클래스와 객체(인스턴스)

✅ 클래스와 객체

클래스란 ‘객체를 정의해 놓은 것’, 또는 ‘객체의 설계도, 틀’이라고 할 수 있습니다.

클래스는 관련된 데이터와 메서드(기능)의 집합으로, 객체를 생성하는데 사용됩니다. 객체는 클래스의 인스턴스(실체)로, 클래스에 정의된 데이터와 메서드를 사용할 수 있습니다. 즉, 객체를 만들기 위해 구성하는 틀이라고 생각하면 됩니다.

현실 세계의 자전거를 빗대어 클래스에 대해 알아보겠습니다.

현실 세계의 자전거는 아래와 같은 데이터를 가지고 있고, 특정한 동작을 수행합니다.

🔻클래스 : 자전거 (Bicycle)

—속성 (데이터):

• 색깔 (color): 빨강, 파랑, 노랑 등

• 브랜드 (brand): Giant, Trek, Cannondale 등

• 가격 (price): 정수나 실수로 표현되는 가격

• 속도 (speed): 정수로 표현되는 속도

• 기어 (gear): 정수로 표현되는 기어 수

—동작 (메서드):

• 가속하기 (accelerate): 자전거의 속도를 빠르게 증가시킵니다.

• 감속하기 (decelerate): 자전거의 속도를 느리게 감소시킵니다.

• 정지하기 (stop): 자전거를 완전히 멈춥니다.

• 변속하기 (changeGear): 자전거의 기어를 변경합니다.

클래스는 객체(실제로 존재하는 것)을 만들기 위한 일종의 틀입니다. 그렇다면 클래스를 통해 만들어진 실제로 존재하는 객체를 한 번 살펴보겠습니다.

객체란 ‘실제로 존재하는 것, 사물 또는 개념’이라고 할 수 있습니다. 프로그래밍에서의 객체는 클래스에 정의된 내용대로 메모리에 생성된 것을 뜻합니다.

🔻객체1: 자전거1 (Bicycle)

• color: 빨강

• brand: Giant

• price: 500,000

• speed: 0

• gear: 1

• 동작(메소드) : 가속, 감속, 정지, 변속

자전거 클래스의 틀을 가지고 만들어진 객체는 위와 같은 데이터와 클래스에서 정의한 특정한 기능을 가지고 있습니다. 객체는 클래스로부터 생성되었으며, 속성(데이터)와 동작(메서드)을 공유합니다. 자전거1은 속도를 가속하거나 감속할 수 있으며, 기어를 변경할 수도 있습니다. 이것을 실제 코드로 구현해 보겠습니다.

• 클래스 정의

  public class Bicycle {
  		//데이터를 정의함.
      public String color; //색깔
      public String brand; //브랜드
      public double price; //가격
      public int speed;    //속도
      public int gear;     //기어
  
  		// Constructor 생성자
      public Bicycle(String color, String brand, double price) {
          this.color = color;
          this.brand = brand;
          this.price = price;
          this.speed = 0;
          this.gear = 1;
      }
  
      //특정한 동작(Method), 기능을 수행함. value는 임의의 값.
      public void accelerate(int value) {   //가속
          speed += value;
  				System.out.println("Accelerating. Current speed: " + speed);
      }
  
      public void decelerate(int value) {   //감속
          speed -= value;
  				System.out.println("Decelerating. Current speed: " + speed);
      }
  
      public void stop() {                  //정지
          speed = 0;
  				System.out.println("Stopping. Bicycle is now at rest.");
      }
  
      public void changeGear(int newGear) { //변속
          gear = newGear;
  				System.out.println("Changing gear to: " + gear);
      }
  }

  컴퓨터가 저장할 수 있는 데이터의 타입에 맞게 데이터를 저장할 수 있도록 변수를 선언합니다. 특정한 동작을 수행하는 메소드를 정의하여, 특정한 값에 따라 상태가 변하는 것을 속도라는 변수에 저장할 수 있도록 기능을 구현했습니다. 또한 기능(메소드)가 잘 실행되었는지 확인하기 위해 콘솔창에 출력되도록 했습니다. 생성자는 클래스를 통해 객체를 생성할 때 초기의 값을 어떻게 저장할지 구현하는 것입니다.

  이를 통해 어떻게 코드로 객체를 생성하는지 살펴보겠습니다.

