[Java] 중첩 클래스
객체 지향 프로그램에서 클래스들은 서로 긴밀한 관계를 맺고 상호작용을 한다. 어떤 클래스는 여러 클래스와 관계를 맺지만 어떤 클래스는 특정 클래스와 관계를 맺는다. 클래스가 여러 클래스와 관계를 맺는 경우에는 독립적으로 선언하는 것이 좋으나, 특정 클래스와 관계를 맺을 경우에는 관계 클래스를 클래스 내부에 선언하는 것이 좋다. 중첩 클래스(Nested Class)란 클래스 내부에 선언한 클래스를 말하는데, 중첩 클래스를 사용하면 두 클래스의 멤버들을 서로 쉽게 접근할 수 있다는 장점과 외부에는 불필요한 관계 클래스를 감춤으로써 코드의 복잡성을 줄일 수 있다. 다음은 중첩 클래스의 코드 형태를 보여준다.
class ClassName {
class NestedClassName { // 중첩클래스
}
}
인터페이스도 클래스 내부에 선언할 수 있다. 이런 인터페이스를 중첩 인터페이스라고 한다. 인터페이스를 클래스 내부에 선언하는 이유는 해당 클래스와 긴밀한 관계를 맺는 구현 클래스를 만들기 위해서이다.
class ClassName {
interface NestedInterfaceName {
}
}
중첩 인터페이스는 주로 UI 프로그래밍에서 이벤트를 처리할 목적으로 많이 활용된다. 예를 들어 안드로이드에서는 다음과 같이 View 클래스의 클릭 이벤트를 처리하는 구현 클래스를 만들 수 있도록 View 클래스 내부에 OnClickListener 라는 중첩 인터페이스를 가지고 있다.
public class View {
public interface OnClickListener {
public void OnClick(View v);
}
}
중첩 클래스
중첩 클래스는 클래스 내부에 선언되는 위치에 따라서 두 가지로 분류된다. 클래스의 멤버로서 선언되는 중첩 클래스를 멤버 클래스라고 하고, 메소드 내부에서 선언되는 중첩 클래스를 로컬 클래스라고 한다. 멤버 클래스는 클래스나 객체가 사용 중이라면 언제든지 재사용이 가능하지만, 로컬 클래스는 메소드 실행 시에만 사용되고, 실행 종료되면 없어진다.
| 선언 위치에 따른 분류 | 선언 위치 | 설명 | |
| 멤버 클래스 | 인스턴스 멤버 클래스 | class A { class B { ... } } |
A 객체를 생성해야만 사용할 수 있는 B 중첩 클래스 |
| 정적 멤버 클래스 | class A { static class B { ... } } |
A 클래스로 바로 접근할 수 있는 B 중첩 클래스 | |
| 로컬 클래스 | class A { void method() { class B { ... } } } |
method()가 실행할 때만 사용할 수 있는 B 중첩클래스 | |
멤버 클래스도 하나의 클래스이기 때문에 컴파일하면 바이트 코드 파일(.class)이 별도로 생성된다. 바이트 코드 파일의 이름은 다음과 같이 결정된다.
A(바깥클래스) $ B(멤버클래스) .class
로컬 클래스일 경우에는 다음과 같이 $1이 포함된 바이트 코드 파일이 생성된다.
A(바깥클래스) $1 B(로컬클래스) .class
인스턴스 멤버 클래스
인스턴스 멤버 클래스는 static 키워드 없이 선언된 클래스를 말한다. 인스턴스 멤버 클래스는 인스턴스 필드와 메소드만 선언이 가능하고 정적 필드와 메소드는 선언할 수 없다.
Class A {
/* 인스턴스 멤버 클래스 */
class B {
B() { } // 생성자
int field1; // 인스턴스 필드
// static int field2; // 정적 필드 (x)
void method1() { } // 인스턴스 메소드
// static void method2() { } // 정적 메소드 (x)
}
}
A 클래스 외부에서 인스턴스 멤버 클래스 B의 객체를 생성하려면 먼저 A 객체를 생성하고 B 객체를 생성해야 한다.
A a = new A();
A.B b = a.new B();
b.field1 = 3;
b.method1();
정적 멤버 클래스
정적 멤버 클래스는 static 키워드로 선언된 클래스를 말한다. 정적 멤버 클래스는 모든 종류의 필드와 메소드를 선언할 수 있다.
