Obj-C 공식 문서 정리 - 정적 동작 이해하기

안녕하세요. 이번에는 Objective-C의 정적 타이핑(Static Typing)과 그 작동 방식, 그리고 Objective-C의 다른 기능들에 대해 알아보겠습니다. 특히 Objective-C의 동적 특성을 일시적으로 제어하는 방법에 대해 살펴볼 예정입니다.

📌 기본 동적 동작(Default Dynamic Behavior)

Objective-C는 설계상 객체가 동적 엔티티입니다. 객체에 관한 많은 결정이 컴파일 시간이 아닌 런타임으로 미뤄집니다:

• 객체의 메모리는 새 인스턴스를 생성하는 클래스 메서드에 의해 런타임에 동적으로 할당됩니다.
• 객체는 동적으로 타입이 지정됩니다. 소스 코드(컴파일 시간)에서 객체의 클래스가 무엇이든 상관없이 모든 객체 변수는 id 타입이 될 수 있습니다.
• 메시지와 메서드는 동적으로 바인딩됩니다. 런타임 프로시저는 메시지의 메서드 셀렉터를 수신자에 "속하는" 메서드 구현과 일치시킵니다.

동적 바인딩(Dynamic Binding): 메서드 호출이 런타임에 결정되는 프로세스로, 메시지가 전송될 때 실제 실행될 코드가 결정됩니다.

이러한 기능은 객체 지향 프로그램에 많은 유연성과 파워를 제공하지만, 그에 따른 대가가 있습니다. 특히 컴파일러는 id 변수의 정확한 타입(클래스)을 확인할 수 없습니다.

📌 정적 타이핑(Static Typing)

Objective-C에서는 더 나은 컴파일 시간 타입 체크를 허용하고 코드를 더 자기 문서화되게 하기 위해, 객체를 id로 일반적으로 타입을 지정하는 대신 클래스 이름으로 정적으로 타입을 지정할 수 있습니다.

Rectangle *thisObject;

정적 타이핑(Static Typing): 변수에 특정 클래스 타입을 지정하여 컴파일러가 타입 검사를 할 수 있게 하는 기법입니다.

이 경우 컴파일러는 선언된 변수의 값을 선언에 명명된 클래스의 인스턴스이거나 그 클래스에서 상속받은 클래스의 인스턴스로 제한합니다. 위 예제에서 thisObject는 오직 어떤 종류든 Rectangle 객체만 될 수 있습니다.

정적으로 타입이 지정된 객체는 id 타입으로 선언된 객체와 동일한 내부 데이터 구조를 갖습니다. 타입은 객체에 영향을 주지 않으며, 단지 컴파일러에 제공되는 객체에 관한 정보의 양과 소스 코드를 읽는 사람들이 이용할 수 있는 정보의 양에만 영향을 줍니다.

정적 타이핑은 런타임에 객체가 처리되는 방식에도 영향을 주지 않습니다. 정적으로 타입이 지정된 객체는 id 타입의 인스턴스를 생성하는 것과 동일한 클래스 메서드로 동적으로 할당됩니다. Square가 Rectangle의 하위 클래스인 경우, 다음 코드는 여전히 Rectangle 객체가 아닌 Square 객체의 모든 인스턴스 변수를 가진 객체를 생성합니다:

Rectangle *thisObject = [[Square alloc] init];

정적으로 타입이 지정된 객체에 보내진 메시지는 id로 타입이 지정된 객체에 대한 메시지와 마찬가지로 동적으로 바인딩됩니다. 정적으로 타입이 지정된 수신자의 정확한 타입은 여전히 메시징 프로세스의 일부로 런타임에 결정됩니다.

[thisObject display];

이 코드는 Rectangle 상위 클래스에 정의된 메서드가 아닌 Square 클래스에 정의된 메서드 버전을 수행합니다.

컴파일러에 객체에 관한 더 많은 정보를 제공함으로써, 정적 타이핑은 id로 타입이 지정된 객체에는 없는 가능성을 열어줍니다:

1. 특정 상황에서 컴파일 시간 타입 체크를 허용합니다.
2. 동일한 이름의 메서드가 동일한 반환 및 매개변수 타입을 가져야 한다는 제한에서 객체를 자유롭게 합니다.
3. 객체의 인스턴스 변수에 직접 접근하기 위해 구조체 포인터 연산자를 사용할 수 있게 합니다.

📌 타입 체크(Type Checking)

정적 타이핑이 제공하는 추가 정보를 통해 컴파일러는 두 가지 상황에서 더 나은 타입 체크 서비스를 제공할 수 있습니다:

1. 메시지가 정적으로 타입이 지정된 수신자에게 보내질 때, 컴파일러는 수신자가 응답할 수 있는지 확인할 수 있습니다. 수신자가 메시지에 명명된 메서드에 접근할 수 없는 경우 경고가 발생합니다.
2. 정적으로 타입이 지정된 객체가 정적으로 타입이 지정된 변수에 할당될 때, 컴파일러는 타입이 호환되는지 확인합니다. 호환되지 않으면 경고가 발생합니다.

타입 체크(Type Checking): 컴파일러가 코드의 타입 안전성을 검사하는 과정입니다.

