☕Java — 상속, 다형성

1. 상속 (Inheritance)

상속이란 무엇인가

상속(Inheritance) 은 기존의 클래스를 재사용하여 새로운 클래스를 작성하는 자바의 핵심 기술이다.
부모 클래스의 멤버(필드, 메서드)를 자식 클래스가 물려받아 자신의 것처럼 사용할 수 있으며, 여기에 새로운 기능을 추가(확장)할 수 있다.

부모 클래스 (Super/Parent Class) → 상속을 해주는 클래스
자식 클래스 (Sub/Child Class)   → 상속을 받는 클래스

상속의 특징 및 문법

// 문법: extends 키워드 사용
public class 자식클래스 extends 부모클래스 { ... }

1. 코드 재사용성: 중복되는 코드를 부모 클래스에 한 번만 작성하여 관리할 수 있다.
2. 확장성: 부모의 기능을 그대로 쓰면서 자식만의 고유한 기능을 추가할 수 있다.
3. 단일 상속: 자바는 클래스 간 다중 상속을 지원하지 않는다 (부모는 오직 하나).

상속 적용 예시

// Car.java (부모 클래스)
public class Car {
    private boolean runningStatus;

    public void run() {
        runningStatus = true;
        System.out.println("자동차가 달립니다.");
    }

    protected boolean isRunning() { // 같은 패키지 + 자식 클래스에서 접근 허용
        return runningStatus;
    }
}

// FireCar.java (자식 클래스)
public class FireCar extends Car {
    @Override
    public void soundHorn() {
        if(isRunning()) { // 부모의 protected 메서드 사용 가능
            System.out.println("빠아아아아아앙!!@!@!@@@");
        }
    }

    public void sprayWater() { // 자식만의 고유 기능 추가
        System.out.println("물을 뿌립니다 =============>>>>>>");
    }
}

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2. super 키워드

super()와 super.

this가 나 자신을 가리킨다면, super는 부모 객체를 가리키는 참조 변수다.

• super(): 부모의 생성자를 호출한다. 자식 객체 생성 시 부모 객체가 먼저 생성되어야 하므로 자식 생성자 첫 줄에 반드시 위치해야 한다 (생략 시 컴파일러가 자동 추가).
• super.: 부모 클래스의 멤버(필드/메서드)에 접근할 때 사용한다. 자식 클래스에서 오버라이딩된 메서드 대신 부모의 원본 메서드를 호출하고 싶을 때 유용하다.

생성자 호출 순서

// Computer.java
public class Computer extends Product {
    private String cpu;
    private int ram;

    public Computer(String code, String brand, String name, int price, Date manufacturingDate, String cpu, int ram) {
        // 1. 부모의 생성자를 호출하여 부모 필드 초기화
        super(code, brand, name, price, manufacturingDate);

        // 2. 자식만의 필드 초기화
        this.cpu = cpu;
        this.ram = ram;
    }
}

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3. 메서드 오버라이딩 (Method Overriding)

오버라이딩이란 무엇인가

부모 클래스로부터 물려받은 메서드의 내용을 자식 클래스에서 자신에 맞게 재정의하는 것이다.

오버라이딩 성립 조건

1. 메서드 이름, 반환 타입, 매개변수 목록이 부모와 완전히 동일해야 한다.
2. 접근 제한자는 부모보다 좁은 범위로 변경할 수 없다 (부모가 protected면 자식은 protected나 public).
3. 부모의 private 메서드와 final 메서드는 오버라이딩할 수 없다.

@Override 어노테이션

이 어노테이션을 붙이면 컴파일러가 오버라이딩 규칙을 제대로 지켰는지 검사해준다. 오타 등으로 인해 오버라이딩이 아닌 새로운 메서드가 정의되는 실수를 방지해준다.

// CoffeeVendingMachine.java
@Override
public String vend() {
    return "따듯한 아메리카노"; // 부모의 "밀크 커피" 대신 새로운 결과 반환
}

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4. 다형성 (Polymorphism)

다형성이란 무엇인가

하나의 타입(부모)으로 여러 가지 타입의 객체(자식들)를 참조할 수 있는 성질이다. 자바 객체지향의 꽃이라고 불릴 만큼 중요하다.

핵심 개념

1. 업캐스팅 (Upcasting): 자식 객체를 부모 타입의 변수에 대입하는 것 (자동 형변환).

   Animal a1 = new Cat();  // Cat은 Animal이다.

2. 동적 바인딩 (Dynamic Binding): 컴파일 시점에는 부모의 메서드를 호출하는 것처럼 보이지만, 실행 시점에는 실제 객체의 오버라이딩된 메서드가 호출되는 원리.
3. 다운캐스팅 (Downcasting): 부모 타입으로 변환된 객체를 다시 원래의 자식 타입으로 되돌리는 것 (명시적 형변환).

   ((Cat) a1).jump(); // Animal에는 없는 Cat만의 jump()를 호출할 때 필요

instanceof 연산자

다운캐스팅 시 실제 어떤 객체인지 확인하여 에러(ClassCastException)를 방지한다.

if (a1 instanceof Cat) {
    ((Cat) a1).jump();
}

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5. 추상 클래스 (Abstract Class)

미완성 설계도

추상 클래스는 미완성된 기능(추상 메서드)을 포함하고 있어 직접 객체를 생성할 수 없는 클래스다. abstract 키워드를 사용한다.

