Objective-C) 카테고리와 프로토콜

본 포스팅은 ‘프로그래밍 오브젝티브-C 2.0’ 을 읽으며 실습한 코드와 내용, 추가적으로 궁금한 내용을 정리한 글입니다.

내용

• 카테고리를 사용하여 모듈 방식으로 클래스에 메서드를 추가하는 방법
• 익명 카테고리를 통해 클래스 확장(Extension) 추가하는 방법
• 메서드의 표준화된 목록 만드는 방법

카테고리

카테고리는 클래스 정의를 그룹짓거나, 연관된 메서드를 카테고리로 쉽게 모듈러화 할 수 있게 해준다. 또한, 원본 소스 코드에 접근하거나 서브클래스를 생성하지 않고도 기존의 클래스 정의를 확장하는 방법도 제공한다.

그렇기 때문에 클래스 정의에 새 메소드를 추가하고 싶을 때나 프로젝트에서 서브클래스를 작성하고 새 메소드를 구현할 수 있지만 더 쉽고 강력한 방법이 바로 카테고리이다.

Fraction 클래스에 사칙 연산을 처리하는 카테고리를 추가하는 방법을 알아보자.

// Fraction.h

#import <Foundation/Foundation.h>

// MARK: -  Fraction Class

@interface Fraction : NSObject

@property int numerator, denominator;

- (void)print;
- (double)convertToNum;
- (void)setTo:(int)n over:(int)d;
- (void)reduce;

@end

카테고리 파일 생성

1) Object-C File 을 선택한 후, 아래와 같이 File Type 에서 Category 를 선택해주면 된다.

2) Class 에서는 확장할 클래스인 Fraction 을 입력한다. File 에서는 카테고리 이름을 입력한다.

3) 이렇게 자동으로 + 가 붙어서 필요한 파일을 만들어준다.(Xcode 5.0에서부터 카테고리 파일을 생성하면 자동적으로 + 를 포함한 파일명이 생성된다.)

// Fraction+MathOps.h

#import "Fraction.h"

NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN

@interface Fraction (MathOps)

@end
NS_ASSUME_NONNULL_END

// Fraction+MathOps.m

#import "Fraction+MathOps.h"

@implementation Fraction (MathOps)

@end

혹은, Fraction+MathOps.h 파일을 생성해도 된다.

@interface 클래스 (카테고리)
// 카테고리를 클래스에 추가하여 확장.

이미 컴파일러는 기존의 헤더파일을 통해서 클래스에 대해 알고 있기 때문에 부모 클래스를 언급하지 않는다

// Fraction+MathOps.h

#import "Fraction.h"

// 이미 존재하는 Fraction interface 를 확장하는 것이기 때문에 (Fraction.h 헤더파일에 카테고리를 추가하지 않는 한) 원래 인터페이스를 추가해야 컴파일러가 Fraction 클래스를 이해할 수 있다.
// ✅ Fraction 클래스의 새 카테고리로 MathOps 를 정의.
@interface Fraction (MathOps)

- (Fraction *)add:(Fraction *)f;
- (Fraction *)mul:(Fraction *)f;
- (Fraction *)sub:(Fraction *)f;
- (Fraction *)div:(Fraction *)f;

@end

이를 통해 Fraction.h 인터페이스 부분에 있는 메소드와 MathOps 카테고리의 메소드를 모두 단일한 구현 부분에서 정의할 수 있게 된다.

혹은, 카테고리의 메소드를 별도로 정의해도 된다. 이런 경우, 메소드가 속한 카테고리가 어디인지 언급해 주어야 한다.

(우리는 카테고리의 인터페이스와 구현 부분을 별개로 작성할 것이다.)

// ✅ 마찬가지로 클래스 이름 뒤에 카테고리 이름을 괄호로 감싼다.
@implementation Fraction (MathOps)

  // ...

@end

카테고리 MathOps 에서 사칙연산 메소드를 구현해보겠다.

// Fraction+MathOps.m

#import "Fraction+MathOps.h"

@implementation Fraction (MathOps)

- (Fraction *)add:(Fraction *)f {
    Fraction *result = [[Fraction init] alloc];

    result.numerator = (self.numerator * f.denominator) + (self.denominator * f.numerator) ;
    result.denominator = self.denominator * f.denominator;
    [result reduce];

    return result;
}

- (Fraction *)mul:(Fraction *)f {
    Fraction *result = [[Fraction init] alloc];

    result.numerator = self.numerator * f.numerator;
    result.denominator = self.denominator * f.denominator;
    [result reduce];

    return result;
}

- (Fraction *)sub:(Fraction *)f {
    Fraction *result = [[Fraction init] alloc];

    result.numerator = (self.numerator * f.denominator) - (self.denominator * f.numerator) ;
    result.denominator = self.denominator * f.denominator;
    [result reduce];

    return result;
}

- (Fraction *)div:(Fraction *)f {
    Fraction *result = [[Fraction init] alloc];

    result.numerator = self.numerator * f.denominator;
    result.denominator = self.denominator * f.numerator;
    [result reduce];

    return result;
}

@end

main 에서 사용해보겠습니다.

