[Java] 왜 부모 클래스의 참조 변수가 자식 클래스의 메소드를 사용하지 못할까?

0. 🚶들어가며

 다형성에 대해 공부하다가 쉽게 이해가 되지 않는 부분이 생겼고 이에 대해 알게 된 점에 대해 글을 작성해보겠습니다.

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1. 문제 ❓❓❓

 문제 상황은 다음과 같습니다.

 다형성을 이용할 때 부모 클래스의 참조 변수에 자식 인스턴스를 할당해준 경우 왜 이 참조 변수가 자식 클래스만 가지고 있는 메소드는 사용하지 못하냐에 대한 물음이 생겼습니다. 좀 더 자세한 상황 설명을 위해 아래 코드를 첨부해보겠습니다.

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        Parent p = new Child();
        p.childMethod(); // 컴파일 에러가 나는 부분
    }
}

class Parent {} // 부모 클래스

class Child extends Parent { // 자식 클래스
    public void childMethod(){
        System.out.println("Hi I'm Child!");
    }
}

 위 코드에 대해 자바에 익숙하신 분들은 컴파일 에러가 나는 것이 당연하다고 생각할 수 있겠지만 이를 처음보고 제가 든 생각은 다음과 같습니다.  

1. 참조 변수가 가지고 있는 정보는 힙 영역에 생성된 인스턴스의 참조값이다.
2. p가 가리키고 있는 인스턴스는 Child 인스턴스이다.
3. 따라서 p.childMethod()를 하면 p에 담긴 참조값을 따라가서 발견한 Child 인스턴스의 childMethod() 메소드를 찾아 호출하면 된다.

 위와 같은 로직으로 작동한다면 p.childMethod()가 에러가 날 이유가 없다고 생각했던 것 같습니다. 자바의 기본서에서는 부모 참조 변수에 할당했다면 부모 클래스에서 정의한 멤버나 메소드만 사용할 수 있고 자식 메소드를 사용하려면 형변환을 해야한다. 라고 나와 있지만 이 정보만 가지고는 제가 생각한 부분에서 어떤 부분이 잘못된 생각인지 파악하기가 어려웠습니다. 

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2. 해결 😀

 위 사항과 관련하여 개념을 바로 잡기 위해  여러 글들을 살펴보다 가장 도움이 되었던 글의 링크를 첨부하겠습니다. 또한 이를 제 상황에 맞게 재구성하여 글을 써보도록 하겠습니다.

 

https://stackoverflow.com/questions/28660200/superclass-reference-not-able-to-call-subclass-method-in-java

Superclass reference not able to call subclass method in Java

 

 컴파일 타임에 p의 타입은 Parent 입니다. 컴파일러는 p에 할당될 인스턴스가 런타임에 어떤 값을 가질 것인지에 대한 고려는 하지 않으며 오직 선언한 타입(Parent)에 대한 정보만을 고려하게 됩니다. 

 

 따라서 p.childMethod()라는 코드를 컴파일할 때 p의 context에서, 즉 type인 Parent에 관해서 childMethod라는 정보를 찾게 됩니다. 만약 Parent에 childMethod 정보가 없다면 상속 관계인 클래스들에서 이를 찾게 됩니다. Parent 같은 경우 명시적으로 상속받은 클래스가 없으므로 Object 클래스에서 찾아볼 것입니다. 거기에도 당연히 없겠죠,,

 

 바로 이 시점에서 컴파일러는 컴파일 에러를 던져버리게 됩니다. 아래는 문제 코드를 실행 시킨 경우 에러 메세지입니다.

그런 함수 없어,,

 에러 메세지를 봐도 childMethod라는 함수를 찾지 못했음을 알 수 있네요,, 역시 에러는 알고보면 참 친절하게 설명해주고 있었다는 사실을 깨닫게 됩니다.

 

 즉, 실제 런타임에 p가 가리키고 있는 인스턴스에 childMethod 유무에 대해서는 컴파일 타임에 고려 대상이 아니라는 것 입니다. 컴파일 타임에는 타입에 대한 정보만 가지고 childMethod를 bind 할 수 있어야 합니다. 하지만 위에서 봤던 것처럼 Parent 클래스에 대한 정보만을 가지고는 childMethod를 bind 할 수 없죠.. 

 

 추가로 런타임에 결정하는 것은 단순 어떤 메소드의 구현을 사용할 것이냐 입니다. 만약 아래와 같은 코드가 있다고 가정해 봅시다.

@Override // 자식클래스에서의 toString 메서드
public String toString(){
	return "I'm Child!!!"
}

 위와 같은 경우 p.toString()을 사용하여도 toString 메소드가 Object 클래스에서 찾아지고 따라서 toString을 p에 bind 할 수 있습니다. 컴파일러는 이를 통해 메소드 호출이 valid 하구나! 정도를 파악하게 됩니다. 그 후 런타임에서 사용하는 것은 Child 클래스에서 오버라이딩한 toString이 되겠습니다!

 

지금와서 글을 다시 읽어보니 이 부분이 바로  다이나믹 메소드 디스패치에 관한 부분이었군요!  해당 부분이 궁금하시다면  아래 영상을 참고하시면 좋을 것 같습니다! (2022.09.05)

토비의 봄 TV 1회 - 재사용성과 다이나믹 디스패치, 더블 디스패치

 

 정리해보면 제가 했던 오해는 컴파일 타임에서 하는 일과 런타임에서 하는 일의 차이점을 구분하지 못해 생긴 것이었습니다. 

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3. 나가며🖐

컴파일러 공부해보고 싶다,,