10. 클래스 - 접근 제한자

클래스(Class)는 실세계의 데이터를 추상화하여 프로그램에서 사용할 수 있는 형태로 정의한 것입니다. 가령 학생을 정의한다면 어떤 것들이 있을까요? 이 학생의 학번이 무엇인지, 학년은 몇 학년인지, 반은 몇 반인지 등의 정보가 있을 것입니다. 이러한 정보를 추상화하여 프로그램에서 사용할 수 있는 형태로 정의한 것이 클래스입니다.

이를 클래스로 정의한다면 다음과 같이 정의할 수 있습니다.

class Student
{
    public int StudentNumber; // 학번
    public int Grade; // 학년
    public int Class; // 반
    public string Name; // 이름
    public bool IsGraduated; // 졸업여부
}

위 예제는 Student라는 클래스를 정의한 것입니다. 이 클래스는 학번, 학년, 반, 이름, 졸업여부라는 정보를 가지고 있습니다. 이러한 정보를 멤버변수(Member Variable) 또는 필드(Field)라고 부릅니다. 필드는 클래스 내부에 선언되며, 필드의 타입은 int, string, bool 등의 기본 타입 뿐만 아니라 클래스 자체도 사용할 수 있습니다.

필드에는 기본값을 지정할 수도 있습니다.

class Student
{
    public int StudentNumber = 0; // 학번
    public int Grade = 0; // 학년
    public int Class = 0; // 반
    public string Name = ""; // 이름
    public bool IsGraduated = false; // 졸업여부
}

메소드도 정의할 수 있습니다. 아래 예제는 학생이 3학년인지 확인하고, 졸업 여부를 설정하는 메소드입니다.

class Student
{
    public int StudentNumber; // 학번
    public int Grade; // 학년
    public int Class; // 반
    public string Name; // 이름
    public bool IsGraduated; // 졸업여부

    public void SetIsGraduated()
    {
        if (Grade == 3)
        {
            IsGraduated = true;
        }
        else
        {
            IsGraduated = false;
        }
    }
}

각 클래스의 구성요소를 멤버(Member)라고 부릅니다. 클래스의 멤버는 기본적으로 필드(Field)와 메소드(Method)로 구성됩니다.

그 외에도 C# 에선 속성(Property), 이벤트(Event), 연산자(Operator), 인덱서(Indexer) 등의 멤버를 가질 수 있습니다. 이러한 개념은 이번 시리즈에서 설명하고자 하는 OOP의 개념과는 조금 거리가 있으므로, 이번 시리즈에서는 필드와 메소드에 대해서만 설명하도록 하겠습니다.

접근제한자에 대한 이해

현재 구성하고 있는 멤버(Member)는 모두 public으로 선언되어 있습니다. public은 접근제한자 중 1가지로 클래스의 멤버에 접근할 수 있는 범위를 지정합니다. public으로 선언된 멤버는 클래스 외부에서도 접근할 수 있습니다.

C#에서 사용할 수 있는 접근제한자는 다음과 같습니다.

• public : 클래스 외부에서도 접근할 수 있습니다.
• private : 클래스 내부에서만 접근할 수 있습니다.
• protected : 클래스 내부 또는 파생 클래스에서 접근할 수 있습니다.
• internal : 같은 어셈블리 내에서만 접근할 수 있습니다.

private과 public의 차이점

단순 설명만으론 잘 이해가 되지 않으실 것 입니다. 아래 예제를 통해 접근제한자에 대해 이해해보도록 하겠습니다. 지금까지 진행했던 시리즈의 예제들보다 비교적 복잡하므로 별도 프로젝트를 생성하여 설명하도록 하겠습니다.

생성 예제는 Visual Studio 2022 를 기준으로 작성되었습니다.

먼저, IntroClass 솔루션과 프로젝트를 생성합니다.

