OOP

漢: 客體 指向 — / En: Object-Oriented Programming (OOP)

프로그램 설계방법론이자 개념의 일종.

프로그램을 단순히 데이터와 처리 방법으로 나누는 것이 아니라, 프로그램을 수많은 '객체(object)'라는 기본 단위로 나누고 이들의 상호작용으로 서술하는 방식이다. 객체란 하나의 역할을 수행하는 '메소드와 변수(데이터)'의 묶음으로 봐야 한다.

서술의 편의상 객체지향을 Java 위주로 소개하고 있고 class나 public 같은 용어를 사용했다. 이 경우만 객체지향에 해당하는 것으로 오해하지 않게 주의해야 한다. 모든 언어가 class나 접근 제한자(public이나 private)를 사용하지는 않는다. 대표적인 예로 JavaScript는 프로토타입 객체지향을 사용하고 있고 Python에는 접근제한자가 없다. 객체지향은 특정 언어가 아니라 개념이다. "클래스는 객체이며 구조체는 객체가 아닌 데이터의 집합"이라는 설명 역시 틀렸고, 특정 언어가 객체지향 언어라는 말도 완전히 틀린 표현이다.

초기 프로그래밍 방식은 절차적 프로그래밍 방식이었다. 학교대사전의 고등학생 알고리즘처럼 입력을 받아 명시된 순서대로 처리한 다음, 그 결과를 내는 것뿐이라는 생각이 지배적이었다. 프로그램을 명령어의 모음으로 인식한 것이다. 또한 프로그래밍이란 어떻게 어떤 논리를 어떤 순서대로 써나가는 것인가로 간주되었다. 즉, 프로그램 자체가 가지는 기능에 대해서만 신경을 썼지, 이 프로그램이 대체 어떤 데이터를 취급하는 것인가에는 그다지 관심이 없었던 것이다.

그러나, 이 방식은 간단한 알고리즘이면 모를까 조금만 복잡해지면 순서도로 나타내는 것이 불가능할 정도로 꼬인 "스파게티 코드"를 만들게 된다. 간단히 말해서 스타크래프트를 위의 순서도로 그려야 된다고 생각해봐라! 이렇게 꼬여버린 코드는 다른 사람이 보고 이해하는 것이 거의 불가능할 뿐더러 심지어는 작성한 본인조차도 유지보수에 어려움을 겪게 된다. 명령어의 양이 많아지는 것은 기본이고, 특정 코드 부분은 어디에 사용되는 코드고 해당 코드 부분은 어디까지 이어지는지의 흐름을 파악하기도 힘들어지며, 중복 코드 대처도 매우 골치아프다. OOP를 사용하면 코드의 중복을 어느 정도 줄일 수 있고 입력 코드, 계산 코드와 결과 출력 코드 등 코드의 역할 분담을 좀 더 확실하게 할 수 있어서 가독성이 높아질 수 있다.

이 문제를 해결하기 위해 에츠허르 다익스트라가 1968년 GOTO문의 해로움이라는 논문에서 프로그램을 함수(procedure) 단위로 나누고 프로시져끼리 호출을 하는 구조적 프로그래밍 방식을 제안하면서 이러한 위기를 벗어나게 된다. 프로그램이라는 큰 문제를 해결하기 위해 그것을 몇개의 작은 문제들로 나누어 해결하기 때문에 하향식(Top-down) 방식이라고도 한다.

하지만 함수는 데이터의 처리 방법을 구조화했을뿐, 데이터 자체는 구조화하지 못했다. 이는 전역 네임스페이스 포화 문제(변수 이름을 다 써서 이름 짓기도 힘든 상황(...))를 낳게 되었다.[1] 게다가 실행 콘텍스트를 저장할 마땅한 방법이 없어지는 문제가 생겼다. 실행 콘텍스트는 특히 GUI에서 중요해지는데 어떤 창의 현재 상태에 따라 함수가 실행해야 하는 동작 방식이 달라지기 때문이다. 또한 엉뚱한 데이터가 엉뚱한 함수에 전달돼서 데이터를 오염시키는 문제가 발생하고 그런 가능성 때문에 프로그래머가 한 함수의 작동에 영향을 받는 변수를 조사해야 할 때 모든 변수를 다 조사해야 하는 어려움에 봉착했다. 변수의 갯수가 수백 개 이하인 코드에서야 이게 사람의 힘으로 가능했지 코드의 덩치가 커지면서 함수가 접근할 수 있는 데이터의 범위에 명시적인 제한을 걸어야 하는 상황이 도래했다. 이를 지역 변수나 구조체(struct) 등으로 어찌 제어하고 있기는 했지만 더 근본적인 해결책이 필요했다.

