7. 중첩 클래스, 내부 클래스1

중첩 클래스, 내부 클래스란?

다음과 같이 for문 안에 for문을 중첩하는 것을 중첩(Nested) for문이라 한다.

for (...) { //중첩 for문
    for (...) {
    } 
}

다음과 같이 클래스 안에 클래스를 중첩해서 정의할 수 있는데, 이것을 중첩 클래스(Nested Class)라 한다.

class Outer {
     ...
    //중첩 클래스 
    class Nested {
    ... 
    }
}

중첩 클래스는 클래스를 정의하는 위치에 따라 다음과 같이 분류한다.

중첩 클래스의 분류

중첩 클래스는 총 4가지가 있고, 크게 2가지로 분류할 수 있다.

• 정적 중첩 클래스
• 내부 클래스 종류
  • 내부 클래스
  • 지역 클래스
  • 익명 클래스

중첩 클래스를 정의하는 위치는 변수의 선언 위치와 같다.

변수의 선언 위치

• 정적 변수(클래스 변수)
• 인스턴스 변수
• 지역 변수

중첩 클래스의 선언 위치

• 정적 중첩 클래스 -> 정적 변수와 같은 위치
• 내부 클래스 -> 인스턴스 변수와 같은 위치
• 지역 클래스 -> 지역 변수와 같은 위치

class Outer {
     ...
    //정적 중첩 클래스
    static class StaticNested {
        ... 
    }
    
    //내부 클래스 
    class Inner {
        ... 
    }
}

• 정적 중첩 클래스는 정적 변수와 같이 앞에 `static` 이 붙어있다.
• 내부 클래스는 인스턴스 변수와 같이 앞에 `static` 이 붙어있지 않다.

class Outer {
    public void process() { 
        //지역 변수
        int lcoalVar = 0; 

        //지역 클래스
        class Local {...}

        Local local = new Local();
    } 
}

• 지역 클래스는 지역 변수와 같이 코드 블럭 안에서 클래스를 정의한다.
• 참고로 익명 클래스는 지역 클래스의 특별한 버전이다.

다시 한번 정리해보자

중첩 클래스는 총 4가지가 있고, 크게 2가지로 분류할 수 있다.

• 정적 중첩 클래스
• 내부 클래스 종류
  • 내부 클래스
  • 지역 클래스
  • 익명 클래스

여기서 정적 중첩 클래스와 내부 클래스로 분류하는 것을 확인할 수 있다.

그럼 중첩이라는 단어와 내부라는 단어는 무슨 차이가 있는 것일까?

• 중첩(Nested): 어떤 다른 것이 내부에 위치하거나 포함되는 구조적인 관계
• 내부(Inner): 나의 내부에 있는 나를 구성하는 요소

정리하면 정적 중첩 클래스는 바깥 클래스의 안에 있지만 바깥 클래스와 관계 없는 전혀 다른 클래스를 말한다.

내부 클래스는 바깥 클래스의 내부에 있으면서 바깥 클래스를 구성하는 요소를 말한다.

여기서 의미하는 중첩( `Nested` )과 내부( `Inner` )를 분류하는 핵심은 바로 바깥 클래스 입장에서 볼 때 안에 있는 클래스가 나의 인스턴스에 소속이 되는가 되지 않는가의 차이이다.

• 정적 중첩 클래스는 바깥 클래스와 전혀 다른 클래스이다. 따라서 바깥 클래스의 인스턴스에 소속되지 않는다.
• 내부 클래스는 바깥 클래스를 구성하는 요소이다. 따라서 바깥 클래스의 인스턴스에 소속된다.

정리하면 내부 클래스들은 바깥 클래스의 인스턴스에 소속된다. 정적 중첩 클래스는 그렇지 않다.

정적 중첩 클래스

• static이 붙는다.
• 바깥 클래스의 인스턴스에 소속되지 않는다.

내부 클래스

• static이 붙지 않는다.
• 바깥 클래스의 인스턴스에 소속된다.

내부 클래스의 종류

• 내부 클래스(inner class): 바깥 클래스의 인스턴스의 멤버에 접근
• 지역 클래스(local class): 내부 클래스의 특징 + 지역 변수에 접근
• 익명 클래스(anonymous class): 지역 클래스의 특징 + 클래스의 이름이 없는 특별한 클래스

용어 정리

• 중첩 클래스: 정적 중첩 클래스 + 내부 클래스 종류 모두 포함
• 정적 중첩 클래스: 정적 중첩 클래스를 말함
• 내부 클래스: 내부 클래스, 지역 클래스, 익명 클래스를 포함해서 말함

참고 - 실무 용어
실무에서는 중첩, 내부라는 단어를 명확히 구분하지 않고, 중첩 클래스 또는 내부 클래스라고 이야기한다.

