루비 객체와 클래스

'루비를 깨우치다' 책의 5장을읽고 정리했습니다.

객체와 클래스

모든 루비 객체는 클래스 포인터와 인스턴스 변수 배열의 조합이다.

모든 루비 프로그램은 일련의 객체들과 이들 객체 간에 전달되는 메시지로 구성된다.
그렇다면 루비 객체란 무엇인가? 하나의 객체는 어떤 정보를 가지는가? 현미경을 통해서 하나의 루비 객체를 들여다 본다면 무엇을 알게 될까? 루비 클래스는 또 무엇인가? 등의 물음을 여기서 해결해보자

루비 객체의 내부 구조

루비는 작성한 객체를 RObject라는 C 구조체에 저장한다.
그림의 상단에는 Robject 구조체에 대한 포인터가 위치한다. 내부적으로 루비는 항상 VALUE 포인터로 값을 참조한다.
RObject 는 RBasic 구조체 와 객체 전용 정보를 포함하고 있다.
RBasic은 다양한 내부 값을 저장하는 flags 라는 불리언 값들과 klass 라는 하나의 클래스 포인터를 포함한다.
- 클래스 포인터(klass)느 객체가 어떤 클래스의 인스턴스인지 알려준다.
루비는 각각의 객체가 포함하는 인스턴스 변수들의 배열을 RObject에 저장한다.
- numiv는 객체가 포함하는 인스턴스 변수의 개수
- ivptr을 인스턴스 배열을 가리키는 포인터다.
여기서 1차적으로 루비의 객체 구조를 기술적인 용어로 정의해보자.

모든 루비 객체는 하나의 클래스 포인터와 인스턴스 변수의 배열을 조합한 것이다.

하지만 ... 이런 정의는 그리 유용하지 않다. 객체 뒤에 숨어있는 의미나 목적을 이해하거나 사용하는데 도움이 되지 못하기 때문이다.

klass와 ivptr 살펴보기

간단한 루비 프로그램을 만들어서 살펴보자

# 목록 5-1 : 간단한 루비 클래스
class Mathematician
  attr_accessor :first_name
  attr_accessor :last_name
end

위의 클래스를 가지고 irb에서 테스트를 해보자

# 목록 5-2
eular = Mathematician.new
eular
# 결과
# <Mathematician:0x00007fac99a40dd8>

eular은 Mathematician의 객체다. 이 객체 상태를 출력한 결과 #<Mathematician:0x00007fac99a40dd8> 가 나왔다. 이 구문은 우리에게 두 가지를 알려준다.
1. Mathematician은 클래스 포인터(klass)다
2. 0x00007fac99a40dd8 은 해당 객체애 대한 VALUE 포인터다.

# 목록 5-3
eular.first_name = 'Leonhard'
# <Mathematician:0x00007fac99a40dd8 @first_name="Leonhard">
eular.last_name = 'Eular'
# <Mathematician:0x00007fac99a40dd8 @first_name="Leonhard", @last_name="Eular">

루비는 목록 5-3처럼 특정 객체에 저장하는 값들을 유지하기 위해서 인스턴스 배열을 사용한다.

한 클래스의 두 인스턴스에 대한 시각화

아래의 코드를 실행할 때 루비는 하나의 RClass 구체와 두 개의 RObject구조체를 만들게 된다.

  class Mathematician
    attr_accessor :first_name
    attr_accessor :second_name
  end
	# RClass: Mathematician
  
  
  eular = Mathematician.new
  eular.first_name = 'Leonhard'
  eular.last_name = 'Eular'
  # RObject: eular
  
  euclid = Mathematician.new
  euclid.first_name = 'Euclid'
  # RObject: euclid

각각의 klass 값은 동일한 Mathematician RClass 구제초를 가리키게 되며 각각의 RObject 구조체는 각기 다른 인스턴스 변수의 배열을 가리킨다.