IntroClass 프로젝트에 Student 클래스를 생성합니다. 생성방법은 Visual Studio에서 IntroClass 프로젝트를 우클릭하고 Add > New Items을 선택합니다.

버전에 따라 Add New Item 팝업이 아닌 Template 선택 팝업이 나타날 수 있습니다. 해당 화면이 표기될 경우 Class 선택 후 이름 입력과 함께 Add 버튼을 클릭하면 됩니다.

생성이 완료되면 Student.cs 파일이 생성됩니다.

namespace IntroClass
{
    internal class Student
    {
    }
}

namespace 부분 안에 있는 Student 클래스를 아래와 같이 수정합니다.

namespace IntroClass
{
    internal class Student
    {
        public int StudentNumber;
        public int Grade;
        public int Class;
        public string Name;
        public bool IsGraduated;

        public void SetIsGraduated()
        {
            if (Grade == 3)
            {
                IsGraduated = true;
            }
            else
            {
                IsGraduated = false;
            }
        }
    }
}

이번엔 Program.cs 를 수정 후 실행해보도록 하겠습니다.

// See https://aka.ms/new-console-template for more information

using IntroClass;

Student student = new Student()
{
    StudentNumber = 2021030101,
    Grade = 3,
    Class = 1,
    Name = "홍길동",
    IsGraduated = false
};

Console.WriteLine($"{student.Name}은 {student.Grade}학년 입니다");

student.SetIsGraduated();

Console.WriteLine($"{student.Name}은 {(student.IsGraduated? "졸업" : "미졸업")}학년 입니다");

IsGraduated 값이 true여부에 따라 졸업 여부를 출력하는 것을 확인할 수 있습니다. 그런데 IsGraduated 필드는 public으로 선언되어 있어 student.SetIsGraduated(); 함수 직후 직접 접근하여 값을 변경할 수 있습니다.

// See https://aka.ms/new-console-template for more information

using IntroClass;

Student student = new Student()
{
    StudentNumber = 2021030101,
    Grade = 3,
    Class = 1,
    Name = "홍길동",
    IsGraduated = false
};

Console.WriteLine($"{student.Name}은 {student.Grade}학년 입니다");

student.SetIsGraduated();
student.IsGraduated = false; // 직접 접근하여 값을 변경

Console.WriteLine($"{student.Name}은 {(student.IsGraduated? "졸업" : "미졸업")}학년 입니다");

이렇게 되면 SetIsGraduated 함수를 통해 판별했던 졸업학년 여부 설정이 무의미해지며, 결과적으로 잘못된 값을 출력하게 됩니다. 현재 소스코드야 간단한 에제이기 때문에 단순히 IsGraduated 값을 설정하는 부분만 수정하면 되는거 아닌가 생각할 수 있지만, 실무 프로젝트에서는 본인 외 개발자들이 작성한 클래스를 사용하거나, 본인이 작성한 클래스를 다른 개발자들이 사용할 수 있습니다. 이런 경우 문제점을 찾아내는데 까지 오랜 시간이 소요되고, 그 동안 잘못된 데이터로 인해 서비스가 중단되거나, 올바르지 않은 결과로 금전적 손실을 입을 수 있습니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 IsGraduated 필드의 접근을 제한해야 합니다. 아래와 같이 IsGraduated 필드의 접근을 private으로 변경하고, GetIsGraduated 함수를 추가해보겠습니다.

namespace IntroClass
{
    internal class Student
    {
        public int StudentNumber;
        public int Grade;
        public int Class;
        public string Name;
        private bool IsGraduated;

        public void SetIsGraduated()
        {
            if (Grade == 3)
            {
                IsGraduated = true;
            }
            else
            {
                IsGraduated = false;
            }
        }

        public bool GetIsGraduated()
        {
            return IsGraduated;
        }
    }
}

Process.cs 파일을 수정하여 GetIsGraduated 함수를 사용하도록 변경합니다.