#import "Fraction.h"
// ✅ 카테고리도 import.
#import "Fraction+MathOps.h"

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        Fraction *a = [[Fraction alloc] init];
        Fraction *b = [[Fraction alloc] init];
        Fraction *result;

        [a setTo:1 over:3];
        [b setTo:2 over:5];

        [a print]; NSLog(@"   +"); [b print]; NSLog(@"------");
        result = [a add:b];
        [result print];
        NSLog(@"\n");

        [a print]; NSLog(@"   -"); [b print]; NSLog(@"------");
        result = [a sub:b];
        [result print];
        NSLog(@"\n");

        [a print]; NSLog(@"   *"); [b print]; NSLog(@"------");
        result = [a mul:b];
        [result print];
        NSLog(@"\n");

        [a print]; NSLog(@"   /"); [b print]; NSLog(@"------");
        result = [a div:b];
        [result print];
        NSLog(@"\n");
    }
    return 0;
}

/*
1/3
  +
2/5
------
11/15 

1/3
  -
2/5
------
1/-15

1/3
  *
2/5
------
2/15

1/3
  /
2/5
------
5/6
*/

클래스 확장(Extension)

카테고리를 () 에 아무 이름 없이 사용하면 클래스 확장을 정의하게 된다.

이름 없는 카테고리로 선언된 메소드는 분리된 implementation 이 아니라 메인 implementation 부분에 구현된다.

클래스 확장에서 선언된 메소드는 private 하기 때문에 특정 클래스에서만 사용할 데이터나 메소드를 선언하고 싶다면 클래스 확장이 유용하다.

(메소드가 인터페이스 부분에서 선언되지 않으면 private 하다. 하지만, private 메소드 명을 안다면 호출할 수 있다.

아래의 코드를 살펴보자.

reduce 메소드는 구현 부분에서만 접근할 것으로 추측된다. 그렇기 때문에 이 메소드는 다른 클래스에서 접근하길 원치 않는다. 이때 Fraction.h 헤더 파일에서 선언을 지우고 Fraction.m 구현 파일에서 선언한다.

// Fraction.m

#import "Fraction.h"

// MARK: -  Fraction Class

// ✅ 이름없는 카테고리로 선언된 메소드는 메인 구현 부분에서 선언.
// private 으로 정의.
@interface Fraction ()

- (void)reduce;

@end

// public 메서드로 정의.
@implementation Fraction

// ...

@end

카테고리 주의

카테고리는 클래스에 있는 메소드를 재정의할 수 있는데 이때 메소드를 재정의 후 원래 메소드에 접근할 방법이 없어지기 때문에 즉, 서브클래싱이 아니기 때문에 super 를 호출할 수도 없다. 원래 기능을 모두 추가해줘야 한다.

그래서 메소드를 재정의해야한다면 서브클래스를 만드는 것이 올바른 프로그래밍일 것이다.

또한, 객체에 대한 카테고리 이름은 유일무이해야 한다.

프로토콜과 델리게이션

프로토콜은 클래스 사이에서 공유되는 메소드 목록이다. 프로토콜에 나열된 메소드들은 구현 부분이 없다.

일부는 선택적으로 구현할 수도 있고, 구현을 해야만 하는 경우도 있다. 즉, 선택적인 프로토콜을 정의할 수도 필수적인 프로토콜을 정의할 수도 있다.

프로토콜 이름앞에 @protocol 지시어를 붙이면 된다. 그리고 인터페이스 부분과 동일하게 메소드를 선언하면 된다.

// 예시
@protocol NSCopying
- (id)copyWithZone:(NSZone *)zone;
@end

NSCopying 프로토콜을 채택하려면 copyWithZone: 메소드를 구현해야 합니다.

프로토콜

프로토콜을 채택하기 위해서는 @interface 줄에 프로토콜의 이름을 꺾쇠로 감싸야 한다.

// 부모 클래스가 NSObject 이고, NSCopying 프로토콜을 채택한다.
@interface AddressBook: NSObject <NSCopying>

// 채택할 프로토콜이 두 개 이상인 경우 쉼표로 나열한다.
@interface AddressBook: NSObject <NSCopying, NSCoding>

프로토콜에 정의된 메소드에 대해 시스템이 해당 헤더 파일을 통해 알아낸다. 그렇기 때문에 인터페이스 부분에서 메소드를 선언하지 않고, 구현 부분에서 메소드를 정의해야 한다.

