자바 인터페이스 타입 변환과 다형성

프로그램을 개발할 때 인터페이스를 사용해서 메소드를 호출하도록 코딩했다면, 구현 객체를 매우 손쉽고 빠르게 교체할 수 있다. 프로그램 소스 코드는 변환이 없는데, 구현 객체를 교체함으로써 프로그램의 실행 결과가 다양해진다. 이것이 인터페이스의 다형성이다.

 

 

자동 타입 변환

구현 객체가 인터페이스 타입으로 변환되는 것은 자동 타입 변환에 해당된다. 자동 타입 변환은 프로그램 실행 도중 자동적으로 타입 변환이 일어나는 것을 말한다.

인터페이스 변수 = 구현 객체;

 

인터페이스 구현 클래스를 상속해서 자식 클래스를 만들었다면 자식 객체 역시 인터페이스 타입으로 자동 타입 변환할 수 있다.

 

자동 타입 변환을 이용하면 필드의 다형성과 매개 변수의 다형성을 구현할 수 있다. 필드와 매개 변수의 타입을 인터페이스로 선언하면 다양한 구현 객체를 대입해서 실행결과를 다양하게 만들 수 있다.

 

 

필드의 다형성

예를 들어 한국 타이어 클래스와 금호 타이어 클래스가 있다고 가정했을 때 이 둘은 공통적으로 타이어 인터페이스를 구현해 모두 타이어 인터페이스에 있는 메소드를 가지고있다 하면 각각의 타이어 객체는 교체가 가능한 객체이다.

 

자동차를 설계할 때 아래와 같이 필드 타입으로 타이어 인터페이스를 선언하면 필드값으로 한국 타이어 또는 금호 타이어 객체를 대입할 수 있다. 자동 타입 변환이 일어나기 때문에 아무런 문제가 없다.

public class Car{
	Tire frontLeftTire = new HankookTire();
    Tire frontRightTire = new HankookTire();
    Tire backLeftTire = new HankookTire();
    Tire backRightTire = new HankookTire();
}

 

Car 객체를 생성한 이후, 초기값으로 대입한 구현 객체 대신 다른 구현 객체를 대입할 수 있다. 이것이 타이어 교체에 해당한다.

Car myCar = new Car();
myCar.frontLeftTire = new KumhoTire();
myCar.frontRightTire = new KumhoTire();

frontLeftTire 와 frontRightTire에 어떠한 타이어 구현 객체가 저장되어도 Car 객체는 타이어 인터페이스에 선언된 메소드만 사용하므로 전혀 문제될 것이 없다.

 

아래는 Car 객체의 run() 메소드에서 타이어 인터페이스에 선언된 roll() 메소드를 호출한다.

void run(){
	frontLeftTire.roll();
    frontRightTire.roll();
    backLeftTire.roll();
    backRightTire.roll();
}

 

frontLeftTire 와 frontRightTire를 교체하기 전에는 HankookTire 객체의 roll() 메소드가 호출되지만, KumhoTire 로 교체된후에는 KumhoTire 객체의 roll() 메소드가 호출된다. Car의 run() 메소드를 수정하지 않아도 다양한 roll() 메소드의 실행결과를 얻을 수 있게 되는 것이다. 이것이 바로 필드의 다형성이다.

 

 

매개 변수의 다형성

자동 타입 변환은 필드의 값을 대입할 때에도 발생하지만, 주로 메소드를 호출할 때 많이 발생한다. 매개값을 다양화하기 위해서 상속에서는 매개 변수를 부모 타입으로 선언하고 호출할 때에는 자식 객체를 대입했다. 인터페이스에서는 매개 변수를 인터페이스 타입으로 선언하고 호출할 때 구현 객체를 대입한다.

매개 변수의 타입이 인터페이스일 경우 어떠한 구현 객체도 매개값으로 사용할 수 있고, 어떤 구현 객체가 제공되느냐에 따라 메소드의 실행결과는 다양해질 수 있다. 이것이 인터페이스 매개 변수의 다형성이다.

 

 

강제 타입 변환

구현 객체가 인터페이스 타입으로 자동 타입 변환하면, 인터페이스에 선언된 메소드만 사용 가능하다는 제약 사항이 따른다.

예를 들어 인터페이스에는 3개의 메소드가 선언되어 있고 클래스에는 5개의 메소드가 선언되어 있다면, 인터페이스로 호출 가능한 메소드는 3개뿐이다.

