프로그래밍 패러다임 흐름 훑고가기 - 객체 지향

객체 지향 프로그래밍

개념

객체 지향(Object Oriented) 프로그래밍은 객체라고 하는 단위에 책임을 명확히 하고 서로 협력하도록 프로그래밍을 하는 패러다임입니다.

모든 것을 객체로 나누어 생각하고, 필요할 때 객체들을 활용하고 서로 협력하여 일을 수행합니다.

절차지향과 다르게 객체는 데이터와 함수(메서드)를 함께 가지고 있습니다. 객체 내부의 데이터는 외부에 공개할 필요가 없거나 해서는 안 되는 데이터라면 모두 자신 내부에 숨겨 외부에서 알지 못하도록 합니다.

예시

객체 지향 프로그래밍 관점으로 코드를 짜는 간단한 파이썬 코드 예시를 살펴봅시다. 이전 예시와 똑같이 사용자로부터 파일을 입력받아 파일을 파싱한 후, 이 내용을 저장소에 저장하는 코드입니다.

class Processor:
    def __init__(self,
                 file_reader: FileReader,
                 data_parser: DataParser,
                 repository: Repository) -> None:
        self.file_reader = file_reader
        self.data_parser = data_parser
        self.repository = repository

    def execute(self, file_path: str) -> None:
        data = self.file_reader.read(file_path)
        parsed_data = self.data_parser.parse(data)
        self.repository.save(parsed_data)


class FileReader:
    def __init__(self) -> None:
        self.file_types = ["txt"]
        self.file_history = [] # 만약 절차 지향이라면 file_history 데이터를 중앙 집중으로 관리하게 됩니다. 

    def read(self, file_path: str) -> str:
        self._validate(file_path)
        ...

    def _validate(self, file_path: str) -> None:
        for file_type in self.file_types:
            if file_path.endswith(file_type):
                return
        raise ValueError("파일 확장자는 txt, csv, xlsx 중 하나여야 합니다.")

class DataParser:
    def parse(self, data: str) -> List[str]:
        ...

class Repository:
    def init(self, database_url: str, ...):
        ...
    
    def save(self, data: List[str]) -> None:
        ...

class Main:
    @staticmethod
    def run(self) -> None:
        processor = Processor(
            file_reader=FileReader(),
            data_parser=DataParser(),
            repository=Repository()
        )
        processor.execute("input_file.txt")


 if __name__ == "__main__":
    Main.run()

코드는 Processor, FileReader 등 여러 객체(문법적으로는 클래스)로 이루어집니다. 그리고 각 객체는 각자 자신의 역할과 기능이 있습니다. 예를 들면 FileReader 는 파일을 읽는 역할을, DataParser 는 데이터를 파싱하는 역할을 합니다. 프로그래밍은 전체적으로 객체와 객체 간의 메서드 호출로 이루어집니다. 그리고 각 객체는 자신의 기능을 수행하는데 필요한 데이터를 직접 가지고 있습니다. 예를 들어, FileReader 는 file_types 속성으로 자신이 파싱할 수 있는 파일 확장자인지 검증합니다. 이 외에 다른 객체들도 본인의 역할을 수행하는 과정에서 발생하는 데이터를 전부 관리할 수 있습니다.

코드는 조금 더 복잡해졌지만, 객체 지향은 기능을 확장할 때 효과적입니다. 위의 예시에서는 input_file.txt 처럼 txt 파일만 읽었는데, 이제는 csv 파일이나 xlsx 파일도 읽어야 하는 상황이 주어졌다고 해봅시다. 그럼 코드를 다음처럼 확장해볼 수 있습니다.

# FileReader는 이제 추상 클래스입니다.
class FileReader(ABC):
    def read(self, file_path: str) -> str:
        self._validate(file_path)
        data = self._open_file(file_path)
        return self._read(data)

    @abstractmethod
    def _read(self, data: str) -> str:
        pass

    # 공통으로 사용하는 메서드입니다.
    def _validate(self, file_path: str) -> None:
        if not file_path.endswith(self.file_type):
            raise ValueError(f"파일 확장자가 {self.file_type} 아닙니다.")

    @abstractmethod
    def _open_file(file_path: str) -> str:
        ...

# txt 파일을 읽는 책임을 가진 FileReader 파생 클래스입니다.
class TxtFileReader(FileReader):
    def file_type(self) -> str:
        return "txt"

    def _read(self, data: str) -> str:
        ...
    
    ...


# csv 파일을 읽는 책임을 가진 FileReader 파생 클래스입니다.
class CsvFileReader(FileReader):
    def file_type(self) -> str:
        return "csv"

    def _read(self, data: str) -> str:
        ...
    
    ...


# xlsx 파일을 읽는 책임을 가진 FileReader 파생 클래스입니다.
class XlsxFileReader(FileReader):
    def file_type(self) -> str:
        return "xlsx"

    def _read(self, data: str) -> str:
        ...

    ...

객체 지향을 지원하는 대부분의 프로그래밍 언어들은 클래스라는 문법을 제공합니다. 객체의 강력한 기능인 상속을 이용하면 한 번 정의해놓은 메서드를 파생 클래스에서 재사용 가능합니다. 또한 상속으로 객체간의 계층 구조를 만들고 데이터와 메서드를 재사용할 수 있습니다.

객체 지향의 가장 큰 특징은 같은 역할을 하는 객체를 쉽게 바꾸도록 설계할 수 있다는 것입니다. 예를 들어 위의 경우, 우리가 txt 파일을 읽어야할 경우 다음처럼 Main.run() 함수 내에서 TxtFileReader 를 사용하면 됩니다.

class Main:
    def run(self) -> None:
        processor = Processor(
            file_reader=TxtFileReader(),
        	data_parser=DataParser(),
            repository=Repository()
        )

만약 csv나 xlsx 파일을 읽어야할 경우 다음처럼 코드 한줄만 바꾸면 됩니다.

class Main:
    def run(self) -> None:
        processor = Processor(
            file_reader=CsvFileReader(), # 이 한줄만 바뀝니다.
        	data_parser=DataParser(),  
            repository=Repository()
        )

이렇게 코드 한줄만으로 가능한 이유는 TxtFileReader, CsvFileReader, XlsxFileReader 클래스가 모두 FileReader 의 파생 클래스이기 때문입니다. 이런 객체 지향의 특성을 "다형성"이라고 하며, 어떤 객체에 필요한 객체를 때에 따라 다르게 주입해주는 것을 "의존성 주입"이라고 합니다 (뒤에서 다시 다룹니다)

장단점

객체 지향은 여러 명의 개발자들이 협력을 해야 하거나, 확장 가능하도록 코드를 설계해야 하는 경우에 적합합니다.

하지만 확장이 가능하고 유연한 만큼, 처음 코드를 보는 사람들은 어렵고 헷갈릴 수 있습니다. 또한 실행 환경에서 입력에 따라 다양한 작업 흐름이 만들어지기 때문에 디버깅하기가 상대적으로 어렵습니다.