• 객체의 생성과 사용

  public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Bicycle bicycle1 = new Bicycle("빨강", "Giant", 5000);
        
        // 객체의 속성(데이터) 출력
        System.out.println("Color: " + bicycle1.getColor());
        System.out.println("Brand: " + bicycle1.getBrand());
        System.out.println("Price: " + bicycle1.getPrice());
  
        // 객체의 동작 실행
        bicycle1.accelerate(20);
        bicycle1.changeGear(3);
        bicycle1.decelerate(10);
        bicycle1.stop();
    }
  }

  자전거 1은 색깔이 빨강색이고, 브랜드는 Giant이며, 가격은 5000입니다. 클래스라는 틀을 가지고 자전거 1의 데이터를 가진 객체를 생성했습니다. 객체의 속성(데이터)를 출력하고, 객체가 특정 동작을 실행(메소드 실행)했을 때의 결과를 확인해보겠습니다.

  Color: 빨강
  Brand: Giant
  Price: 5000
  Accelerating. Current speed: 20
  Changing gear to: 3
  Decelerating. Current speed: 10
  Stopping. Bicycle is now at rest.

  색깔이 빨강이며, 브랜드는 Giant, 가격이 5000인 자전거 1이, 20의 가속을 했을 때, 기어를 3으로 바꾸었을 때, 10의 감속을 했을 때, 정지했을 때 각각의 기능이 실행되었음을 출력되었습니다.

👉 클래스를 통해 객체를 생성하는 이유는 설계도를 통해서 제품을 만드는 이유와 같습니다. 하나의 설계도만 잘 만들어 놓으면 제품을 만드는 일이 쉬워지기 때문입니다. 제품의 색깔, 브랜드, 가격이 달라도 동일한 기능을 수행하는 자전거를 손쉽게 만들 수 있습니다.

🔎

—인스턴스화, 인스턴스, 객체 클래스로부터 객체를 만드는 과정을 클래스의 인스턴스화(instantiate)라고 합니다. 어떤 클래스로부터 만들어진 객체를 그 클래스의 인스턴스(instance)라고 합니다. 일반적으로 객체와 인스턴스는 거의 동일한 의미로 쓰여집니다. ’자전거는 인스턴스다.’라고 하기 보다는 ‘자전거는 객체다.’라는 쪽이, ‘자전거는 자전거 클래스의 객체이다.’라고 하기 보다는 ‘자전거는 자전거 클래스의 인스턴스다.’라고 하는 것이 자연스러운 것처럼 문맥에 따라 구별하여 사용하는 것이 좋습니다. → 실제 현실 세계의 사물이면 객체를, 클래스를 통해 생성된 것이면 인스턴스라고 구별하면 될 것 같습니다.

✅ 객체의 구성요소 -속성과 기능

객체는 다수의 속성과 다수의 기능을 가진 집합이라고 할 수 있습니다. 객체가 가지고 있는 속성과 기능을 그 객체의 멤버(구성원, member)라고 합니다. 또한 아래와 같이 같은 뜻의 여러가지 용어가 존재합니다.

• 속성(property) == 멤버변수(member variable), 특성(attribute), 필드(field), 상태(state)

• 기능(function) == 멤버메소드(method), 함수(function), 행위(behavior)

자전거라는 클래스가 있다고 하였을 때 멤버를 살펴보겠습니다.

클래스	자전거
속성	색깔, 브랜드, 가격, 속도, 기어
기능	가속, 감속, 정지, 변속

➡️이를 코드로 보면 다음과 같습니다.

public class Bicycle {
		//데이터를 정의함.
    public String color; //색깔
    public String brand; //브랜드
    public double price; //가격
    public int speed;    //속도
    public int gear;     //기어

		// Constructor 생성자
    public Bicycle(String color, String brand, double price) {
        this.color = color;
        this.brand = brand;
        this.price = price;
        this.speed = 0;
        this.gear = 1;
    }

    //특정한 동작(Method), 기능을 수행함. value는 임의의 값.
    public void accelerate(int value) {   //가속
        speed += value;
				System.out.println("Accelerating. Current speed: " + speed);
    }

    public void decelerate(int value) {   //감속
        speed -= value;
				System.out.println("Decelerating. Current speed: " + speed);
    }

    public void stop() {                  //정지
        speed = 0;
				System.out.println("Stopping. Bicycle is now at rest.");
    }

    public void changeGear(int newGear) { //변속
        gear = newGear;
				System.out.println("Changing gear to: " + gear);
    }
}

✅ 객체의 생성과 사용, 참조변수

객체를 생성할 때는 보통 new 키워드를 사용해서 생성합니다. 객체를 생성하고 사용할 때 참조 변수를 사용하는게 이것이 무엇인지 살펴보겠습니다.

