[정보처리기사 요약 4-2] 객체지향(OOP) 분석부터 모듈 설계, 결합도·응집도

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# 문제 풀이 중 오답노트 하면서 나온 내용을 정리한 것

 

객체 지향(Object-oriented): 소프트웨어의 각 요소들을 객체로 만든 후 객체들을 조립해서 소프트웨어를 개발하는 기법이다. 구조적 기법의 문제점으로 인한 소프트웨어 위기의 해결책으로 채택되어 사용되고 있다. 소프트웨어의 재사용 및 확장이 용이하고 고품질의 소프트웨어를 빠르게 개발할 수 있고 유지보수가 쉽다.

• 캡슐화(Encapsulation): 외부에서 접근을 제한하기 위해 인터페이스를 제외한 세부 내용을 은닉하는 것이다. 캡슐화된 객체는 외부 모듈의 변경으로 인한 파급 효과가 적고 인터페이스가 단순해지고 객체 간의 결합도가 낮아진다.  # 속성과 관련된 연산을 클래스 안에 묶어서 하나로 취급하는 것
• 상속(Inheritance): 상위 클래스의 모든 속성과 연산을 하위 클래스가 물려받는 것이다. 하위 클래스는 물려받은 속성과 연산을 다시 정의하지 않아도 즉시 자신의 속성으로 사용할 수 있고 새로운 속성과 연산을 첨가하여 사용할 수도 있다.
• 다형성(Polymorphism): 하나의 메시지에 대해 각각의 객체가 가지고 있는 고유한 방법으로 응답할 수 있는 능력이다. 객체들은 동일한 메서드명을 사용하며 같은 의미의 응답을 한다.
  • 메소드 오버라이딩(Overriding): 상위 클래스에서 정읳나 일반 메소드의 구현을 하위 클래스에서 무시하고 재정의
  • 메소드 오버로딩(Overloading): 메소드명은 같지만 매개 변수의 개수나 타입을 다르게 함으로써 구현 및 구분
• 추상화(Abstraction): 복잡한 시스템으로부터 핵심적인 개념이나 기능을 간추려내는 것이다. 불필요한 세부 사항은 숨기고 중요한 특징만 모델화하여 복잡도를 낮추는 역할을 한다.
• 연관성(Relationship): 두 개 이상의 객체들이 상호 참조하는 관계를 의미한다.

종류	의미	특징
is member of	연관화(Association)	2개 이상의 객체가 상호 관련되어 있음을 의미함
is instance of	분류화(Classfication)	동일한 형의 특성을 갖는 객체들을 모아 구성하는 것
is part of	집단화(Aggregation)	관련 있는 객체들을 묶어 하나의 상위 객체를 구성하는 것  # 부분-전체(Part-Whole) 관계 또는 부분(is-a-part-of)의 관계로 설명되는 연관성
is a	일반화(Generalization)	공통적인 성질들로 추상화한 상위 객체를 구성하는 것
	특수화/상세화(Specialization)	상위 객체를 구체화하여 하위 객체를 구성하는 것

 

 

 

객체지향 분석(OOA): 사용자의 요구사항과 관련된 객체·속성·연산·관계 등을 정의하여 모델링하는 작업이다. 클래스를 식별하는 것이 객체지향 분석의 주요 목적이다. 소프트웨어를 개발하기 위한 비즈니스(업무)를 객체와 속성, 클래스와 멤버, 전체와 부분 등으로 나누어서 분석해 내는 기법이다.

종류	내용
Rumbaugh(럼바우) 방법	분석 활동을 객체 모델, 동적 모델, 기능 모델로 나누어 수행함
Booch(부치) 방법	· 미시적(Micro) 개발 프로세스와 거시적(Macro) 개발 프로세스를 모두 사용함 · 클래스와 객체들을 분석 및 식별하고 클래스의 속성과 연산을 정의함
Jacobson 방법	유스케이스(Use Case)를 강조하여 사용함
Coad와 Yourdon 방법	· E-R 다이어그램을 사용하여 객체의 행위를 모델링함 · 객체 식별, 구조 식별, 주제 정의, 속성과 인스턴스 연결 정의, 연산과 메시지 연결 정의 등의 과정으로 구성
Wirfs-Brock 방법	분석과 설계 간의 구분이 없고 고객 명세서를 평가해서 설계 작업까지 연속적으로 수행함

 

 

럼바우(Rumbaugh)의 분석 기법: 모든 소프트웨어 구성 요소를 그래픽 표기법을 이용하여 모델링하는 기법이다. 객체 모델링 기법(OMT)라고도 한다. 분석 활동은 '객체 모델링 → 동적 모델링 → 기능 모델링' 순으로 이루어진다.