이를 극복하기 위한 대안으로 등장한 것이 바로 객체 지향 프로그래밍이다. 큰 문제를 작게 쪼개는 것이 아니라, 먼저 작은 문제들을 해결할 수 있는 객체들을 만든 뒤, 이 객체들을 조합해서 큰 문제를 해결하는 상향식(Bottom-up) 해결법을 도입한 것이다. 이 객체란 것을 일단 한번 독립성/신뢰성이 높게 만들어 놓기만 하면 그 이후엔 그 객체를 수정 없이 재사용할 수 있으므로 개발 기간과 비용이 대폭 줄어들게 된다.

객체 지향 프로그래밍은 등장 당시에는 기존의 절차적 프로그래밍과 비교해 매우 이질적이고, 당시 컴퓨터의 처리능력이 별로 좋지 않아서 별 주목을 받지 못하였다. 그러다가 GUI가 등장하면서 객체 지향 프로그래밍이 급부상하게 된다. 화면에 떠 있는 여러 개의 창은 각자의 실행 콘텍스트를 가지는데 콘텍스트의 현재 상태(활성화, 비활성화, 최소화 등)에 따라 같은 명령에도 다른 결과를 내보내야 했으며 사용자 상호작용을 위해 이벤트 처리도 수행해야 했다. 특히 이벤트 처리는 비동기적인 속성 때문에 기존 절차적 프로그래밍에서는 일종의 횡단 관심사가 되어 버려 코드 전체에 이벤트 처리 코드가 흩어져 있게 되는 문제가 있었다. 그래서 OOP를 도입하여 이벤트를 받았을 때 수행되는 기능(Event Handler, Callback)을 구현할 수 있는 단일 인터페이스를 정의하고, 프로그래머들은 이를 필요한 형태로 알아서 구현하며, 특정 이벤트가 일어났을 때 실행되어야 하는 기능들을 등록한 다음, 운영체제나 응용프로그램이 실제로 해당 이벤트가 발생했을 때 해당 이벤트에 등록된 이벤트 핸들러/콜백을 주욱 실행하기만 하면 되는 구조가 본격적으로 확산되면서 OOP 또한 빠르게 확산되었다.

단, 이벤트 드리븐 방식은 객체 지향 프로그래밍과 별개의 개념이다. 사실 이벤트 드리븐 방식은 객체 지향보다 함수형 프로그래밍 언어에서 훨씬 더 잘 지원한다. 그 예시로, 같은 일을 하는 Java와 Scala 코드의 GUI 로직을 보면 Scala 쪽이 압도적으로 단순하다는 것을 알 수 있다. 다만 기존 절차형 프로그래밍 언어가 함수를 일급 객체로 지원하지 않아 콜백 구현이 어려운 문제가 있었고(절차형인 C언어에서는 함수 포인터를 사용한다) 마침 등장한 객체 지향 언어가 인터페이스라는 개념을 제공했기에 이벤트 드리븐 방식에 좀 더 어울렸을 뿐이다. 객체 지향 프로그래밍 개념이 나올 당시에도 LISP 등 함수형 언어가 있긴 했으나 기존 프로그래머가 사용하기에는 너무 고수준의 개념을 다루고 있었고 성능도 너무 낮았기 때문에 당시에는 주목받지 못했다. 당장 for 루프로 리스트 처리가 가능한데 리스트 해석이니 map/reduce니 떠들어봤자 현업 프로그래머의 귀에 들어갈 리가 없었다. 물론 지금은 고차 함수나 클로저 같은 개념까지 도입해야 할 정도로 프로그램의 복잡도가 증가했기 때문에 관심을 보이고 있다. 현대에 만들어지는 프로그램은 그 정도로 복잡해졌다.

객체 지향 프로그램이 복잡해지면서 이를 간결하게 정리할 필요성이 생긴 관계로 '디자인 패턴'이라는 것이 생겼다. 프로그래밍 형식을 정하는 일종의 약속으로, 이는 특히 협업을 전제로 한 환경에서 특히 강조되고 있다.

변수와 함수를 하나의 단위로 묶는 것을 의미한다. 즉, 데이터의 번들링(Bundling)이다. 대개 프로그래밍 언어에서 이 번들링은 클래스를 통해 구현되고, 해당 클래스의 인스턴스 생성을 통해 클래스 안에 포함된 멤버 변수와 메소드에 쉽게 접근할 수 있다. 클래스는 객체 지향 프로그래밍을 지원하는 거의 대부분의 언어가 제공하는 제1요소이다.

