[2021-1 프로그래밍언어론] Chapter 11: Abstract Data Types and Encapsulation Constructs

The Concept of Abstraction

• 추상화
  • 특징적인, 가장 중요한 특성으로 전체를 표현하는 것
  • 공통적인 속성이나 기능을 묶어 이름을 붙이는 것
• 거의 모든 프로그래밍 언어는 subprogram을 통해 process abstraction을 지원한다.
• 1980년대 이후의 거의 모든 프로그래밍 언어는 data abstraction을 지원한다.
  • process abstraction에서 처리하는 데이터까지 추상화하는 방법

 

Abstract Data Type

• 다음의 두 조건을 만족하는 사용자 정의 자료형을 ADT라 칭한다:
  1. Hidden data representation
     • 서비스하고자 하는 기능만 보여주며, 구체적인 내부 동작과 객체의 데이터 타입 등은 모두 숨긴다.
     • 일종의 캡슐화
  2. Operation
     • 이 타입에 대한 연산들이 문법적으로 하나의 단위(single syntactic unit) 에 모두 포함되어야 한다.
  정리하자면 ADT는 데이터 구조와 그것을 핸들링할 수 있는 서브프로그램으로 구성되어 있다고 생각하면 될 것 같다. class를 생각해도 좋을 듯하다.
• 장점
  • data representation 부분을 모두 숨기므로 신뢰성이 높다.
  • program organization 방법을 제공한다. 수정이 쉬워진다.
• ADT 구현을 위한 언어 조건
  • 이러한 조건을 만족하는 어떠한 구조에 대한 타입 정의를 캡슐화할 수 있는 문법적 단위가 필요하다.
    • class 등
  • 가시성 조절 가능
    • private, protected 등
  • 몇몇 주요 operation은 프로세서 안에서 처리해줄 수 있어야 함

 

Language Examples

1. C++

• C의 구조체 + Simula 67의 class
• class는 타입이면서 캡슐화 장치다.
• 모든 클래스 인스턴스는 같은 멤버 함수의 코드를 공유한다.
• 각 클래스 인스턴스는 저마다의 클래스 데이터 멤버를 가진다.
• 인스턴스는 static, stack dynamic, heap dynamic할 수 있다.
• 가시성 조절이 가능하다.
  • private, public, protected
  • constructor(생성자)
    • 인스턴스의 멤버를 초기화하는 함수
    • 인스턴스가 Heap-dynamic할 때에는 공간을 할당하는 역할도 함
    • 인스턴스가 생성될 시 묵시적으로 호출되지만, new 키워드를 통해 명시적으로 호출할 수도 있음
    • 생성자의 이름은 클래스의 이름과 동일함
  • Destructor(소멸자)
    • 소멸자는 클래스 이름 앞에 ~를 붙여 호출할 수 있음
    • 인스턴스의 lifetime이 끝나면 묵시적으로 호출되지만, 명시적으로 호출될 수도 있음(위의 방법으로)
    • 객체가 사라질 때 공간을 메모리에 반납하는 역할을 함
  • clause

2. Java

• 대부분 C++와 비슷함
• 모든 사용자 정의 자료형은 class임
• 모든 객체는 heap에 할당됨
• 클래스 안의 모든 멤버들은 (clause 대신) 접근 제어 지정자를 가짐. 사용 안하면 garbage collection이 회수해감
• package scope
  • 같은 package의 접근 제어 지정자가 없는 클래스 내 멤버들은 visible함

3. C#

• C++와 Java를 기반으로 함
• 2개의 접근 지정자를 가짐: internal과 protected internal
• 모든 클래스 인스턴스들은 heap dynamic함
• 모든 클래스가 사용할 수 있는 default constructor가 있음
• Garbage collection이 있으므로, destructor는 잘 사용되지 않음
• 구조체는 경량 클래스로, 상속 지원이 되지 않음
• 데이터 멤버에 접근하기 위해서 getter와 setter를 사용함
  • getter와 setter를 묵시적으로 사용할 수 있는 방법을 제공함

 

Parameterized Abstract Data Types

• = Generic Abstract Data Types
• Java 5.0에서의 Parameterized Classes
  • Generic parameter들은 무조건 class여야 함. 기본 타입에 대해서는 wrapper가 있으니 걱정 ㄴㄴ
  • Collection types(ArrayLiss, LinkedList, Vector 등)등이 generic type임
  • 사용자 정의 generic class를 생성할 수 있음
  • 인덱스를 통해 원소에 접근할 수 없음
• C#에서의 Parameterized Classes
  • Java 5.0과 비슷하지만, 얘는 wildcard classes를 지원하지 않음
  • Array, List, Stack, Queue, Dictionary 등이 미리 정의되어 있음
  • Parameterized structures의 원소들은 인덱스를 통해 접근할 수 있음

 

Encapsulation Constructs

• 조직화(organization): 한 프로그램을 여러 서브프로그램으로 나눠 작성
• 물리적인 파일로 구분(partial compilation): 부분 컴파일 가능
• 👉🏻 서브프로그램을 그룹화하여 논리적으로 연관되며 부분 컴파일이 가능하도록 함 = 캡슐화
• Nested program이 지원된다면 특정 서브프로그램 내에서만 쓰이는 기능들은 그 안에 nested하게 정의

Language Examples

1. C

• 서브프로그램을 묶어 독립적으로 컴파일될 수 있는 파일로 분리
• 인터페이스는 header 파일에 위치
• 단점: 링커가 인터페이스와 구현부 간의 타입 검사를 진행하지 못함. #include로 링킹해줘야 함

2. C++

• header와 code file로 분리할 수 있다는 점은 C와 유사
• 캡슐화를 위해 class를 사용할 수 있음
• Java의 package와 비슷한 개념인 friends가 있음. friends로 지정하면 동일 파일의 다른 클래스의 Private한 멤버에 접근할 수 있음

3. C# Assemblies (.NET 친구들)

• 분리되어 컴파일할 수 있는 dll 파일이나 exe 파일로 묶임
• dll: 클래스나 메서드의 집합
• internal: 어셈블리 안의 모든 클래스에서 볼 수 있게 해주는 접근 지정자

 

Naming Encapsulation

• 이름을 위한 scope 생성
• C++의 namespace, Java의 Packages