할당되는 객체의 클래스가 할당을 받는 변수의 클래스와 동일하거나 그 클래스에서 상속받은 경우 경고 없이 할당할 수 있습니다. 다음 예제가 이를 설명합니다:

Shape     *aShape;
Rectangle *aRect;
 
aRect = [[Rectangle alloc] init];
aShape = aRect;

여기서 aRect는 aShape에 할당될 수 있습니다. 왜냐하면 사각형은 일종의 도형이기 때문입니다 - Rectangle 클래스는 Shape에서 상속받습니다. 그러나 두 변수의 역할이 뒤바뀌고 aShape가 aRect에 할당되면, 컴파일러는 경고를 생성합니다; 모든 도형이 사각형인 것은 아닙니다.

할당 연산자의 양쪽 표현식 중 하나가 id 타입인 경우에는 검사가 없습니다. 정적으로 타입이 지정된 객체는 id 객체에 자유롭게 할당될 수 있으며, id 객체도 정적으로 타입이 지정된 객체에 할당될 수 있습니다.

📌 반환 및 매개변수 타입(Return and Parameter Types)

일반적으로 다른 클래스에서 동일한 셀렉터(동일한 이름)를 가진 메서드는 동일한 반환 및 매개변수 타입도 공유해야 합니다. 이 제약은 동적 바인딩을 허용하기 위해 컴파일러에 의해 부과됩니다.

메시지 수신자의 클래스(그리고 따라서 수행하도록 요청된 메서드에 관한 클래스별 세부 정보)는 컴파일 시간에 알 수 없기 때문에, 컴파일러는 동일한 이름을 가진 모든 메서드를 동일하게 처리해야 합니다. 런타임 시스템에 대한 메서드 반환 및 매개변수 타입에 관한 정보를 준비할 때, 각 메서드 셀렉터에 대해 하나의 메서드 설명만 생성합니다.

메서드 셀렉터(Method Selector): 메서드의 이름을 나타내는 식별자로, 메시지에서 어떤 메서드를 호출할지 지정합니다.

그러나 메시지가 정적으로 타입이 지정된 객체에 보내질 때, 수신자의 클래스는 컴파일러에 의해 알려집니다. 컴파일러는 메서드에 관한 클래스별 정보에 접근할 수 있습니다. 따라서 메시지는 반환 및 매개변수 타입에 대한 제한에서 자유롭습니다.

📌 상속된 클래스로의 정적 타이핑(Static Typing to an Inherited Class)

인스턴스는 자신의 클래스나 상속받은 클래스로 정적으로 타입을 지정할 수 있습니다. 예를 들어, 모든 인스턴스는 NSObject로 정적 타입을 지정할 수 있습니다.

그러나 컴파일러는 정적으로 타입이 지정된 객체의 클래스를 타입 지정에 있는 클래스 이름에서만 이해하고, 그에 따라 타입 체크를 수행합니다. 따라서 인스턴스에 상속된 클래스로 타입을 지정하면 컴파일러가 런타임에 발생할 것이라고 생각하는 것과 실제로 발생하는 것 사이에 불일치가 생길 수 있습니다.

예를 들어, Rectangle 인스턴스를 다음과 같이 Shape로 정적 타입을 지정하면:

Shape *myRectangle = [[Rectangle alloc] init];

컴파일러는 이를 Shape 인스턴스로 취급합니다. 객체에 Rectangle 메서드를 수행하라는 메시지를 보내면:

BOOL solid = [myRectangle isFilled];

컴파일러는 불평합니다. isFilled 메서드는 Rectangle 클래스에 정의되어 있고, Shape에는 정의되어 있지 않습니다.

그러나 Shape 클래스가 알고 있는 메서드를 수행하라는 메시지를 보내면:

[myRectangle display];

Rectangle이 메서드를 오버라이드하더라도 컴파일러는 불평하지 않습니다. 런타임에는 Rectangle 버전의 메서드가 수행됩니다.

비슷하게, Upper 클래스가 double을 반환하는 worry 메서드를 선언하고:

- (double)worry;

Upper의 하위 클래스인 Middle이 메서드를 오버라이드하고 새로운 반환 타입을 선언한다고 가정해 봅시다:

- (int)worry;

인스턴스가 Upper 클래스로 정적 타입이 지정되면, 컴파일러는 worry 메서드가 double을 반환한다고 생각하고, 인스턴스가 Middle 클래스로 타입이 지정되면, 컴파일러는 worry가 int를 반환한다고 생각합니다. Middle 인스턴스가 Upper 클래스로 타입이 지정되면 오류가 발생합니다: 컴파일러는 런타임 시스템에 객체에 보내진 worry 메시지가 double을 반환한다고 알리지만, 런타임에는 실제로 int를 반환하고 오류를 생성합니다.

정적 타이핑은 동일한 이름의 메서드를 동일한 반환 및 매개변수 타입을 가져야 한다는 제약에서 자유롭게 할 수 있지만, 메서드가 클래스 계층의 다른 분기에 선언된 경우에만 신뢰성 있게 수행할 수 있습니다.

마무리

Objective-C의 정적 타이핑은 코드의 가독성을 향상시키고 컴파일 시간에 더 많은 오류를 잡을 수 있게 해주는 기능입니다. 그러나 Objective-C의 본질적인 동적 특성과 정적 타이핑 사이의 상호작용을 이해하는 것이 중요합니다.

정적 타이핑은 타입 안전성을 제공하는 동시에, 런타임에 실제로 어떤 메서드가 호출될지는 여전히 동적으로 결정됩니다.