Class A {
/* 정적 멤버 클래스 */
class B {
B() { } // 생성자
int field1; // 인스턴스 필드
static int field2; // 정적 필드
void method1() { } // 인스턴스 메소드
static void method2() { } // 정적 메소드
}
}
A 클래스 외부에서 정적 멤버 클래스 C의 객체를 생성하기 위해서는 A 객체를 생성할 필요가 없고, 다음과 같이 C 객체를 생성하면 된다.
A.C c = new A.C)_;
c.field1 = 3;
c.method1();
A.C.field2 = 3;
A.C.method2();
로컬 클래스
중첩 클래스는 메소드 내에서도 선언할 수 있다. 이것을 로컬(local) 클래스라고 한다. 로컬 클래스는 접근 제한자 및 static을 붙일 수 없다. 로컬 클래스는 메소드 내부에서만 사용되므로 접근을 제한할 필요가 없기 때문이다. 로컬 클래스 내부에는 인스턴스 필드와 메소드만 선언이 가능하고 정적 필드와 메소드는 선언할 수 없다.
void method() {
/* 로컬 클래스 */
class D {
D() { } // 생성자
int field1; // 인스턴스 필드
// static int field2; // 정적 필드 (x)
void method1() { } // 인스턴스 메소드
// static void method2() { } // 정적 메소드 (x)
}
D d = new D();
d.field1 = 3;
d.method1();
}
로컬 클래스는 메소드가 실행될 때 메소드 내에서 객체를 생성하고 사용해야 한다. 주로 다음과 같이 비동기 처리를 위해 스레드 객체를 만들 때 사용하는데, 스레드는 나중에 알려줄 것이다.
void method() {
Class DownloadThread extends Thread { ... }
DownloadThread thread = new DownloadThread();
thread.start();
}
중첩 클래스의 접근 제한
바깥 필드와 메소드에서 사용 제한
멤버 클래스가 인스턴스 또는 정적으로 선언됨에 따라 바깥 클래스의 필드와 메소드에 사용 제한이 생긴다. 아래 코드를 보면서 이해해보자. 인스턴스 멤버 클래스(B)는 바깥 클래스의 인스턴스 필드(field1)의 초기값이나 인스턴스 메소드(method1())에서 객체를 생성할 수 있으나, 정적 필드(field3)의 초기값이나 정적 메소드(method2())에서는 객체를 생성할 수 없다. 반면 정적 멤버 클래스(C)는 모든 필드의 초기값이나 모든 메소드에서 객체를 생성할 수 있다.
public class A {
// 인스턴스 필드
B field1 = new B(); // (o)
C field2 = new C(); // (o)
// 인스턴스 메소드
void method1() {
B var1 = new B(); // (o)
C var2 = new C(); // (o)
}
// 정적 필드 초기화
// static B field3 = new B(); // (x)
static C field4 = new C(); // (o)
// 정적 메소드
static void method2() {
// B var1 = new B(); // (x)
C var2 = new C(); // (o)
}
// 인스턴스 멤버 클래스
class B { }
// 정적 멤버 클래스
static class C { }
}
멤버 클래스에서 사용 제한
멤버 클래스가 인스턴스 또는 정적으로 선언됨에 따라 멤버 클래스 내부에서 바깥 클래스의 필드와 메소드를 접근할 때에도 제한이 따른다. 인스턴스 멤버 클래스(B) 안에서는 바깥 클래스의 모든 필드와 모든 메소드에 접근할 수 있지만, 정적 멤버 클래스(C) 안에서는 바깥 클래스의 정적 필드(field2)와 메소드(method2())에만 접근할 수 있고 인스턴스 필드(field1)와 메소드(method2())는 접근할 수 없다.
Class A {
int field1;
void method1() { ... }
static int field2;
static void method2() { ... }
class B {
void method() {
field1 = 10; // (o)
method1(); // (o)
field2 = 10; // (o)
method2(); // (o)
}
}
}
// ---------------------------------------------
Class A {
int field1;
void method1() { ... }
static int field2;
static void method2() { ... }
static class B {
void method() {
field1 = 10; // (x)
method1(); // (x)
field2 = 10; // (o)
method2(); // (o)
}
}
}
로컬 클래스에서 사용 제한
로컬 클래스 내부에서는 바깥 클래스의 필드와 메소드를 제한 없이 사용할 수 있다. 문제는 메소드의 매개 변수나 로컬 변수를 로컬 클래스에서 사용할 때이다. 로컬 클래스의 객체는 메소드 실행이 끝나도 힙 메모리에 존재해서 계속 사용될 수 있다. 매개 변수나 로컬 변수는 메소드 실행이 끝나면 스택 메모리에서 사라지기 때문에 로컬 객체에서 사용할 경우 문제가 발생한다.