// See https://aka.ms/new-console-template for more information

using IntroClass;

Student student = new Student()
{
    StudentNumber = 2021030101,
    Grade = 3,
    Class = 1,
    Name = "홍길동",
    // IsGraduated = false // 더 이상 직접 접근할 수 없음
};

Console.WriteLine($"{student.Name}은 {student.Grade}학년 입니다");

student.SetIsGraduated();
// student.IsGraduated = false; // 더 이상 직접 접근할 수 없음

Console.WriteLine($"{student.Name}은 {(student.SetIsGraduated()? "졸업" : "미졸업")}학년 입니다");

더 이상 IsGraduated 필드에 직접 접근할 수 없기 때문에 SetIsGraduated 데이터가 오염되는 일이 발생하지 않게 됩니다. 이 처럼 접근제한자는 개발자가 실수할 여지가 있는 부분을 최대한 막아주는 안전장치의 역할을 합니다.

protected 접근제한자

protected 접근제한자를 이해하려면 먼저 상속(Inheritance)에 대해 이해해야 합니다. 상속은 부모 클래스의 멤버를 자식 클래스에서 사용할 수 있도록 해주는 개념입니다. 예를 들어, 학생 중 문과 학생과 이과 학생이 있다고 가정해봅시다. 두 유형 모두 학생이지만, 내신 평가 방식이나 졸업 요건 등이 다를 수 있습니다.

이 경우 상속없이 클래스를 정의한다면 아래와 같이 모든 유형의 학생에 대해 모든 정보를 정의하거나, 문과 학생과 이과 학생에 대해 각각 클래스를 정의해야 합니다.

class Student
{
    public int StudentNumber;
    public int Grade;
    public int Class;
    public string Name;
    public bool IsGraduated;
    public bool IsLiberalStudent; // 문과 학생 여부
    
    // 이과 학생 평가 반영 점수
    public int MethScore; // 수학 점수
    public int ChemScore; // 화학 점수
    public int PhysScore; // 물리 점수

    // 문과 학생 평가 반영 점수
    public int KorScore; // 국어 점수
    public int EngScore; // 영어 점수
    public int JepanScore; // 일본어 점수

    // 문과 학생 평가 반영 점수합계 구하기
    public int GetLiberalArtsScore()
    {
        return KorScore + EngScore + JepanScore;
    }

    // 이과 학생 평가 반영 점수합계 구하기
    public int GetScienceScore()
    {
        return MethScore + ChemScore + PhysScore;
    }
}

하지만 상속을 사용한다면 아래와 같이 부모 클래스를 정의하고, 자식 클래스에서 부모 클래스를 상속받아 사용할 수 있습니다.

class Student
{
    public int StudentNumber;
    public int Grade;
    public int Class;
    public string Name;
    public bool IsGraduated;
}

// 문과 학생 클래스
class LiberalStudent : Student
{
    public int KorScore; // 국어 점수
    public int EngScore; // 영어 점수
    public int JepanScore; // 일본어 점수

    public int GetTotalScore()
    {
        return KorScore + EngScore + JepanScore;
    }

    public void SetIsGraduated()
    {
        if (Grade == 3 && GetTotalScore() >= 150)
        {
            IsGraduated = true;
        }
        else
        {
            IsGraduated = false;
        }
    }
}

// 이과 학생 클래스
class ScienceStudent : Student
{
    public int MethScore; // 수학 점수
    public int ChemScore; // 화학 점수
    public int PhysScore; // 물리 점수

    public int GetTotalScore()
    {
        return MethScore + ChemScore + PhysScore;
    }

    public void SetIsGraduated()
    {
        if (Grade == 3 && GetTotalScore() >= 150)
        {
            IsGraduated = true;
        }
        else
        {
            IsGraduated = false;
        }
    }
}

이처럼 상속은 중복되는 코드를 줄여주고, 유지보수를 용이하게 해주는 장점이 있습니다.

