게 관리 했는가

의존 객체에 문제가 있으면 자신에게도 문제가 생긴다.

회사의 업무를 예로 들면 다음과 같다

  • 의존성이 아예 없다(만능 객체)
    → 한 객체(사람)이 모든 일을 다 한다
    → 만능 객체 빼고 다 필요 없다
    → 나머지 구성원은 퇴사
  • 의존성이 매우 강하다
    → 모든 사람이 각자의 일을 딱 맞게 수행한다
    → 한 명에게 문제가 생기면 나머지에도 문제가 생긴다
    → 모두 휴가를 갈 수 없다
    → 결국 모두 퇴사(?)

그래서 의존성이 아예 없어도 좋지 않고, 너무 강해도 좋지 않다. 적당한게 제일 좋다.

Dependency의 종류

  1. 객체의 생명주기 전체에 걸친 의존성
  • 상속(extends) : 상속 받는 모든 객체가 부모 객체를 쓰면 반드시 망가진다 - 위험도가 높다(의존성이 강력하다)
  • 연관(association) : 다른 객체를 알고 있다(소유하고 있다)
  • 상속을 연관(소유)로 바꿔라
  1. 오퍼레이션 실행 시 임시적인 의존성
  • 메소드 호출이 끝나면 의존성 종료

의존성이 높을 경우

  • 수정 여파 규모 증가
  • 수정하기 어려운 구조 생성
  • 순환 의존성: 모두가 다 한 가족이 된다.

객체지향을 배우는 이유는 격리 구간을 세우고 의존성을 관리하기 위해서다. 즉, 변화에 대한 격리를 위해 객체지향을 하는 것이다.

Dependency Inversion (의존성 역전)

const Worker = class {
  run() { console.log('working') }
  print() { this.run() }
}

// Overriding
const HardWorker = class extends Worker {
  run() { console.log('HardWorking') }
}

const worker = new HardWorker()

const Manager = class {
  #workers
  constructor(...workers) {
    // 추상화된 것을 의존하고 있다. 즉, HardWorker는 몰라도 된다.
    // 이 구문이 없어도 되지만, 코드의 뉘앙스(의도)를 표현할 수 있다
    // "worker level의 method를 쓸 것이다."
    if(workers.every(w => w instanceof Worker))
      this.#workers = workers;
    else throw 'invalid workers'
  }
  doWork() {
    this.#wokers.forEach(w => w.run())
  }
}

const manager = new Manager(new Worker(), new HardWorker())
manager.doWork();
// working
// hardworking

IoC(Inversion of Control, 제어역전)

IOC는 객체지향의 궁극적인 목표. 모든 원칙을 달성해야 도달할 수 있다.

제어역전의 개념과 필요성

  1. Control = flow control(흐름 제어)
  2. 광의에서 흐름 제어 = 프로그램 실행 통제
  3. 동기 흐름제어, 비동기 흐름제어 등

Inversion

  • 역전
  • 위임 하겠다
  • 대체 하겠다

제어 흐름이 어려운 이유

  • 흐름 제어는 상태와 결합하여 진행됨
    • 루프가 진행될수록 루프가 다루는 상태를 예측하기가 힘들다.
  • 상태 통제와 흐름 제어 = 알고리즘
  • 변화에 취약하고 구현하기도 어려움
    • 제어문을 만들기도 힘든데, 제어문을 유지보수 하는 것은 더 어렵다.

대안

  • 제어를 추상화하고 한 번만 만들자(한 번의 if, 한 번의 roop)
    • 일반화라는 관점이 필요하다.
    • "달라보이지만 같다" - 연역적 추리, 귀납적 추리
    • 하나를 가르쳤더니 열 개를 안다 = 연역적 사고(원리를 안다)
    • 현상으로 부터 원리를 알고 원리를 적용한다.
  • 개별 제어의 차이점만 외부에서 주입 받는다.
const renderer = class {
  #view = null
  #base = null

  constructor (baseElement) {
    this.#base = baseElement
  }
  
  set view (v) {
    if(v instanceof View) this.#view = v
    else throw `invalid view: ${v}`
  }

  renderer (data) {
    const base = this.#base, view = this.#view
    if(!base || !view) throw 'no base or no view'
    let target = base.firstElementChild
    do base.removeChild(target)
    while (target = target.nextElementSibling)
    base.appendChild(view.getElement(data))
    view.initAni()
    view.startAni()
  }
}

const View = class {
  getElement (data) { throw `override!` }
  initAni () { throw 'override!' }
  startAni () { throw 'override!' }
}

const renderer = new Renderer(document.body)
renderer.view = new class extends View {
  #el
  getElement (data) {
    this.#el = document.createElement('div')
    this.#el.innerHTML = `<h2>${data.title}</h2><p>${data.description}</p>`
    this.#el.style.cssText = `width:100%;background:${data.background}`
    return this.#el
  }
  initAni () {
    const style = this.#el.style
    style.marginLeft = '100%'
    style.transition = '0.3s'
  }
  startAni () {
    requestAnimationFrame(() => this.#el.style.marginLeft = 0)
  }
}

renderer.render({
  title: 'title test',
  description: 'contents...',
  background: '#ffa'
})

제어는 renderer에서만 처리한다.

Framework = 제어 역전을 담당한다. Library = 제어에 대한 책임이 없다.

제어역전에 대한 디자인 패턴

전략 패턴(소유), 템플릿 메소드 패턴(상속) < 컴포지트 패턴 < 비지터 패턴

궁극적으로 보다 넓은 범위의 제어 역전을 실현한다.

추상 팩토리 메소드 패턴

왼쪽 패턴은 이미 만들어진 객체의 행위 제어역전에 참여시킬 수 있지만, 참여할 객체 자체를 생서할 수 없다.

참여할 객체를 상황에 맞게 생성하고, 행위까지 위임하기 위해 추상 팩토리 메소드를 사용한다.

추상 팩토리 메소드 패턴은 비지터 패턴과 같이 사용될 수 밖에 없다.

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