MATLAB 객체지향 프로그래밍 마스터: 클래스와 객체로 견고하고 재사용 가능한 코드 만들기

강력한 수치 계산 환경인 MATLAB은 복잡하고 재사용 가능한 코드 생성을 돕기 위해 객체지향 프로그래밍(OOP)을 지원합니다. MATLAB의 OOP는 클래스와 객체 개념을 중심으로 돌아갑니다.

MATLAB이 지원하는 객체지향 기능:

• 객체(Object)
• 클래스(Class)
• 캡슐화(Encapsulation)
• 상속(Inheritance)
• 다형성(Polymorphism)
• 추상화(Abstraction)
• 속성(Properties)
• 메서드 오버로딩(Method Overloading)

OOP의 네 가지 핵심 기둥:

• 캡슐화
• 추상화
• 상속
• 다형성

왜 객체지향 설계를 사용하는가?

소프트웨어를 만들 때 애플리케이션이 사용할 데이터를 설계하고 그 데이터에서 작동할 연산을 생성해야 합니다. 절차적 프로그래밍에서는 데이터를 함수에 전달해 연산을 수행합니다. 객체지향 프로그래밍(OOP)에서는 데이터와 연산을 정의된 인터페이스를 통해 상호작용하는 객체로 묶습니다.

MATLAB 프로그램 작성 접근법

MATLAB은 절차적 접근과 객체지향 접근을 모두 허용하며, 객체와 일반 함수를 프로그램에서 혼용할 수 있습니다.

절차적 프로그램 설계

• 초점: 목표 달성에 필요한 단계
• 데이터 표현: 개별 변수나 구조체 필드
• 연산: 데이터를 인자로 받는 함수로 구현
• 흐름: 프로그램은 일련의 함수를 호출하며, 데이터를 전달하고 수정된 데이터를 반환받음

객체지향 프로그램 설계

• 컴포넌트 식별: 구축하려는 시스템/애플리케이션의 부분 결정
• 패턴 분석: 반복적으로 사용되거나 특성을 공유하는 컴포넌트 찾기
• 컴포넌트 분류: 유사점과 차이점에 따라 그룹화

이 분석 후, 애플리케이션이 사용할 객체를 설명하는 클래스를 정의합니다.

클래스와 객체

• 클래스 — 공통 특성을 가진 객체 집합을 설명
• 객체 — 클래스의 구체적 인스턴스. 객체의 속성 값이 동일 클래스의 다른 객체와 차별화
• 메서드 — 클래스 내 정의된 함수로, 해당 클래스 모든 객체의 공통 행동 구현

언제 객체지향 프로그램을 만들어야 하는가?

단순 작업은 단순 함수로 처리 가능합니다. 하지만 작업 규모와 복잡성이 커지면 함수가 거대해지고 관리하기 어려워집니다.

함수가 너무 커지면 작은 함수로 쪼개고 데이터를 주고받을 수 있습니다. 하지만 함수 수가 늘어나면 데이터 전달 관리가 까다롭고 오류 발생 가능성이 커집니다. 이 시점이 MATLAB 프로그램에 객체지향 설계를 고려해야 할 때입니다.

객체지향 프로그램 이해하기

언제 OOP로 전환해야 할까? 작업이 복잡해지면 객체 관점에서 생각하는 것이 코드 관리와 이해를 쉽게 만듭니다.

객체 관점에서 생각하기

문제를 객체 관점에서 풀면 더 쉬울 때가 있습니다. 문제의 명사를 객체로, 동사를 이 객체들이 수행하는 행동으로 식별하세요. 예를 들어 은행과 모기지 회사 같은 다양한 자금 대출 기관을 다룬다면, 각 대출 기관 유형을 객체로 표현할 수 있습니다. 각 객체는 특정 행동(메서드)을 수행하고 특정 데이터(속성)를 가집니다.

• 공통점 식별: 특정 유형의 모든 객체가 공유하는 것 찾기. 예: 모든 대출 기관은 대출 실행 메서드와 이자율 속성을 가짐
• 차이점 식별: 각 객체가 어떻게 다른지 이해. 예: 일부는 기업만 대상, 일부는 개인만 대상. 기본 클래스에서 파생 클래스 생성해 차이 처리
• 공통점 분리: 공유 기능을 슈퍼클래스에 두고 서브클래스가 세부 기능 처리

MATLAB OOP의 이점

1. 객체가 내부 상태 관리 — 속성 값 유효성 보장, 속성/메서드 접근 제어
2. 중복 감소 — 프로그램 성장 시 복잡성 관리. 함수 복사·수정 대신 공통 코드 기본 클래스에 두고 서브클래스가 추가/오버라이드
3. 일관된 인터페이스 정의 — 유사하지만 특화된 클래스에 기본 클래스 사용으로 인터페이스 일관성 유지. 시스템 각 부분이 해야 할 일 명확화
4. 복잡성 감소 — 객체가 내부 작동을 숨기는 인터페이스 제공. 상호작용이 정해진 규칙 따르도록 보장
5. 모듈성 증진 — 시스템을 객체로 분해해 자연스러운 모듈 생성. 클래스는 Public, Protected, Private 등 다양한 접근 제어 제공
6. 오버로드된 함수와 연산자 — 기존 함수를 객체에 맞게 오버로드. 예: 동등성, 덧셈 등 연산이 커스텀 객체에서 어떻게 작동할지 재정의

MATLAB OOP 기능 상세

• 객체 — 데이터(속성)와 그 데이터를 조작하는 메서드(함수)를 모두 포함하는 클래스의 인스턴스
• 클래스 — 객체의 속성과 행동을 정의하는 청사진. 데이터(속성)와 함수(메서드)를 캡슐화. 객체는 클래스의 인스턴스로 각자 고유 데이터 가짐. MATLAB에서 `classdef` 파일로 클래스 정의
• 캡슐화 — 데이터(속성)와 메서드를 단일 단위(클래스)로 묶는 개념. MATLAB에서 public, protected, private 같은 접근 제어자로 클래스 구성 요소 접근 제어
• 상속 — 한 클래스(서브클래스)가 다른 클래스(슈퍼클래스)의 속성과 메서드를 물려받아 코드 재사용. MATLAB에서 `classdef` 문법으로 상속 지정
• 다형성 — 서브클래스에서 메서드 재정의로 서로 다른 클래스가 같은 메서드 호출에 다르게 반응. MATLAB은 메서드 오버라이딩으로 다형성 지원
• 추상화 — 복잡한 구현 세부사항 숨기고 객체 필수 기능만 노출. MATLAB은 추상 클래스와 메서드로 추상화 구현
• 속성 — 클래스 내 정의된 변수로 객체 데이터 보관. MATLAB은 접근 제어, 기본값 등 속성 어트리뷰트 설정 가능
• 메서드 오버로딩 — 같은 이름 다른 입력 인자 메서드 다중 정의. MATLAB은 입력 타입/개수에 따라 다르게 동작하는 메서드 오버로딩 지원