왜냐하면 클래스 안에 클래스가 있는 것을 중첩 클래스라고 하기 때문이다.

그리고 내부 클래스도 중첩 클래스의 한 종류이다.

따라서 둘을 명확히 구분하지는 않는다.

엄밀하게 이야기하면 static이 붙어있는 정적 중첩 클래스는 내부 클래스라고 하면 안된다.

하지만 대부분의 개발자들이 둘을 구분해서 말하지 않기 때문에 내부 또는 중첩 클래스라고 하면 상황과 문맥에 따라서 이해하면 된다.

 

중첩 클래스는 언제 사용해야 하나?
내부 클래스를 포함한 모든 중첩 클래스는 특정 클래스가 다른 하나의 클래스 안에서만 사용되거나, 둘이 아주 긴밀하게 연결되어 있는 특별한 경우에만 사용해야 한다. 외부의 여러 클래스가 특정 중첩 클래스를 사용한다면 중첩 클래스로 만들면 안된다.

중첩 클래스를 사용하는 이유

• 논리적 그룹화: 특정 클래스가 다른 하나의 클래스 안에서만 사용되는 경우 해당 클래스 안에 포함하는 것이 논리적으로 더 그룹화 된다. 패키지를 열었을 때 다른 곳에서 사용될 필요가 없는 중첩 클래스가 외부에 노출되지 않는 장점도 있다.
• 캡슐화: 중첩 클래스는 바깥 클래스의 `private` 멤버에 접근할 수 있다. 이렇게 해서 둘을 긴밀하게 연결하고 불 필요한 `public` 메서드를 제거할 수 있다. 이 부분은 말로 이해하기는 어렵기 때문에 이후에 예제를 통해서 알아 보자.

정적 중첩 클래스의 활용

public class Network {

    public void sendMessage(String text) {
        NetworkMessage networkMessage = new NetworkMessage(text);
        networkMessage.print();
    }

    private static class NetworkMessage {

        private String content;

        public NetworkMessage(String content) {
            this.content = content;
        }

        public void print() {
            System.out.println(content);
        }
    }

}

NetworkMessage 클래스를 `Network` 클래스 안에 중첩해서 만들었다.

NetworkMessage의 접근 제어자를 `private` 설정했다. 

따라서 외부에서 NetworkMessage에 접근할 수 없다.

예) new Network.NetworkMessage()처럼 접근할 수 없다.

public class NetworkMain {

    public static void main(String[] args) {
        Network network = new Network();
        network.sendMessage("hello java");
    }
}

Network 관련 라이브러리를 사용하기 위해서 ex2 패키지를 열어본 개발자는 해당 클래스만 확인할 것이다. 

추가로 NetworkMessage가 중첩 클래스에 private 접근 제어자로 되어 있는 것을 보고, Network 내부에서만 단독으로 사용하는 클래스라고 바로 인지할 수 있다.

중첩 클래스의 접근

나의 클래스에 포함된 중첩 클래스가 아니라 다른 곳에 있는 중첩 클래스에 접근할 때는 바깥클래스.중첩클래스로 접근 해야 한다.

NestedOuter.Nested nested = new NestedOuter.Nested();

나의 클래스에 포함된 중첩 클래스에 접근할 때는 바깥 클래스 이름을 적지 않아도 된다.

public class Network {
     public void sendMessage(String text) {
         NetworkMessage networkMessage = new NetworkMessage(text);
     }
     private static class NetworkMessage {...}
 }

중첩 클래스(내부 클래스 포함)는 그 용도가 자신이 소속된 바깥 클래스 안에서 사용되는 것이다. 따라서 자신이 소속된 바깥 클래스가 아닌 외부에서 생성하고 사용하고 있다면, 이미 중첩 클래스의 용도에 맞지 않을 수 있다. 이때는 중첩 클래스를 밖으로 빼는 것이 더 나은 선택이다.

내부 클래스

정적 중첩 클래스는 바깥 클래스와 서로 관계가 없다. 하지만 내부 클래스는 바깥 클래스의 인스턴스를 이루는 요소가 된다. 쉽게 이야기해서 내부 클래스는 바깥 클래스의 인스턴스에 소속된다.

정적 중첩 클래스

• `static` 이 붙는다.
• 바깥 클래스의 인스턴스에 소속되지 않는다.

내부 클래스

• `static` 이 붙지 않는다.
• 바깥 클래스의 인스턴스에 소속된다.

