형변환(캐스팅, Casting) - 업캐스팅(Up-Casting), 다운캐스팅(Down-Casting)

1. 형변환(캐스팅) 개념 🦏

  형변환(캐스팅)이란 변수 또는 상수의 타입을 다른 타입으로 변환하는 것을 말한다.

  기본형(Primitive Type)에서는 boolean을 제외한 나머지 타입들은 서로 형변환이 가능하다.

  참조형(Reference Type)에서는 서로 상속관계가 있는 클래스 사이에서만 형변환이 가능하다. 자손타입의 참조변수를 조상타입의 참조변수로, 조상타입의 참조변수를 자손타입의 참조변수로 형변환을 하는 것이다.

  이 글에서는 기본형의 형변환보다는 참조형의 형변환에 초점을 맞추도록 한다.

 

  참조형 캐스팅은 2가지로 나눌 수 있다.

1. 업캐스팅(Up-Casting)

• 자손타입의 참조변수를 조상타입의 참조변수로 변환하는 것
• 업캐스팅을 하면 상속받은 서브 클래스에 상관없이 하나의 인스턴스로 묶어서 관리할 수 있다. (Lion, Tiger, Bear를 모두 Animal로 묶을 수 있다.)

class Animal { }

class Lion extends Animal { }

class Tiger extends Animal { }

class Bear extends Animal { }

public static void main(String[] args) {
    Animal animal1 = new Lion();
    Animal animal2 = new Tiger();
    Animal animal3 = new Bear();

    List<Animal> animals = new ArrayList<>();
    animals.add(animal1);
    animals.add(animal2);
    animals.add(animal3);
}

2. 다운캐스팅(Down-Casting)

• 조상타입의 참조변수를 자손타입의 참조변수로 변환하는 것
• 다운캐스팅을 통해 업캐스팅된 자식 클래스를 복구하여 본인의 필드와 기능을 모두 사용할 수 있다. (업캐스팅이 되면 자식 클래스의 고유 필드와 메서드를 사용할 수 없게 된다. 해당 내용은 뒤에서 자세히 알아보자.)

 

2. 형변환 방법 및 주의점 🐃

  형변환(캐스팅)의 방법은 간단하다. 형변환하고자 하는 변수 앞에 변환하고자 하는 타입을 괄호와 함께 붙여주기만 하면 된다.

public static void main(String[] args) {
    
    Tiger tiger = new Tiger();
    Animal animal = (Animal) tiger;
    Tiger newTiger = (Tiger) animal;
}

  형변환은 참조변수의 타입을 변환하는 것이지 인스턴스를 변환하는 것은 아니기 때문에 참조변수의 형변환은 인스턴스에 아무런 영향을 미치지 않는다. 단지 참조변수의 형변환을 통해서, 참조하고 있는 인스턴스에서 사용할 수 있는 멤버의 범위(개수)를 조절하는 것뿐이다.

 

  업캐스팅과 다운캐스팅에 대해서 자세히 알아보자.

📘 1. 업캐스팅 (Up-Casting)

  업캐스팅(자손타입의 참조변수를 조상타입의 참조변수에 할당하는 경우)을 하는 경우에는 형변환을 생략할 수 있다.

public static void main(String[] args) {

    Tiger tiger = new Tiger();
    // 기존
    Animal animal = (Animal) tiger;
    // 형 변환 생략
    Animal animal = tiger;
}

  형변환을 생략할 수 있는 이유는 참조변수가 다룰 수 있는 멤버의 개수가 실제 인스턴스가 갖고 있는 멤버의 개수보다 적을 것이 분명하므로 문제가 되지 않기 때문이다. 업캐스팅에서는 다음 2가지를 주의해야 한다.

1. 업캐스팅을 하면 멤버 개수가 제한되어 자식 클래스에서만 있는 멤버는 사용할 수 없게 된다.