프로토콜을 사용하면 내가 만든 클래스의 서브클래스를 만드는 사람들이 구현하고자 하는 메소드를 정의할 수 있습니다.

다음은 Drawing 프로토콜의 예시 코드입니다. 해당 프로토콜을 채택하는 클래스는 다음의 메소드들을 정의해야만 합니다.

@protocol Drawing
- (void)paint;
- (void)erase;
// ✅ @optional 다음의 메소드들은 선택 사항이다.
// 즉, outline 메소드를 구현하지 않아도 프로토콜을 준수할 수 있다.
@optional
- (void)outline;
// ✅ @required 다음의 메소드들은 필수 사항이다.
@required
- (void)stroke;
@end

프로토콜을 채택하는지 확인해보자

객체가 프로토콜을 따르는지 알아보려면 conformsToProtocol: 메소드를 사용한다.

id currentObject;

// ...

// ✅ @protocol 지시어에 프로토콜 이름을 받아서 conformsToProtocol 메소드가 받을 Protocol 객체를 생성.
if ([currentObject conformsToProtocol:@protocol(Drawing)] == YES) {
  // currentObject 에 paint, erase, outline, stroke 메시지를 보낼 수 있다.
}

@optional 메소드를 구현했는지 respondsToSelector: 메소드를 통해 알 수 있다.

if ([currentObject respondsToSelector:@selector(outline)] == YES) {
    [currentObject outline];
}

변수를 선언할 때, 해당 변수가 프로토콜을 준수하는지 여부를 컴파일러의 도움으로 알 수 있는 방법도 있다.

id <Drawing> currentObject;

// ✅Drawing 프로토콜을 따르지 않는 객체를 할당하게되면 컴파일러는 경고합니다.
// warning: class `...` does not implement the `Drawing` protocol

// ✅ 하나 이상의 프로토콜을 따르는 경우 다음과 같이 나열할 수 있다.
id <Drawing, NSCoding> myDocument;

프로토콜이 다른 프로토콜을 채택하는 경우도 있습니다.

@protocol Drawing3D <Drawing>

Drawing3D 프로토콜이 Drawing 프로토콜을 채택하고 있습니다. 따라서 Drawing3D 프로토콜을 따르는 클래스는 Drawing3D 와 Drawing 프로토콜의 메소드를 모두 구현해야 합니다.

델리게이션

프로토콜을 두 클래스간의 인터페이스라고 생각해도 된다. 프로토콜을 정의하는 클래스는 정의된 처리를 구현하는 클래스에게 권한을 위임하는 것으로 볼 수 있다.

이런 식으로 특정 이벤트의 응답으로 취하는 동작이나 특정 속성을 정의하는 등의 일을 델리게이트 클래스가 처리하면 클래스를 더 일반적으로 정의할 수 있게 된다. iOS 에서는 이런 개념에 많이 의존한다.

예를 들어, UITableView 클래스를 사용할 때 제목, 섹션이 포함하는 행의 수, 각 행에 무엇을 넣어야할지 전혀 모른다. 그래서 UITableViewDataSource 라는 프로토콜을 정의하여 책임을 사용하는 개발자에게 위임한다. UITableViewDelegate 프로토콜 역시 마찬가지이다.

비공식 프로토콜

비공식 프로토콜은 메소드를 나열하지만 구현하지 않는 카테고리다. 추상 프로토콜이라고 부르기도 한다.

비공식 프로토콜은 한 이름 안에 묶인 메소드 목록에 불과하고, 이를 통해 메소드를 문서화하고 모듈화하는데 도움이 된다.

비공식 프로토콜을 선언하는 클래스는 프로토콜의 메소드를 직접 구현하지 않고, 서브클래스가 필요에 따라 구현할 메소드들을선택하여 인터페이스 부분에서 다시 선언하고 구현한다. 공식 프로토콜과 달리 컴파일러는 아무런 조언도 하지 않는다.

사용하는 예시를 살펴보자.

#import <Foundation/Foundation.h>

// ✅ 비공식 프로토콜 선언(구현하지 않는 카테고리)
@interface NSObject (MyInformalProtocol)
- (void)processInformal;
@end

// ✅ NSObject 를 상속받았기 때문에 비공식 프로토콜 구현이 가능.
@interface Delegation : NSObject
- (void)processInformal;
@end

@implementation Delegation
- (void)processInformal {
    printf("delegation\n");
}
@end
//비공식 프로토콜 구현 끝.