예제 코드를 통해 내부 클래스를 알아보자.

public class InnerOuter {

    private static int outClassValue = 3;
    private int outInstanceValue = 2;

    class Inner {
        private int innerInstanceValue = 1;
        
        public void print() {
            // 자신의 멤버에 접근 
            System.out.println(innerInstanceValue);

            // 외부 클래스의 인스턴스 멤버에 접근 가능, private도 접근 가능 
            System.out.println(outInstanceValue);
            // 외부 클래스의 클래스 멤버에는 접근 가능. private도 접근 가능 
            System.out.println(InnerOuter.outClassValue);
        } 
    }
}

내부 클래스는 앞에 static이 붙지 않는다. 쉽게 이야기해서 인스턴스 멤버가 된다.

내부 클래스는

• 자신의 멤버에는 당연히 접근할 수 있다.
• 바깥 클래스의 인스턴스 멤버에 접근할 수 있다.
• 바깥 클래스의 클래스 멤버에 접근할 수 있다.

public class InnerOuterMain {

    public static void main(String[] args) {
        InnerOuter outer = new InnerOuter();
        InnerOuter.Inner inner = outer.new Inner();
        inner.print();

        System.out.println("innerClass = " + inner.getClass());

    }
}

내부 클래스는 바깥 클래스의 인스턴스에 소속된다. 따라서 바깥 클래스의 인스턴스 정보를 알아야 생성할 수 있다.
내부 클래스는 바깥클래스의 인스턴스 참조.new 내부클래스()로 생성할 수 있다.

내부 클래스는 바깥 클래스의 인스턴스에 소속되어야 한다.

따라서 내부 클래스를 생성할 때, 바깥 클래스의 인스턴스 참조가 필요하다.

outer.new Inner()에서 outer는 바깥 클래스의 인스턴스 참조를 가진다.

outer.new Inner()로 생성한 내부 클래스는 개념상 바깥 클래스의 인스턴스 내부에 생성된다.

따라서 바깥 클래스의 인스턴스를 먼저 생성해야 내부 클래스의 인스턴스를 생성할 수 있다.

 

개념 - 내부 클래스의 생성

• 개념상 바깥 클래스의 인스턴스 내부에서 내부 클래스의 인스턴스가 생성된다.
• 따라서 내부 인스턴스는 바깥 인스턴스를 알기 때문에 바깥 인스턴스의 멤버에 접근할 수 있다.

실제 - 내부 클래스의 생성

• 실제로 내부 인스턴스가 바깥 인스턴스 안에 생성되는 것은 아니다. 하지만 개념상 인스턴스 안에 생성된다고 이해하면 충분하다.
• 실제로는 내부 인스턴스는 바깥 인스턴스의 참조를 보관한다. 이 참조를 통해 바깥 인스턴스의 멤버에 접근할 수 있다.

정리
정적 중첩 클래스와 다르게 내부 클래스는 바깥 인스턴스에 소속된다.

중첩이라는 단어와 내부라는 단어의 차이를 다시 한번 정리해보자.

• 중첩(Nested): 어떤 다른 것이 내부에 위치하거나 포함되는 구조적인 관계
• 내부(Inner): 나의 내부에 있는 나를 구성하는 요소

중첩( Nested )은 나의 안에 있지만 내것이 아닌 것을 말한다.

단순히 위치만 안에 있는 것이다. 반면에 여기서 의미하는 내부( Inner )는 나의 내부에서 나를 구성하는 요소를 말한다.

정적 중첩 클래스는 다른 클래스를 그냥 중첩해 둔 것일 뿐이다.

쉽게 이야기해서 둘은 아무런 관계가 없다.

반면에 내부 클래스는 바깥 클래스의 인스턴스 내부에서 구성 요소로 사용된다.

내부 클래스의 활용

public class Car {
    private String model;
    private int chargeLevel;
    private Engine engine;

    public Car(String model, int chargeLevel) {
        this.model = model;
        this.chargeLevel = chargeLevel;
        this.engine = new Engine();
    }

    public void start() {
        engine.start();
        System.out.println(model + " 시작 완료");
    }

    private class Engine {
        public void start() {
            System.out.println("충전 레벨 확인: " + chargeLevel);
            System.out.println(model + "의 엔진을 구동합니다.");
        }
    }

}

내부 클래스의 생성

엔진을 내부 클래스로 만들었다.

바깥 클래스에서 내부 클래스의 인스턴스를 생성할 때는 바깥 클래스 이름을 생략할 수 있다.

예) new Engine()
바깥 클래스에서 내부 클래스의 인스턴스를 생성할 때 내부 클래스의 인스턴스는 자신을 생성한 바깥 클래스의 인스턴스를 자동으로 참조한다. 여기서 new Engine()로 생성된 `Engine` 인스턴스는 자신을 생성한 바깥의 `Car` 인스턴스를 자동으로 참조한다.

public class CarMain {

    public static void main(String[] args) {
        Car myCar = new Car("Model Y", 100);
        myCar.start();
    }
}