• 추상 메서드: 선언부만 있고 몸통({})이 없는 메서드. 자식 클래스에게 해당 메서드의 구현을 강제한다.
• 목적: 자식 클래스들이 공통적으로 가져야 할 규격을 정의하고, 반드시 재정의해야 할 기능을 명시하는 용도다.

public abstract class Player {
    public abstract void attack(); // 자식(Warrior, Wizard)은 반드시 이 메서드를 만들어야 함

    public void levelUp() { // 일반 메서드도 포함 가능
        System.out.println("레벨업!");
    }
}

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6. 인터페이스 (Interface)

표준 규격서 (계약)

인터페이스는 클래스가 구현해야 할 메서드 목록을 정의한 표준 규격이다. 클래스 간의 결합도를 낮추고 다중 상속과 유사한 효과를 낸다.

• 모든 변수: public static final (상수)
• 모든 메서드: public abstract (추상 메서드, Java 8부터 default/static 메서드 가능)
• 다중 구현: 한 클래스가 여러 인터페이스를 한꺼번에 implements 할 수 있다.

public interface IConnectable {
    void connect(); // 자동으로 public abstract

    default void showStatus() { // 기본 구현 제공 가능
        System.out.println("장치가 대기 상태입니다.");
    }
}

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7. 상속 vs 컴포지션 (Inheritance vs Composition)

객체 지향 설계에서 클래스 간의 관계를 맺는 두 가지 주요 방법이다.

Is-A 관계 (상속)

• 클래스 간의 강한 결합.
• "자식은 부모의 일종이다" (예: 소방차는 자동차이다).
• 부모의 코드를 그대로 물려받아 재사용성이 높지만, 부모의 변경이 자식에게 큰 영향을 미친다.

Has-A 관계 (컴포지션/합성)

• 클래스가 다른 클래스의 객체를 필드로 포함하는 관계.
• "A는 B를 소유한다" (예: 레이서는 자동차를 가지고 있다).
• 객체 간의 결합도가 낮아 유연하며, 실행 시점에 포함하는 객체를 교체할 수도 있다.

// 컴포지션 예시
public class CarRacer {
    private final Car myCar = new Car(); // 레이서는 자동차를 소유함

    public void drive() {
        myCar.run(); // 자동차에게 달리는 기능을 요청(위임)
    }
}

무엇을 선택해야 할까?

• 상속은 명확한 계층 구조가 필요할 때 사용한다.
• 컴포지션은 단순히 기능을 재사용하고 싶거나, 객체 간의 독립성을 유지하고 싶을 때 권장된다.
• 현대적인 설계에서는 "상속보다는 합성(Composition)을 선호하라"는 원칙을 많이 따른다.

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8. 실습 과제 해설

학습한 상속과 다형성 개념을 실제 프로젝트에 적용해본 사례를 분석한다.

과제 1: 상속을 이용한 회원 관리 (Person - Student/Employee)

이 과제는 부모 클래스인 Person의 공통 필드를 자식 클래스들이 물려받아 재사용하는 Is-A 관계의 전형적인 사례다.

• 부모 클래스 (Person): 이름, 나이, 키, 몸무게 등 모든 사람의 공통 속성을 정의한다.
• 자식 클래스 (Student, Employee): 부모의 속성을 물려받고, 각각 '학년/전공' 또는 '급여/부서'와 같은 고유한 속성을 확장한다.

핵심 포인트:

• super()를 사용하여 부모의 필드를 초기화한다.
• information() 메서드를 오버라이딩하여 부모의 정보 출력 기능에 자식만의 정보를 추가한다.

// Student.java 오버라이딩 예시
@Override
public String information() {
    return super.information() + ", 학년: " + grade + ", 전공: " + major;
}

과제 2: 다형성을 이용한 도서 관리 시스템 (Book - AniBook/CookBook)

이 과제는 부모 타입의 배열 하나로 서로 다른 자식 객체들을 관리하는 **다형성(Polymorphism)**의 강력함을 보여준다.

• 부모 클래스 (Book): 제목, 저자, 출판사 정보를 가진다.
• 자식 클래스 (AniBook, CookBook): 만화책(제한 나이), 요리책(쿠폰 여부) 등 특수 속성을 가진다.

핵심 포인트:

• 업캐스팅: Book[] bList 배열 하나에 AniBook과 CookBook 객체를 모두 담아 통합 관리한다.
• instanceof와 다운캐스팅: 대여 처리 시, 실제 객체가 어떤 타입인지 확인하여 타입별 특수 로직(나이 제한 체크, 쿠폰 적립)을 실행한다.

// LibraryManager.java 다형성 활용 예시
public int rentBook(int index) {
    Book book = bList[index]; // 부모 타입으로 객체 꺼내기

    if (book instanceof AniBook) { // 실제 타입 확인
        AniBook aniBook = (AniBook) book; // 다운캐스팅
        if (member.getAge() < aniBook.getAccessAge()) return 1; // 나이 제한 체크
    }

    if (book instanceof CookBook) {
        CookBook cookBook = (CookBook) book;
        if (cookBook.isCoupon()) { // 쿠폰 여부 체크
            member.setCouponCount(member.getCouponCount() + 1);
            return 2;
        }
    }
    return 0;
}

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정리