• 객체의 생성과 사용

  public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Bicycle bicycle1 = new Bicycle("빨강", "Giant", 5000);
        
        // 객체의 속성(데이터) 출력
        System.out.println("Color: " + bicycle1.getColor());
        System.out.println("Brand: " + bicycle1.getBrand());
        System.out.println("Price: " + bicycle1.getPrice());
  
        // 객체의 동작 실행
        bicycle1.accelerate(20);
        bicycle1.changeGear(3);
        bicycle1.decelerate(10);
        bicycle1.stop();
    }
  }

  1. Bicycle bicycle1;

     Bicycle 클래스 타입의 참조변수 bicycle1을 선언했습니다. 선언만 했을 경우에 메모리 상에 참조변수 bicycle1이 참조할 수 있는 특정 메모리 공간이 생성됩니다.

     

  2. Bicycle bicycle1 = new Bicycle();

     new 연산자를 통해 Bicycle 클래스의 인스턴스가 메모리의 빈 공간에 생성됩니다. 메모리의 존재하는 인스턴스를 가리키는 주소를 임의로 0x100이라고 가정해보겠습니다. 현재 코드는 인스턴스만 생성되었을 뿐 초기화하지 않았으므로 각 타입에 기본값으로 자동으로 초기화가 됩니다.( String = null, int = 0 )

     

     그 다음에는 대입 연산자 = 에 의해서 bicycle 참조 변수는 Bicycle의 인스턴스의 주소값 0x100을 저장하게 됩니다.

     

     참조 변수의 저장된 메모리의 주소값을 통해서 Bicycle 클래스의 인스턴스에 접근할 수 있게 되었습니다. 인스턴스를 다루기 위해서는 참조 변수가 반드시 필요하며, 참조 변수를 통해 참조하지 않는 메모리 상의 인스턴스는 가비지 콜렉션의 의해서 제거됩니다.

     인스턴스는 참조변수를 통해서만 다룰 수 있으며, 참조변수의 타입은 인스턴스의 타입과 일치해야 한다.

  3. 위의 코드와 같이 생성자를 통해서 초기화 한 경우

     생성자를 통해서 초기화한 경우에는 아래와 같이 값이 변경되어 있을 것입니다.

     

• 참조 변수에 참조 변수 대입할 경우

  하나의 참조 변수에 다른 참조 변수를 대입 연산자 =을 통해서 대입하면 어떻게 될까요? 아래와 같이 두 개의 인스턴스를 생성하고 참조 변수에 참조 변수를 대입해 보겠습니다.

  public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Bicycle bicycle1 = new Bicycle();
  			Bicycle bicycle2 = new Bicycle();
  
  			bicycle1 = bicycle2;

  1. 두 개의 참조 변수와 두 개의 인스턴스가 생성됩니다. 각각의 참조 변수는 각각의 인스턴스를 참조합니다. 각각의 참조 변수에는 참조하는 인스턴스의 메모리 주소가 저장되게 됩니다.

     

  2. 대입 연산자의 의해서 bicycle2가 bicycle1을 참조하게 될 경우, bicycle2에는 bicycle1이 가지고 있는 인스턴스의 주소값을 저장하게 됩니다. bicycle1과 bicycle2가 동일한 인스턴스를 참조하게 되는 것입니다. bicycle2가 참조하고 있던 메모리 주소 0x200에 해당하는 인스턴스는 더 이상 참조하는 변수가 없기 때문에 가비지 콜렉션에 의해서 제거됩니다.

     

  👉 참조 변수 하나에는 하나의 인스터스의 주소 값만 저장될 수 있습니다. 여러 개의 참조 변수가 하나의 인스턴스를 동일하게 참조하는 것은 가능하지만, 하나의 참조 변수가 여러 개의 인스턴스를 동시에 참조할 수는 없습니다.

  ❗

  실제로는 클래스의 멤버 변수(color 등)는 JVM의 메모리에서 Heap 영역에 저장되고, 멤버 메소드(accelerate() 등)는 Method Area 영역에 저장됩니다. 위의 그림은 이해를 돕기 위해서 쉽게 그려졌습니다.

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