자바는 이 문제를 해결하기 위해 컴파일 시 로컬 클래스에서 사용하는 매개 변수나 로컬 변수의 값을 로컬 클래스 내부에 복사해 두고 사용한다. 그리고 매개 변수나 로컬 변수가 수정되어 값이 변경되면 로컬 클래스에 복사해 둔 값과 달라지는 문제를 해결하기 위해 매개 변수나 로컬 변수를 final로 선언해서 수정을 막는다. 결론적으로 말해서 로컬 클래스에서 사용 가능한 것은 final로 선언된 매개 변수와 로컬 변수뿐이라는 것이다. 자바 7 이전까지는 final 키워드 없이 선언된 매개 변수나 로컬 변수를 로컬 클래스에서 사용하면 컴파일 에러가 발생했다. 하지만 자바 8 부터는 final 키워드 없이 선언된 매개 변수와 로컬 변수를 사용해도 컴파일 에러가 나지 않는다. 그렇다면 자바 8 부터는 final이 아닌 매개 변수와 로컬 변수를 허용한다는 것일까? 당연히 아니다. final 선언을 하지 않아도 여전히 값을 수정할 수 없는 final의 특성을 갖는다는 것이다. final 선언을 하지 않아도 final의 특성을 갖는다는 것이다. final 키워드 존재 여부의 차이점은 로컬 클래스의 복사 위치이다. final 키워드가 있다면 로컬 클래스의 메소드 내부에 지역 변수로 복사되지만, final 키워드가 없다면 로컬 클래스의 필드로 복사된다.
void outMethod(final int arg1, int arg2) {
final int nar1 = 1;
int var2 = 2;
class LocalClass {
int args2 = 매개값;
int var2 = 2;
void method() {
int arg1 = 매개값;
int var1 = 1;
int result = arg1 + arg2 + var1 + var2;
}
}
}
우리는 로컬 클래스의 내부 복사 위치에 신경 쓸 필요 없이 로컬 클래스에서 사용된 매개 변수롸 로컬 변수는 모두 final 특성을 가즌다는 것만 알면 된다. 다음 예제는 매개 변수와 로컬 변수가 로컬 클래서에서 사용할 때 final 특성을 갖고 있음을 보여준다.
public class Outter {
// 자바7 이전
public void method1(final int args) {
final int localVariable = 1;
// arg = 100; (x)
// localVariable = 100; (x)
class Inner {
public void method() {
int result = arg + localVariable;
}
}
}
// 자바8 이후
public void method2(int arg) {
int localVariable = 1;
// args = 100; (x)
// localVariable = 100; (x)
class Inner {
public void method() {
int result = arg + localVariable;
}
}
}
}
중첩 클래스에서 바깥 클래스 참조 얻기
클래스 내부에서 this는 객체 자신의 참조이다. 중첩 클래스에서 this 키워드를 사용하면 바깥 클래스의 객체 참조가 아니라, 중첩 클래스의 객체 참조가 된다. 따라서 중첩 클래스 내부에서 this.필드, this.메소드() 로 호출하면 중첩 클래스의 필드와 메소드가 사용된다. 중첩 클래스 내부에서 바깥 클래스의 객체 참조를 얻으려면 바깥 클래스의 이름을 this 앞에 붙여주면 된다. 다음은 바깥 클래스의 필드와 메소드에 접근하기 위해 바깥클래스.this 를 사용한 예이다.
바깥클래스.this.필드
바깥클래스.this.메소드();// Outter.java
public class Outter {
String field = "Outter-field";
void method() {
System.out.println("Outter-method");
}
class Nested {
String field = "Nested-field";
void method() {
System.out.println("Nested-method");
}
void print() {
System.out.println(this.field);
this.method();
System.out.println(Outter.this.field);
Outter.this.method();
}
}
}// OutterExample.java
public class OutterExample {
public static void main(String[] args) {
Outter outter = new Outter();
Outter.Nested nested = outter.new Nested();
nested.print();
}
}