• 객체 모델링(Object Modeling): 정보 모델링(Information Modeling)이라고도 하며 시스템에서 요구되는 객체를 찾아내어 속성과 연산 식별 및 객체들 간의 관계를 규정하여 객체 다이어그램으로 표시하는 것 # E-R 다이어그램
• 동적 모델링(Dynamic Modeling): 상태 다이어그램을 이용하여 시간의 흐름에 따른 객체들 간의 제어 흐름, 상호 작용, 동작 순서 등의 동적인 행위를 표현하는 모델링 # 상태변화도(STD), 사건추적도
• 기능 모델링(Functional Modeling): 자료 흐름도(DFD)를 이용하여 다수의 프로세스들 간의 자료 흐름을 중심으로 처리 과정을 표현한 모델링

 

객체지향 설계 원칙(SOLID 원칙): 변경이나 확장에 유연한 시스템을 설계하기 위해 지켜져야 할 원칙이다.

종류	내용
단일 책임 원칙(SRP)	객체는 단 하나의 책임만 가져야 한다는 원칙
개방-폐쇄 원칙(OCP)	기존의 코드를 변경하지 않고 기능을 추가할 수 있도록 설계해야 한다는 원칙
리스코프 치환 원칙(LSP)	자식 클래스는 최소한 부모 클래스의 기능은 수행할 수 있어야 한다는 원칙
인터페이스 분리 원칙(ISP)	자신이 사용하지 않는 인터페이스와 의존 관계를 맺거나 영향을 받지 않아야 한다는 원칙
의존 역전 원칙(DIP)	의존 관계 성립 시 추상성이 높은 클래스와 의존 관계를 맺어야 한다는 원칙

 

 

모듈(Module): 모듈화를 통해 분리된 시스템의 각 기능(Unit)으로 서브루틴 ·서브시스템 ·소프트웨어 내의 프로그램·작업 단위 등을 의미한다. 모듈의 독립성은 결합도(Coupling)와 응집도(Cohesion)에 의해 측정된다. 독립적인 컴파일이 가능하며 유일한 이름을 가져야 한다.

• 결합도(Coupling): 모듈 간의 상호 의존하는 정도 또는 두 모듈 사이의 연관 관계이다. 결합도가 약할수록 품질이 높다.

결합도(Coupling)

종류	내용
내용 결합도(Content Coupling)	한 모듈이 다른 모듈의 내부 기능 및 그 내부 자료를 직접 참조하거나 수정할 때의 결합도
공통(공유) 결합도(Common Coupling)	· 공유되는 공통 데이터 영역을 여러 모듈이 사용할 때의 결합도 · 파라미터가 아닌 모듈 밖에 선언된 전역변수를 사용하여 전역변수를 갱신하는 방식으로 상호작용하는 때의 결합도
외부 결합도(External Coupling)	어떤 모듈에서 선언한 데이터(변수)를 외부의 다른 모듈에서 참조할 때의 결합도
제어 결합도(Control Coupling)	· 어떤 모듈이 다른 모듈 내부의 논리적인 흐름을 제어하기 위해 제어 신호나 제어 요소를 전달하는 결합도 · 하위 모듈에서 상위 모듈로 제어 신호가 이동하여 하위 모듈이 상위 모듈에게 처리 명령을 내리는 권리 전도 현상이 발생하게 됨
스탬프(검인) 결합도(Stamp Coupling)	모듈 간의 인터페이스로 배열이나 레코드 등의 자료구조가 전달될 때의 결합도
자료 결합도(Data Coupling)	모듈 간의 인터페이스가 자료 요소로만 구성될 때의 결합도

• 응집도(Cohesion): 모듈 내부 요소들이 서로 관련되어 있는 정도이다. 응집도가 강할수록 품질이 높다. # 한 모듈 내의 각각의 구성요소들이 공통의 목적을 달성하기 위해 서로 얼마나 관련이 있는지의 기능적 연관의 정도

응집도(Cohesion)

종류	내용
기능적 응집도(Functional Cohesion)	모듈 내부의 모든 기능 요소들이 단일 문제와 연관되어 수행될 경우의 응집도
순차적 응집도(Sequential Cohesion)	모듈 내 하나의 활동으로부터 나온 출력 데이터를 그 다음 활동의 입력 데이터로 사용할 경우의 응집도
교환(통신)적 응집도(Communication Cohesion)	동일한 입력과 출력을 사용하여 서로 다른 기능을 수행하는 구성 요소들이 모였을 경우의 응집도
절차적 응집도(Procedural Cohesion)	모듈이 다수의 관련 기능을 가질 때 모듈 안의 구성 요소들이 그 기능을 순차적으로 수행할 경우의 응집도
시간적 응집도(Temporal Cohesion)	특정 시간에 처리되는 몇 개의 기능을 모아 하나의 모듈로 작성할 경우의 응집도
논리적 응집도(Logical Cohesion)	유사한 성격을 갖거나 특정 형태로 분류되는 처리 요소들로 하나의 모듈이 형성되는 경우의 응집도
우연적 응집도(Coincidental Cohesion)	모듈 내부의 각 구성 요소들이 서로 관련 없는 요소로만 구성된 경우의 응집도

 

 

팬인(Fan-In): 해당 모듈을 제어하는 모듈의 수(들어오는 것), 팬인이 높다는 것은 재사용 측면에서 설계가 잘 되어 있다고 볼 수 있으나 단일 장애점(시스템의 구성요소 중 동작하지 않으면 전체 시스템이 종료되는 것)이 발생할 수 있으므로 중점적인 관리 및 테스트가 필요하다.

