'프로그래밍 언어' 시리즈
  1. [PL] Preliminaries
  2. [PL] Names, Bindings, Type Checking, and Scopes
  3. [PL] Data Types
  4. [PL] Expressions and the Assignment Statement
  5. [PL] Statement-Level Control Structures
  6. [PL] Subprogram
  7. [PL] Implementing Subprograms
  8. [PL] Exception Handling and Event Handling
  9. [PL] Abstract Data Types and Encapsulation Concepts
  10. [PL] Object-Oriented Programming

✦ The Concept of Abstraction

◆ Abstraction

  • Abstraction : 해당 범주의 본질적 속성 (essential attribute)
    • 어떤 process 나 category 가 속성의 부분집합 만으로 표현될 수 있음
  • 본질적 속성에 집중, 부수적 속성 무시 가능
  • Abstract Data Type : 데이터 추상화에 대한 언어 지원

◆ Two Kinds of abstractions in PL

  1. Process Abstraction
    • 모든 subprogram 은 process abstraction 이다
    • 어떻게 수행되는지 몰라도 수행 가능
    • Example
    • 정렬 : Bubble sort, Quick sort → 본질적 속성 : 정렬될 배열, 원소의 타입, 배열 길이 (실제 구현 방식 X)
  2. Data Abstraction
    • 표현 (representation) & 구현 세부사항이 숨겨짐

✦ Introduction to Data Abstraction

  • Data-oriented programming : 프로그래밍 방법론. process 추상화 이후에 발견

◆ Floating-Point as an Abstract Data Type

  • 내장 타입 (built-in type) → 추상 데이터 타입
    • 변수 생성 수단 제공
    • 객체 조작 위한 산술 연산 집합 제공
  • 정보 은닉 (Information Hiding)
    • memory 에 실제 어떻게 저장되어 있는지 은닉 & 조작 불가능
    • 시스템 제공 연산 외 new 연산 생성 불가
    • 유연한 데이터 표현 가능 & 프로그램 이식성 (program portability) 허용

◆ User-Defined Abstract Data Types

  • (User-Defined) Abstract Data Type
    • Encapsulation : 표현, 정의, 객체 연산이 단일 구문 단위 (single syntactic unit) 안에 기술 → grouping / compilation unit
    • Information hiding : 타입 정의에서 제공된 연산 외 연산 사용 불가
  • 장점
    • Localized modification (지역화된 수정) : by Encapsulation. 표현은 그 타입을 사용하는 프로그램 단위에 영향 없이 변경 가능
    • Increased reliability (신뢰성 증가) : by Information hiding. basis 표현 변경 불가 → 객체의 무결성 (integrity) 증가

◆ Example : Stack

  • Operation
create(stack)
destroy(stack)
empty(stack)
push(stack, element)
pop(stack)
top(stack)
  • Usage
int i, k;
stack STK1, STK2;
....
push(STK1, COLOR1) ;
push(STK1, COLOR2) ;
...
if (not empty(STK1)) then TEMP := top(STK1) ;
...
push(STK2, TEMP) ;
......
  • ADT 목표 : 데이터 객체가 아닌, 추상적 속성에만 의존해 작성하도록 기능 제공

✦ Design Issues for Abstract Data Types

  • ADT 위한 요구 사항

    1. 캡슐화 구성 : 타입 정의 & 함수들 한묶음으로 만들 수 있는 문법 존재 ex) C++, Java class

    2. 인터페이스 노출 : 타입 이름 & 함수의 header 는 공개, 내부 구현 hide
    3. 기본 연산 자동 제공 : 대입 & 동등 비교 등은 기본적으로 사용 가능해야 함
  • 캡슐화 구현 철학
    • 1 캡슐화 단위 = 1 type → 현대 OOP 언어 (C++, Smalltalk)
    • 1 캡슐화 단위 = 여러 엔티티 → namespace 유사 (Ada, Modula-2)
  • Design Issue
    • 어떤 타입을 추상화 가능?
    • generic 지원?
    • 이름 충돌 처리?