@interface Processor : NSObject
// delegate 역할 객체 포인터
@property id delegate;
- (void)process;
@end

@implementation Processor
@synthesize delegate;
- (void)process {
  NSLog(@"process \n");

    // ✅ 델리게이트 객체가 설정되어 있고, 비공식 프로토콜에 응답 가능할 때 ,
    // delegate 업무 위임하여 수행
    if ([delegate respondsToSelector:@selector(processInformal)]) {
        [delegate processInformal];
    }
}
@end

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {

    // ✅ delegate의 초기값은 nil 로 processInfomal 메소드가 수행되지 않는다.
        id p = [[Processor alloc] init];
        [p process];

    // ✅ delegate 설정 후 process 수행.
        id d = [[Delegation alloc] init];
        [p setDelegate:d];
        [p process];
    }
    return 0;
}

/*
process
process
delegation
*/

출처:

objective c 프로토콜 3 - 비공식 프로토콜

공식 / 비공식 프로토콜

• 공식 : 객체는 반드시 프로토콜이 요구하는 필수 메시지들을 모두 받아들여야 한다. 런타임뿐만 아니라 컴파일 시에도 이 규칙을 따라야 한다.
• 비공식 : 객체는 프로토콜의 모든 메소드를 받아들이지 않아도 된다. 비공식 프로토콜의 적합성은 런타임 시에 강제 할 수 있지만(respondsToSelector: 를 사용하여) 컴파일할 때는 강제할 수 없다.

(위에서 배운 @optional 지시어는 비공식 프로토콜을 대체하고자 Objective-C 2.0 에 추가되었다.)

복합 객체

지금까지 서브클래스, 카테고리, 프로토콜 등으로 클래스 정의를 확장하는 방법들을 배웠다. 또 다른 기법으로 다른 클래스에서 객체를 하나 이상 받아 와서 클래스를 정의하는 것이 있다. 이 새 클래스의 객체는 다른 객체들로 구성되어 있어 복합 객체라고 부른다.

예를 들어 정사각형에 대해 정의한 Square 와 그 부모 클래스 Rectangle 클래스가 있다고 해보자. 서브클래스로 정의되면 부모 클래스에서 메소드와 인스턴스 변수를 모두 상속받는다. 어떤 경우에는 이렇게 상속받는 것을 원치 않을 수도 있다.

Rectangle 의 setWidth:andHeight: 메소드가 상속된다고 해보자. 모든 변이 동일한 정사각형에는 적합하지 않다.(그렇다고 동작하지 않는다는 것은 아니다.)

또한, 서브클래스는 부모 클래스에 의존한다. 부모 클래스를 수정하면 의도치않게 서브클래스 메소드의 동작을 망칠 수도 있다.

그래서 복합객체는 확장하고 싶은 클래스의 객체 하나를 인스턴스 변수로 포함하는 새 클래스를 정의하는 것이다.

복합객체 Square 를 정의해보자.

// Square.h

#import <Foundation/Foundation.h>

@interface Square : NSObject {
    Rectangle *rect;
}
- (void)setSide:(int)s;
- (int)side;
- (int)area;
- (int)perimeter;
@end

이때 변수 rect 에 대해서 메모리 할당을 책임져야 한다.

Square *mySquare = [[Square alloc] init];

위의 코드는 새 Square 객체를 생성하지만 그 안에 담긴 인스턴스 변수 rect 에 저장될 Rectangle 객체는 생성하지 않는다.

이를 위해 init 을 재정의하거나 initWithSides: 와 같은 메소드를 추가하여 메모리를 할당한다.

// Square.h

#import "Rectangle.h"

@interface Square : NSObject {
    Rectangle *rect;
}
- (Square *)initWithSide:(int)s;
- (Square *)init;
- (void)setSide:(int)s;
- (int)side;
- (int)area;
- (int)perimeter;
@end

// Square.m

#import "Square.h"

@implementation Square

// Square 를 인스턴스화하면 변수 rect 의 메모리 할당을 책임지지 않기 때문에 이니셜라이저를 재정의.
- (Square *)initWithSide:(int)s {
    self = [super init];

    if (rect)
        [self setSide:s];

    return self;
}
- (Square *)init {
    return [self initWithSide:-1];
}
// side 에 대한 게터, 세터 메소드.
- (void)setSide:(int)s {
    [rect setWidth:s andHeight:s];
}
- (int)side {
    // .연산자는 프로퍼티에 사용하도록 만들어졌고, 작업은 디괄호를 사용한 메세지 표현식을 쓰는 것이 바람직하다.
    return rect.width;
}
- (int)area {
    return [rect area];
}
- (int)perimeter {
    return [rect perimeter];
}

@end

GitHub

https://github.com/hyun99999/Objective-C-Practice

참고

Objective-C) Category와 Extension