팬아웃(Fan-Out): 해당 모듈에 의해 제어되는 모듈의 수(나가는 것)

Fan-In과 Fan-Out

 

 

N-S 차트(Nassi-Schneiderman Chart): 논리 기술에 중점을 두고 도형을 이용해 표현하는 방법이다. 박스 다이어그램·Chapin Chart라고도 한다. GOTO나 화살표를 사용하지 않고 연속·선택 및 다중 선택·반복의 3가지 제어 논리 구조로 표현한다. 조건이 복합되어 있는 곳의 처리를 시각적으로 명확히 식별하는데 적합하다. 이해하기 쉽고 코드 변환이 용이하다.

N-S 차트

 

단위 모듈(Unit Module): 소프트웨어 구현에 필요한 여러 동작 중 한 가지 동작을 수행하는 기능을 모듈로 구현한 것이다. 단위 모듈로 구현되는 하나의 기능을 단위 기능이라고 부르며 독립적인 컴파일이 가능하다. 다른 모듈에 호출되거나 삽입되기도 한다.

• 단위 모듈의 구현 과정: 단위 기능 명세서 작성 → 입·출력 기능 구현 → 알고리즘 구현

 

공통 모듈: 여러 프로그램에서 공통으로 사용할 수 있는 모듈이다. 자주 사용되는 계산식이나 매번 필요한 사용자 인증과 같은 기능들이 공통 모듈로 구성될 수 있고 공통 모듈은 구현할 때는 해당 기능을 명확히 이해할 수 있도록 명세 기법을 준수해야 한다.

명세 기법	내용
정확성(Correctness)	시스템 구현시 해당 기능이 필요하다는 것을 알 수 있도록 정확히 작성함
명확성(Clarity)	해당 기능을 이해할 때 중의적으로 해석되지 않도록 명확하게 작성함
완전성(Completeness)	시스템 구현을 위해 필요한 모든 것을 기술함
일관성(Consistency)	공통 기능들 간 상호 충돌이 발생하지 않도록 작성함
추적성(Traceability)	기능에 대한 요구사항의 출처, 관련 시스템 등의 관계를 파악할 수 있도록 작성함

 

 

IPC(Inter-Process Communication): 모듈 간 통신 방식을 구현하기 위해 사용되는 대표적인 프로그래밍 인터페이스 집합이다. 복수의 프로세스를 수행하며 이뤄지는 프로세스 간 통신까지 구현이 가능하다.

메소드	특징
Shared Memory	공유 가능한 메모리를 구성하여 다수의 프로세스가 통신하는 방식
Socket	· 네트워크 소켓을 이용하여 네트워크를 경유하는 프로세스간에 통신하는 방식 · 통신을 위한 프로그램을 생성하여 포트를 할당하고 클라이언트의 통신 요청 시 클라이언트와 연결하는 내·외부 송·수신 연계 기술
Semaphores(세마포어)	· 공유 자원에 대한 접근 제어를 통해 통신하는 방식 · 신호기·깃발을 뜻하며 각 프로세스에 제어 신호를 전달하여 순서대로 작업을 수행하도록 하는 기법 · 다익스트라가 제안했으며 P와 V라는 두 개의 연산을 사용(예: P(S) : ~; S := ~; V(S) : S := ~;)
Pipe&named Pipe	'Pipe'라고 불리는 선입선출 형태로 구성된 메모리를 여러 프로세스가 공유하여 통신하는 방식 Pipe는 하나의 프로세스가 이용중이라면 다른 프로세스는 접근할 수 없음
Message Queueing	메시지가 발생하면 이를 전달하는 방식으로 통신하는 방식

 

 

재사용(Reuse): 이미 개발된 기능들을 새로운 시스템이나 기능 개발에 사용하기 적합하도록 최적화하는 작업이다. 새로 개발하는데 필요한 비용과 시간을 절약할 수 있고, 누구나 이해할 수 있고, 사용이 가능하도록 사용법을 공개해야 한다.

• 함수와 객체: 클래스나 메서드 단위의 소스 코드를 재사용함
• 컴포넌트: 독립적인 업무 또는 기능을 수행하는 실행 코드 기반으로 작성된 모듈, 컴포넌트 자체에 대한 수정 없이 인터페이스를 통해 통신하는 방식으로 재사용함
• 애플리케이션: 공통된 기능들을 제공하는 애플리케이션을 공유하는 방식으로 재사용함

 

효과적인 모듈 설계 방안: 결합도는 줄이고 응집도는 높여서 모듈의 독립성과 재사용성을 높인다. 복잡도와 중복성을 줄이고 일관성을 유지시킨다. 모듈의 기능은 예측이 가능해야 하며 지나치게 제한적이어서는 안 된다. 모듈의 크기는 시스템의 전반적인 기능과 구조를 이해하기 쉬운 크기로 분해한다. 효과적인 제어를 위해 모듈 간의 계층적 관계를 정의하는 자료가 제시되어야 한다.