프로그램의 세부 구현을 외부로 드러나지 않도록 특정 모듈 내부로 감추는 것이다. 내부의 구현은 감추고 모듈 내에서의 응집도를 높이며, 외부로의 노출을 최소화하여 모듈 간의 결합도를 떨어뜨려 유연함과 유지보수성을 높이는 개념은 거의 모든 현대 프로그래밍 언어에 녹아 있다. 많은 객체 지향 언어에서 사용되는 클래스를 기준으로 보면, 클래스 외부에서는 바깥으로 노출된 특정 메소드에만 접근이 가능하며 클래스 내부에서 어떤 식으로 처리가 이루어지는지는 알지 못하도록 설계된다.

일반적으로 세 종류의 접근 제한이 사용된다.

보통 캡슐화와 정보 은닉을 묶어서 생각하는 경우가 많은데, 정보 은닉은 캡슐화로부터 파생된 보조 개념이지 '캡슐화 = 정보 은닉'은 아니다. Python은 정보 은닉을 지원하지 않지만 클래스를 통한 캡슐화를 지원하기 때문에 객체지향 언어로 분류된다.

상속은 자식 클래스가 부모 클래스의 특성과 기능을 그대로 물려받는 것을 말한다. 기능의 일부분을 변경해야 할 경우 자식 클래스에서 상속받은 그 기능만을 수정해서 다시 정의하게 되는데, 이러한 작업을 '오버라이딩(Overriding)'이라고 한다. 상속은 캡슐화를 유지하면서도 클래스의 재사용이 용이하도록 해 준다.

자세한 내용은 문서 참조.

하나의 변수, 또는 함수가 상황에 따라 다른 의미로 해석될 수 있는 것을 말한다.

최근 주목을 받고있는 함수형 패러다임과는 다소 상반된 위치에 있다. OOP의 경우 프로그램 유지보수시 데이터 추가는 새로운 클래스를 더하는 것으로 비교적 간단하게 가능하지만 operation set을 변경할 때는 관련된 다수 클래스를 수정해야 하므로 난잡해지는 경향이 있다. 반대로 함수형 패러다임에서는 operation set의 추가는 간단하지만 데이터 추가는 관련된 다수의 함수를 바꿔야 하므로 난해한 점이 있다.

주의할 점은 OOP와 함수형 패러다임이 상반된 위치에 있긴 하지만 대비되는 개념은 아니며, 요즘에는 함수형 언어에도 OOP 개념을 추가한다든가(F#), 반대로 객체지향 언어에 함수형 패러다임을 추가하는(C#, C++, Python...) 등 멀티패러다임 추세로 가고 있다.

클래스가 있어야만 객체 지향 프로그래밍 언어라고 생각할 수도 있지만, 사실 클래스 없는 OOP 언어도 꽤 있다. 프로토타입을 사용하는 JavaScript[9], 액션스크립트 2.0[10], 트레이트(Trait)를 사용하는 Rust 등.

프로그래밍을 배울 때 만나게 되는 난관이기도 하다. C를 배운 뒤 C++을 배우는 상황에서 특히 심하긴 한데, 곧바로 Java나 Python으로 배우기 시작하는 경우에도 마찬가지다. 왜냐하면 이전까지 배웠던 것은 프로그래밍 언어의 문법이었다면(절차적 프로그래밍으로서의 문법), OOP는 가장 문제가 덜 생기는 방향으로 코딩하게끔 하는 가이드라인이기 때문이다.(권장사항) 이제 막 알파벳과 기초 영문법을 뗀 학생에게 수사법 내지는 논리적 작문을 가르치는 것과 동일한 것이다.

이 문제라는 것도 수천, 수만 줄짜리 코드를 수년간 유지보수할 때나 몸에 와닿을 텐데, 기껏해야 과제 제출하고 다시 손대지 않을 길어야 수백 줄짜리 코드나 짜봤을 학생들에게는 전혀 체감할 수 없다. 게다가 대부분의 언어들은 기존의 언어에 객체지향을 얹어놓은 형태기 때문에 굳이 OOP에 맞춰서 짜지 않아도 원하는 결과는 일단 나온다. 이러한 이유들로 인해 학생들에게 C++ 과제를 내주면 C++ 문법을 사용한 C 프로그램인 경우가 태반이다. 이는 Java 같은 언어에서 마찬가지로 나타나는 현상이다. Java 문법이지만 C 프로그램 처럼 짜는 것을 '씨자바'라고 한다. 각 프레임들의 입출력 인터페이스를 설계하고 이벤트 드리븐 방식을 정의한 다음 학생들에게 그에 맞춰 오브젝트를 가공하라고 과제 내주는 게 OOP 과제인데, 현실은 덜렁 몇 줄의 요구사항으로 전체 프로그램 짜 와라가 전부인 게 보통이다. 그러니 학생들이 기껏 몇 백 줄 짜리 코드 짜는 데 procedural 대신 OOP를 사용할 것이라는 건 교수 및 조교들의 망상이다. 자신들도 못 하거나 매우 귀찮아 하는 일을 왜 기껏해야 1-2년 동안 일주일에 3-4시간 교육받은 남에게 시킬까 싶지만 이것이 바로 탁상공론. 그리고 이런 식으로 교육을 하니 소위 노가다꾼밖에 양산이 안 되는 것이다.

