[Java] 상속(Inheritance)과 다형성(Polymorphism) 이해

1. 상속(Inheritance) 개념

상속(Inheritance)은 객체 지향 프로그래밍(OOP)의 핵심 개념으로, 기존 클래스를 기반으로 새로운 클래스를 만드는 방법이다.

 

1-1. 상속의 특징

1. 코드 재사용
       : 부모 클래스에서 정의된 속성과 메서드를 자식 클래스에서 재사용
2. 확장성
       : 자식 클래스는 부모 클래스의 기능을 확장하거나 변경(`@Override`)할 수 있다.
3. 계층적 구조
       : 클래스 간의 관계를 계층적으로 설계하여 프로그램 구조를 체계적으로 만들 수 있다.
4. 단일 상속
       : Java는 클래스의 다중 상속을 지원하지 않으며, 하나의 부모 클래스만 상속받을 수 있다.
       (인터페이스를 통해 다중 상속과 유사한 기능 구현 가능)

 

1-2. 상속의 용어

• 부모 클래스 (Parent Class)
  • 상속을 제공하는 클래스
  • 기본 기능(필드와 메서드)을 정의
  • 슈퍼클래스(Superclass)라고도 불림
• 자식 클래스 (Child Class)
  • 부모 클래스를 상속받아 기능을 재사용하거나 확장하는 클래스
  • 서브클래스(Subclass)라고도 불림

 

1-3. 상속의 구현

`extends` 키워드를 사용하여 구현된다.

class Parent {
    void showMessage() {
        System.out.println("부모 클래스 메서드");
    }
}

class Child extends Parent {
    void display() {
        System.out.println("자식 클래스 메서드");
    }
}

 

1-4. 메서드 오버라이딩 (Method Overriding)

자식 클래스에서 부모 클래스의 메서드를 재정의(overriding)하여 동작을 변경할 수 있다.

class Animal {
    void sound() {
        System.out.println("This animal makes a sound.");
    }
}

class Dog extends Animal {
    @Override
    void sound() {
        System.out.println("The dog barks.");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Animal animal = new Dog(); // 부모 타입 참조, 자식 객체 생성
        animal.sound();           // 오버라이딩된 메서드 호출
    }
}

• `@Override` 어노테이션은 부모 클래스의 메서드를 자식 클래스에서 재정의했음을 명시한다.

 

1-5. 상속의 제한

`final` 키워드

• 클래스에 붙이면 해당 클래스는 상속될 수 없다.
• 메서드에 붙이면 해당 메서드는 오버라이딩 할 수 없다.

 

다중 상속 불가

• Java는 클래스 간 충돌 문제 방지를 위해 다중 상속을 지원하지 않는다.
• 대신 인터페이스를 통해 다중 상속처럼 구현이 가능하다.

 

1-6. 상속의 장점/단점

장점

1. 코드 재사용성: 부모 클래스의 코드를 재사용하여 중복 제거
2. 유지보수성: 수정해야 할 코드가 부모 클래스에 집중됨
3. 확장성: 기존 클래스에 새로운 기능을 쉽게 추가 가능

 

단점

1. 종속성 증가: 자식 클래스가 부모 클래스에 의존하기 때문에 변경 시 영향을 받을 수 있음
2. 복잡성 증가: 깊은 상속 구조는 코드의 가독성을 떨어뜨림

 

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2. 다형성(Polymorphism)의 개념

다형성(Polymorphism)은 객체 지향 프로그래밍(OOP)의 중요한 특징 중 하나로, 동일한 메서드 호출이 객체의 타입에 따라 다르게 동작하도록 구현하는 것을 의미한다.

 

2-1. 다형성의 핵심 개념

컴파일 타임 다형성 (Compile-Time Polymorphism)

• 메서드 오버로딩(Method Overloading)을 통해 구현
• 같은 이름의 메서드를 여러 개 정의하고, 매개변수의 타입이나 개수에 따라 호출이 결정된다.

 

런타임 다형성 (Run-Time Polymorphism)

• 메서드 오버라이딩(Method Overriding)을 통해 구현
• 부모 클래스의 참조 변수로 자식 클래스 객체를 참조하여 실행 시점에 실제 객체의 메서드가 호출된다.

 

특징	컴파일 타임 다형성	런타임 다형성
구현 방식	메서드 오버로딩	메서드 오버라이딩
결정 시점	컴파일 시점	실행 시점
유연성	낮음	높음
	런타임에 객체 타입에 따라 동작을 다르게 처리할 수 없다. 정적으로 매개변수의 타입이나 개수에 따라 메서드가 호출되므로, 동적 객체의 동작에는 부적합	부모 클래스 타입으로 다양한 자식 객체를 처리할 수 있으므로, 실행 시점에서 객체의 실제 타입에 따라 다른 동작을 수행한다.
속도	빠름	느림
	컴파일 시점에 호출할 메서드가 결정되기 때문에, 런타임 다형성보다 실행속도가 빠름	메서드 호출 시, 런타임에 객체의 실제 타입을 확인하고 메서드를 호출해야하기 때문에 컴파일 타임 다형성보다 느림
상속 필요 여부	상속 불필요	상속 필수
적용 시점	동일 클래스 내에서 구현 가능	부모-자식 클래스 간에 구현 가능
확장성	제한적	높음
	클래스 간 계층 구조나 상속과 무관하게 동작하기 때문에 상속 기반의 확장을 못함	새로운 자식 클래스를 추가해도 기존 코드를 수정하지 않고 동작을 확장할 수 있다.

 

2-2. 다형성 구현

메서드 오버로딩

class Calculator {
    int add(int a, int b) {
        return a + b;
    }

    // 오버로딩: 매개변수의 개수가 다름
    int add(int a, int b, int c) {
        return a + b + c;
    }

    // 오버로딩: 매개변수의 타입이 다름
    double add(double a, double b) {
        return a + b;
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Calculator calc = new Calculator();
        System.out.println(calc.add(2, 3));       // 정수 덧셈
        System.out.println(calc.add(2, 3, 4));    // 세 개의 정수 덧셈
        System.out.println(calc.add(2.5, 3.5));   // 실수 덧셈
    }
}

• 같은 이름의 메서드 `add`가 여러 개 정의되어 있지만, 매개변수의 타입이나 개수에 따라 실행되는 메서드가 선택된다.
• 컴파일 시점에 어떤 메서드가 호출될지 결정되므로 컴파일 타임 다형성이라고 한다.

 

메서드 오버라이딩

1-4. 메서드 오버라이딩 참고.

• 실행 시점에 어떤 메서드가 호출될지 결정되므로 런타임 다형성이라고 한다.