✦ Language Examples

◆ SIMULA 67 의 Class

  • 최초로 데이터 추상화 직접적 지원
  • Encapsulation
    • Data & Procedure 를 한 묶음으로 묶을 수 있음
  • 구문 형식
class class_name ;
begin
  -- class variable definition --
  -- class subprogram definitions --
  -- class code section --
end class_name ;
  • 인스턴스는 동적으로 생성. 포인터 변수로만 참조 가능
  • Information Hiding : 완전히 제공 X

◆ Abstract Data Types in Ada

  • Encapsulation
    • Ada 에선 pakage 라고 불림
      • specification package (명세 패키지)
      • body package (본체 패키지)
  • Information Hiding
    • Specification 은 두 섹션 가짐
      • visible 한 부분
      • private 한 부분

◆ Abstract Data Types in C++

  • C언어 + OOP 지원 → class 로 data abstraction 지원
  • 캡슐화 (Encapsulation) → class
    • data type 위한 템플릿. 여러 번 instance 만들 수 있음
      • data member : 인스턴스 변수
      • member function : 메소드 (함수)
    • instance
      • data member 는 각 instance 마다 다름
      • member function 은 공통적으로 사용 가능
    • object (객체) = instance
      • static : global 영역
      • semidynamic : 객체 선언 정교화 (elaboration) 의해 생성 (stack 영역)
      • explicit dynamic : new, delete 의해 명시적 생성 / 삭제 (heap 영역)
  • 정보 은닉 (Information Hiding)
    • 접근 제어자
      • private : 엔티티 숨기기
      • public : 엔티티 보이기 (class interface)
      • protected : subclass 와 관련
    • constructor : 객체가 생성될 때 자동 호출
      • 암묵적 호출 → 깨끗한 초기 상태 보장
      • 매개 변수 받을 수 있음
      • ClassName()
    • destructor : 객체가 사라질 때 자동 호출
      • 암묵적 호출 → 자원 누수 방지
      • ~ClassName() → RAII (Resource Acquisition Is Initialization)

◆ Abstract Data Types in Java

  • C++ 과 유사
  • 차이점
    • struct 존재 X, 사용자 정의는 모두 class 사용
    • 모든 object 는 new 로 heap 에 할당 → reference variable (참조 변수) 의해 접근
    • class 파일 안에 선언 & 정의 한번에 (C++ 처럼 .h, .cpp 나누지 않음)
    • destructor X → garbage collector 가 메모리 정리
항목 C++ Java
사용자 정의 타입 class, struct, union, enum class만 (record는 최근 추가)
객체 할당 위치 스택/힙/정적 모두 가능 힙만
변수와 객체 관계 값 또는 포인터 항상 참조(reference)
선언/정의 분리 가능 (.h / .cpp) 불가능 (한 파일)
메모리 해제 수동 (delete 또는 RAII) 자동 (GC)
소멸자 있음 (~ClassName) 없음
자원 관리 패턴 RAII try-with-resources 
class StackClass {
  private:
        private int [] *stackRef;
        private int [] maxLen, topIndex;
        public StackClass() { // a constructor
                stackRef = new int [100];
                maxLen = 99;
                topPtr = -1;
        };
        public void push (int num) {…};
        public void pop () {…};
        public int top () {…};
        public boolean empty () {…};
}

✦ Parameterized Abstract Data Types

  • Generic / Parameterized ADT
    • C++ 의 template<class T> , Java 의 <T>
  • 필요 이유
    • 만약 없으면 type 마다 class 따로 만들어야 함.
class IntStack {     // int 전용
    int data[100];
    void push(int x);
    int pop();
};

class FloatStack {   // float 전용
    float data[100];
    void push(float x);
    float pop();
};

class StringStack {  // string 전용
    string data[100];
    void push(string x);
    string pop();
};
// ... 끝없이 ...
  • 한 번 정의하고 <> 안에 type 바꿔서 활용
template<class T>
class Stack {    // T가 무엇이든 OK!
    T data[100];
    void push(T x);
    T pop();
};

Stack<int> s1;       // int 스택
Stack<float> s2;     // float 스택
Stack<string> s3;    // string 스택

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