의외로 클래스와 객체를 헷갈리는 것도 OOP의 개념을 어렵게 하는 요인. 대개 붕어빵 틀(클래스)과 붕어빵(객체)의 관계로 가르치는 경우가 많다. 하지만 사람 - 김연아, 펭귄 - 뽀로로이런식으로 property의 유무로 구분하라는 서적도 존재한다. 또한 인스턴스라는 용어와도 헷갈려 하는 경우가 많은데, 인스턴스는 객체를 실체화한 것이라고 보면 된다. 즉 프로그램 코드 상에서 자료형이 임의의 클래스로 선언된 식별자는 '객체'라 하고, 코드 컴파일 후 프로그램이 실행될 때 해당 객체가 메모리에 적재되면 '인스턴스'라고 불린다.[11] 어느 단계를 기준으로 하느냐의 차이일 뿐 객체와 인스턴스는 같은 것이라고 할 수 있다.

C언어는 문법적으로 객체 지향을 지원하지 않으나, C언어로 객체 지향적인 구현이 불가능한 것은 아니다. 리눅스 커널을 만든 리누스 토르발스의 말을 들어보자. "you can write object-oriented code (useful for filesystems etc) in C, _without_ the crap that is C++." 링크 C++가 구리다는 말은 넘어가자

C를 C++로 확장시키고 최초의 C++ 컴파일러를 만든 비아르네 스트로우스트루프의 경우 처음 컴파일러를 구현할 때 C++를 C 언어로 변환시키는 인터프리터를 통해 만들었다. (물론 현존하는 대부분의 컴파일러는 C++을 C로 바꾸는 작업을 하지 않고 바로 컴파일을 수행한다.) 즉, C로 객체지향 코딩이 가능하다는 말. 스트로우스트루프가 직접 저술한 The C++ Programming Language 책에 해당 내용을 언급한다.

이걸 실용적으로 쓰는 분야도 있다. 임베디드나 펌웨어 관련 프로젝트에서는 여러가지 사정으로 (여러 플랫폼에 포팅 가능해야 한다거나, 툴체인을 지원하지 않는다거나) C언어를 사용하여 큰 규모의 소스코드를 작성해야 할 경우가 많은데 이런 경우에는 객체지향적인 설계를 도입하여야 모듈이나 레이어 사이의 혼잡을 피할 수 있다. 따라서 이런 프로그래머들은 객체지향적인 C의 설계는 반드시 익혀야 할 내용이다.

그러나 타 분야에서는 기술적 탁상공론에 가까운 이야기로, 실용적인 의미가 전혀 없다. "가능하기는 하다"는 것일 뿐 타 객체 지향 언어에 비하면 이럴 거면 그냥 쓰지 마 수준으로 무지하게 비효율적이고 관리하기도 어렵기 때문에 전혀 의미가 없다. OOP는 좀 더 빠르고 효율적으로 코딩하고 유지 관리를 하자는 이유로 등장한 개념이므로, 본말전도가 되면 무의미하다. 엔지니어링은 기술적으로 가능하더라도 투입 자원 대비 산출 효율을 반드시 따져봐야 하는 분야다.

일반적인 OOP 언어를 쓰는 것에 비하면,

따라서 인건비를 포함한 프로젝트 유지/관리비가 폭증하게 되는데, 위와 같은 사태를 용납할 클라이언트는 거의 존재하지 않는다.

프로그래밍에서 C언어를 쓰는 경우는 대개 커널이나 라이브러리와 같이 성능이 절대적으로 필요한 경우다. 하지만 이런 곳에서는 객체 지향 설계를 끼워넣어 불필요한 오버헤드를 주는 행위 자체를 지양해야 한다. C언어는 기본 컨셉 "프로그래머를 믿는다"를 따르기 때문에 어떻게 작성하는지에 따라 문제가 일어날 가능성이 매우 높아질 수 있다. 반면 객체 지향은 다소 성능 저하를 감수하더라도 프로그래머가 실수할 여지를 줄여보려는 요소가 곳곳에 산재해 있다. 상극도 이런 상극이 없는 셈.

대부분의 경우에는 굳이 C로 구현해서 쓰기보다는 Java나 C# 같은 고수준 언어를 찾아보는 것이 좋다. ABI(Application Binary Interface)가 필요한 경우가 아니라면 C 같은 저수준 언어는 무의미하다.