  업캐스팅을 하게 되면 부모 클래스 멤버로 멤버 개수가 한정되기 때문에 자식 클래스 내에 있는 모든 멤버에 접근할 수 없게 된다. 

public static void main(String[] args) {
    
    SportsCar sportsCar = new SportsCar();
    sportsCar.fastDrive();
    sportsCar.sportsMode = true;

    Car car = sportsCar;
    car.fastDrive(); // 사용불가
    car.sportsMode = true; // 사용불가
}

class Car {
    String color;
    int door;
    void drive() {
        System.out.println("drive~~~");
    }
    void stop() {
        System.out.println("stop!!!");
    }
}

class SportsCar extends Car {

    boolean sportsMode = false;

    @Override
    void drive() {
        System.out.println("sports car drive~~~");
    }
    void fastDrive() {
        System.out.println("fast drive~~!");
    }
}

class Ambulance extends Car {
    void siren() {
        System.out.println("siren~~~");
    }
}

2. 업캐스팅 했지만 오버라이딩 된 메서드는 자식 클래스의 메서드로 실행이 된다.

public static void main(String[] args) {

    SportsCar sportsCar = new SportsCar();
    Car car = sportsCar;
    car.drive(); // sprots car drive~~~
}

📘 2. 다운캐스팅 (Down-Casting)

  다운캐스팅(조상타입의 참조변수를 자손타입의 참조변수로 할당하는 경우)을 하는 경우에는 형변환을 생략할 수 없다.

public static void main(String[] args) {

    Ambulance ambulance = new Ambulance();
    Car car = ambulance;

    // 형변환을 붙여야 함
    Ambulance newAmbulance = (Ambulance) car;

    // 다음과 같이 형변환 생략 불가
    Ambulance newAmbulance = car;
}

  다운캐스팅을 하는 경우에는 참조변수가 다룰 수 있는 멤버의 개수를 늘리는 것이므로 문제가 발생할 가능성이 있다. 그렇기 때문에 형변환을 생략할 수 없다.

 

  다운캐스팅에서의 주의점은 '단순히 업캐스팅의 반대 개념이 아니다'라는 것이다. 다운 캐스팅은 부모 클래스로 업 캐스팅된 자식 클래스를 복구하여 본인의 필드와 기능을 회복하기 위해 있는 것이다.

public static void main(String[] args) {

    // 잘못된 경우
    Car car = new Car();
    Ambulance ambulance = (Ambulance) car; // ClassCastException

    // 알맞은 경우
    Ambulance ambulance = new Ambulance();
    Car car = ambulance;
    Ambulance newAmbulance = (Ambulance) car;
}

  즉, 조상타입의 인스턴스를 자손타입의 참조변수로 참조하는 것은 허용되지 않는다.

 

  그래서 instanceof 연산자를 사용한다면 참조변수가 참조하고 있는 인스턴스의 실제 타입을 확인할 수 있다.

public static void main(String[] args) {
    SportsCar sportsCar = new SportsCar();
    Ambulance ambulance = new Ambulance();

    Car car1 = sportsCar;
    Car car2 = ambulance;
    doWork(car1); // fast drive~~!
    doWork(car2); // siren~~~
}

public static void doWork(Car car) {
    if(car instanceof SportsCar){
        SportsCar sportsCar = (SportsCar) car;
        sportsCar.fastDrive();
    }
    else if( car instanceof Ambulance) {
        Ambulance ambulance = (Ambulance) car;
        ambulance.siren();
    }
}

 

3. 참조변수 형변환의 주요 실행 과정 🦨

  마지막으로 업캐스팅과 다운캐스팅의 실행과정을 그림과 함께 살펴보도록 하자. (아주 간단한 내용이라서 설명은 생략한다.)

  주석에 해당하는 상황(상황 1, 상황 2, 상황 3)과 그림을 매칭시켜서 보도록 하자.

class Car {
    String color;
    int door;
    void drive() {
        System.out.println("drive~~~");
    }
    void stop() {
        System.out.println("stop!!!");
    }
}

class Ambulance extends Car {
    void siren() {
        System.out.println("siren~~~");
    }
}

public static void main(String[] args) {
    // 상황 1
    Ambulance ambulance1 = new Ambulance();
    Car car = null;
    Ambulance ambulance2 = null;

    // 상황 2
    car = ambulance1;

    // 상황 3
    ambulance2 = (Ambulance) car;

}

상황 1

상황 2

상황 3

 

해당 글은
남궁성 님의 '자바의 정석',
Inpa 님의 'JAVA 업캐스팅 & 다운캐스팅 - 완벽 이해하기'
를 참고하였습니다.