비지터 패턴과 이중 디스패치

다음 기하학적 모양들의 클래스 계층 구조를 살펴보겠습니다. (다음은 실제 코드가 아닌 의사 코드라는 점을 주의하세요).

interface Graphic is
    method draw()

class Shape implements Graphic is
    field id
    method draw()
    // …

class Dot extends Shape is
    field x, y
    method draw()
    // …

class Circle extends Dot is
    field radius
    method draw()
    // …

class Rectangle extends Shape is
    field width, height
    method draw()
    // …

class CompoundGraphic implements Graphic is
    field children: array of Graphic
    method draw()
    // …

코드가 제대로 작동하고 있고 앱이 프로덕션 단계에 있다고 가정합시다. 어느 날 당신은 내보내기 기능을 만들기로 했습니다. 내보내기 코드가 위와 같은 클래스에 배치되면 이질적으로 보일 것입니다. 그래서 당신은 이 계층구조의 모든 클래스에 내보내기 기능을 추가하는 대신 모든 내보내기 로직을 포함한 새로운 클래스를 계층구조의 외부에 만들기로 했습니다. 이 클래스는 각 객체의 공개된 상태를 XML 문자열로 내보내는 메서드들을 가져옵니다.

class Exporter is
    method export(s: Shape) is
        print("Exporting shape")
    method export(d: Dot)
        print("Exporting dot")
    method export(c: Circle)
        print("Exporting circle")
    method export(r: Rectangle)
        print("Exporting rectangle")
    method export(cs: CompoundGraphic)
        print("Exporting compound")

코드가 괜찮아 보이네요. 그래도 한 번 시도해 봅시다.

class App() is
    method export(shape: Shape) is
        Exporter exporter = new Exporter()
        exporter.export(shape);

app.export(new Circle());
// Unfortunatelly, this will output "Exporting shape".

아니 잠깐만, 왜 이러지!

컴파일러처럼 생각하기

참고로 다음 정보는 대부분의 최신 객체 지향 프로그래밍 언어들​(자바, C#, PHP 등)​에 해당합니다.

늦은/동적 바인딩

당신이 컴파일러라고 가정해 봅시다. 당신은 다음 코드를 컴파일하는 방법을 결정해야 합니다.

method drawShape(shape: Shape) is
    shape.draw();

어디 보자... Shape​(모양) 클래스에 draw​(그리기) 메서드가 정의되어 있습니다. 그런데 잠시만요, 이 메서드를 오버라이드하는 자식 클래스들도 4개나 있네요. 이 구현들 중 어떤 구현을 호출할지 안전하게 결정할 수 있을까요? 그럴 것 같지 않네요. 이 문제에 대한 해답을 확실히 알 수 있는 유일한 방법은 프로그램을 시작한 후 메서드에 전달된 객체의 클래스를 확인하는 것입니다. 왜냐하면 우리가 알고 있는 가장 확실한 사실은 이 객체가 draw 메서드의 구현을 반드시 가질 것이라는 사실이기 때문입니다.

따라서 결과 머신 코드는 shape 매개변수에 전달된 객체의 클래스를 확인할 것이며 적절한 클래스에서 draw 구현을 선택할 것입니다.

이러한 동적 유형 검사를 늦은​(또는 동적) 바인딩이라고 합니다.

• 늦은이라고 하는 이유는 컴파일 후 런타임 때 객체와 그의 구현을 연결하기 때문입니다.
• 동적이라고 하는 이유는 각 새로운 객체가 다른 구현에 연결되어야 할 필요가 있을 수 있기 때문입니다.

이른/정적 바인딩

이제 다음 코드를 '컴파일' 합시다.

method exportShape(shape: Shape) is
    Exporter exporter = new Exporter()
    exporter.export(shape);

두 번째 줄에서는 모든 것이 명확합니다. Exporter​(내보내는 자) 클래스에 맞춤형 생성자가 없으므로 우리는 단순히 객체를 인스턴스화합니다. export​(내보내기) 호출은 어떤가요? Exporter에는 같은 이름을 가진 5개의 메서드가 있으며 모두 다른 유형의 매개변수들을 가지고 있습니다. 그러면 어느 메서드를 호출해야 할까요? 아무래도 여기에서도 동적 바인딩이 필요할 것 같습니다.

하지만 또 다른 문제가 있습니다. Exporter 클래스에 적절한 export 메서드가 없는 모양 클래스가 있으면 어떻게 될까요? 예를 들어, 타원 객체 같은 경우 말입니다. 컴파일러는 오버라이딩된 메서드들과 대조를 이루어 적절하게 오버로드된 메서드가 존재한다고 보장할 수 없습니다. 이로 인해 컴파일러가 허용할 수 없는 모호한 상황이 발생합니다.

따라서 컴파일러 개발자들은 이러한 문제들을 예방하기 위해 오버로드된 메서드들에 대해 이른​(또는 정적) 바인딩을 사용합니다.

• 이른이라고 하는 이유는 프로그램이 실행하기 전에 컴파일 때 바인딩이 시행되기 때문입니다.
• 정적이라고 하는 이유는 런타임 때 이것이 변경될 수 없기 때문입니다.

다시 위의 예시를 살펴봅시다. 우리는 들어오는 인수가 Shape 계층 구조의 구성원일 것이라고 확신합니다. Shape 클래스 또는 그 자식 클래스 중 하나의 구성원일 것입니다. 또 Exporter 클래스에는 Shape 클래스를 지원하는 내보내기의 기초 구현이 있다는 사실도 알고 있습니다. (예: export(s: Shape)).

이것이 모호한 상황을 피하며 주어진 코드에 안전하게 연결할 수 있는 유일한 구현입니다. 그러면 우리가 Rectangle 객체를 export­Shape에 전달하더라도 exporter는 여전히 export(s: Shape) 메서드를 호출합니다.

이중 디스패치

이중 디스패치는 오버로딩된 메서드와 함께 동적 바인딩을 사용할 수 있는 요령이며, 수행 방법은 다음과 같습니다.

class Visitor is
    method visit(s: Shape) is
        print("Visited shape")
    method visit(d: Dot)
        print("Visited dot")

interface Graphic is
    method accept(v: Visitor)

class Shape implements Graphic is
    method accept(v: Visitor)
        // Compiler knows for sure that `this` is a `Shape`.
        // Which means that the `visit(s: Shape)` can be safely called.
        v.visit(this)

class Dot extends Shape is
    method accept(v: Visitor)
        // Compiler knows that `this` is a `Dot`.
        // Which means that the `visit(s: Dot)` can be safely called.
        v.visit(this)


Visitor v = new Visitor();
Graphic g = new Dot();

// The `accept` method is overriden, not overloaded. Compiler binds it
// dynamically. Therefore the `accept` will be executed on a class that
// corresponds to an object calling a method (in our case, the `Dot` class).
g.accept(v);

// Output: "Visited dot"

결론

Visitor 패턴은 이중 디스패치 원칙을 기반으로 하지만 그것이 주목적은 아닙니다. 비지터 패턴은 전체 클래스 계층에 이러한 클래스들의 기존 코드를 변경하지 않고 '외부' 작업들을 추가할 수 있도록 합니다.