 

하지만 경우 따라서는 구현 클래스에 선언된 필드와 메소드를 사용해야 할 경우도 발생합니다. 이때 강제 타입 변환을 해서 다시 구현 클래스 타입으로 변환한 다음. 구현 클래스의 필드와 메소드를 사용할 수 있다.

구현클래스 변수 = (구현클래스) 인터페이스변수;

 

 

객체 타입 확인

강제 타입 변환은 구현 객체가 인터페이스 타입으로 변환되어 있는 상태에서 가능합니다. 그러나 어떤 구현 객체가 변환되어 있는지 알 수 없는 상태에서 무작정 강제 타입 변환할 경우 ClassCastException이 발생할 수도 있습니다.

예를 들어 아래와 같이 Taxi 객체가 인터페이스로 변환되어 있을 경우, Bus 타입으로 강제 타입 변환하면 구현 클래스 타입이 다르므로 ClassCastException이 발생한다.

Vehicle vehicle = new Text();
Bus bus = (Bus) vehicle;

 

메소드의 매개 변수가 인터페이스로 선언된 경우, 메소드를 호출할 때 다양한 구현 객체들을 매개값으로 지정할 수 있습니다(매개 변수의 다형성). 어떤 구현 객체가 지정될지 모르는 상황에서 아래와 같이 매개값을 Bus로 강제 타입 변환하면 ClassCastException이 발생할 수 있다.

public void drive(Vehicle vehicle){
	Bus bus = (Bus)vehicle;
    bus.checkFare();
    vehicle.run();
}

 

그렇다면 어떤 구현 객체가 인터페이스 타입으로 변환되었는지 확인하는 방법은 상속에서 객체 타입을 확인하기 위해 instanceof 연산자를 사용했던것 처럼 instanceof 연산자를 인터페이스 타입에서 사용하면 된다.

 

예를 들어 Vehicle 인터페이스 타입으로 변환된 객체가 Bus인지 확인하려면 아래와 같이 작성하면 된다.

if(vehicle instanceof Bus){
	Bus bus = (Bus) vehicle;
}

 

인터페이스 타입으로 자동 타입 변환된 매개값을 메소드 내에서 다시 구현 클래스 타입으로 강제 타입 변환해야 한다면 반드시 매개값이 어떤 객체인지 instanceof 연산자로 확인하고 안전하게 강제 타입 변환을 해야한다.

 

 

인터페이스 상속

인터페이스도 다른 인터페이스를 상속할 수 있다. 인터페이스는 클래스와는 달리 다중 상속을 허용한다.

 

아래와 같이 extends 키워드 뒤에 상속할 인터페이스들을 나열할 수 있다.

public interface 하위인터페이스 extends 상위인터페이스1, 상위인터페이스2 {
	...
}

 

하위 인터페이스를 구현하는 클래스는 하위 인터페이스의 메소드뿐만 아니라 상위 인터페이스의 모든 추상 메소드에 대한 실체 메소드를 가지고 있어야 한다. 그렇기 때문에 구현 클래스로부터 객체를 생성한 후에 아래와 같이 하위 및 상위 인터페이스 타입으로 변환이 가능하다.

하위인터페이스 변수 = new 구현클래스(...);
하위인터페이스1 변수 = new 구현클래스(...);
하위인터페이스2 변수 = new 구현클래스(...);

 

하위 인터페이스로 타입 변환이 되면 상위 및 하위 인터페이스에 선언된 모든 메소드를 사용할 수 있으나, 상위 인터페이스로 타입 변환되면 상위 인터페이스에 선언된 메소드만 사용 가능하고 하위 인터페이스에 선언된 메소드는 사용할 수 없다.

 

예를 들어, 아래와 같이 인터페이스가 상속 관계에 있다고 가정했을 때 

public interface InterfaceA{
	public void methodA(){
    	...
    }
}

public interface InterfaceB{
	public void methodB(){
    	...
    }
}

public interface InterfaceC extends InterfaceA, InterfaceB{
	public void methodC(){
    	...
    }
}

InterfaceC 인터페이스는 methodA(), methodB(), methodC() 를 모두 호출할 수 있지만, InterfaceA와 InterfaceB 변수는 각각 methodA() 와 methodB() 만 호출할 수 있다.