여기서 IsGraduated 필드는 Student 클래스에서 정의되었지만, LiberalStudent 클래스와 ScienceStudent 클래스에서도 사용할 수 있습니다. 하지만 이전 예제처럼 public으로 선언하면 Program.cs에서 직접 접근할 수 있기 때문에 문제가 발생할 수 있습니다. 그렇다고 private 으로 선언한다면 LiberalStudent 클래스와 ScienceStudent 클래스에서도 접근할 수 없기 때문에 함수 내부에서 IsGraduated 값을 설정할 수 없습니다. 이런 경우 protected 접근제한자를 사용합니다.

class Student
{
    public int StudentNumber;
    public int Grade;
    public int Class;
    public string Name;
    protected bool IsGraduated; // protected로 변경
}

internal 접근제한자

internal 접근제한자는 같은 어셈블리 내에서만 접근할 수 있습니다. 어셈블리란 프로젝트를 빌드하면 생성되는 파일을 의미합니다. 현 프로젝트에서 경로에서 bin\Debug\net8.0 폴더를 확인해보면 IntroClass.dll 파일이 생성되어 있습니다. 이 IntroClass.dll 파일이 바로 어셈블리입니다.

예시를 위해 생성했던 IntroClass 솔루션에 새로운 프로젝트를 추가하겠습니다.

템플릿 선택창에서 Class Library 프로젝트를 선택합니다.

라이브러리명칭은 StudentLibrary로 설정하겠습니다.

프로젝트 생성이 완료되면 StudentLibrary 프로젝트에 Class1 클래스가 생성되어 있습니다. 해당 파일을 지우고 Student 클래스를 생성합니다. 그 후, 기존 IntroClass 프로젝트에 생성했던 Student 클래스를 복사하여 붙여넣습니다.

namespace StudentLibrary
{
    internal class Student
    {
        public int StudentNumber;
        public int Grade;
        public int Class;
        public string Name;
        protected bool IsGraduated;
    }
}

기존 프로젝트에서 Student 클래스를 참조하기위해 StudentLibrary를 프로젝트에 참조를 추가합니다.

Program.cs 파일을 수정하여 StudentLibrary 프로젝트의 Student 클래스를 사용하도록 변경합니다.

// See https://aka.ms/new-console-template for more information

using StudentLibrary; // StudentLibrary 프로젝트의 Student 클래스가 소속된 네임스페이스를 사용한다고 명시

Student student = new Student()
{
    StudentNumber = 2021030101,
    Grade = 3,
    Class = 1,
    Name = "홍길동"
};

Console.WriteLine($"{student.Name}은 {student.Grade}학년 입니다");

student.SetIsGraduated();

Console.WriteLine($"{student.Name}은 {(student.GetIsGraduated()? "졸업" : "미졸업")}학년 입니다");

해당 코드를 실행하려하면 아래와 같은 오류가 발생합니다.

이는 StudentLibrary 프로젝트의 Student 클래스가 internal로 선언되어 있기 때문입니다. internal로 선언된 클래스는 같은 어셈블리 내에서만 접근할 수 있습니다. 이를 해결하기 위해 StudentLibrary 프로젝트의 Student 클래스를 public으로 변경합니다.

namespace StudentLibrary
{
    public class Student // public으로 변경
    {
        public int StudentNumber;
        public int Grade;
        public int Class;
        public string Name;
        protected bool IsGraduated;
    }
}

이제 Program.cs 파일을 실행하면 오류가 사라지며, 프로그램 또한 정상적으로 실행됩니다.

예제에선 internal 외 다른 접근 제한자를 모두 멤버변수에만 적용했지만 클래스에도 적용할 수 있습니다. internal 또한 멤버변수에도 적용 가능합니다.

참조

• C# 프로그래밍 가이드 - 클래스 및 구조체
• C# 프로그래밍 가이드 - 접근 한정자
• C# 프로그래밍 가이드 - 상속