일반객체

위의 Mathematician 클래스와 같이 직접 작성하는 클래스는 RObject 구조체에 저장된다.
하지만 루비의 일반 데이터형은 어떻게 되는걸까? (루비의 일반 데이터형 또한 클래스의 객체다!)
그렇다면 일반데이터도 RObject 에 저장 되는걸까?
- 아니다! 루비는 일반 데이터형을 저장하기 위해 RObject 가 아닌 다른 구조체를사용한다.
- `RObject는 개발자가 직접 작성한 클래스 인스턴스와 루비가 내부적으로 만드는 몇 가지 객체 클래스를 저장할 때에만 사용된다!!
예를 들어 String의 경우는 RString, 정규표현식은 RRegexp 구조체를 사용한다.

간단한 루비 값은 구조체가 필요없다

퍼포먼스를 생각하면 위와 같은 RObject 구조체를 모든 객체가 갖는다는건 말이 안된다. 예를 들어 간단한 숫자 1을 생각해보자. 1 또한 루비에서는 객체(메서드를 갖음)가 된다.
당연하게도 루비에서는 최적화 방안으로 작은 정수, 심볼, 그리고 몇가지 간단한 값의 경우에는 어떠한 구조체의 도움도 받지 않는다.

일반 객체들은 인스턴스 변수를 가지는가?

루비 객체의 정의를 다시 생각해보자
모든 루비 객체는 클래스 포인터와 인스턴스 변수 배열의 조합이다.
일반 객체에 대한 인스턴스 배열? 그렇다면 정수, 문자열, 그 외 일반적인 데이터 값들은 인스턴스 배열을 갖는건가?
- 뭔가.. 상식적으로 아닐거 같다.
- 하지만 정수와 문자열 등이 객체라면 인스턴스 변수를 가져야 한다. 하지만 우리는 이런 일반 객체들은 RObject 구조체를 갖지 않는다고 했잖아?
짜잔.. instance_varialbes 와 instance_variable_set 메서드를 이용해서 인스턴스를 일반 객체에 추가할 수 있다. 즉 일반 객체도 인스턴스 배열을 갖는다.

일반 객체는 인스턴스 변수를 어디에 저장할까?

내부적으로 루비는 약간의 꼼수를 이용해서 RObject를 사용하지 않는 객체들이 인스턴스 변수를 저장하게 한다.
일반 객체에 인스턴스 배열을 저장할 때 루비는 generic_iv_tbl 라는 특별한 해시에 저장한다.

RClass 구조체의 내부에는 무엇이 존재할까?

모든 객체는 RClass 구조체애 대한 포인터를 저장하여 자신의 클래스를 기억한다.
```
class Mathematician
  attr_accessor :first_name
  attr_accessor :last_name
end
```
- attr_accessor은 속성에 대한 get/set 메서드를 정의하는 단축형 메서드
위의 클래스는 단순히 메서드만을 정의한 클래스다. 이를 토대로 클래스에 대한 첫 번째 정의를 내려보자.

루비 클래스는 메서드 정의들을 모아 놓은 것이다.

여기서 속성을 추가하면

이제 루비 클래스의 정의를 다시 내려보자

루비 클래스는 메서드 정의를 모아 놓은 것이며 속성명을 테이블로 작성해 놓은 것이다.

루비의 모든 것은 객체다. 즉, 루비 클래스 또한 어떤 것의 객체다!!!!
- 확인 결과 Mathematician는 Class 클래스의 인스턴스라는걸 알수있다.
루비의 모든 클래스는 Class 클래스의 인스턴스다!
- 그러므로 클래스 역시 객체다.
이제 루비 클래스 정의를 다시 업데이트 하면

루비 클래스는 메서드 정의들과 속성명을 포함하는 루비 객체다.

루비 클래스도 객체이기 때문에, RClass 구조체는 모든 루비 객체가 포함하는 것으로 알고 있는 값들(위에서 학습했던), 클래스 포인터와 인스턴스 변수 배열을 포함해야만 한다.
- 이번 그림에서는 클래스 포인터와 인스턴스 변수들을 추가했다.
- 클래스 수준의 인스턴스 변수와 객체 수준의 인스턴스 변수들에 대한 속성명 테이블과 혼돈하지 말자.

상속

루비는 클래스를 생성할 때 하나의 상위 클래스를 선택적으로 지정할 수 있게 해줌으로써 단일 상속을 구현한다
상위 클래스를 지정하지 않으면, 루비는 Object클래스를 상위 클래스로 자동 할당한다.
만약 Mathematician 이 Person 클래스를 상속 받는다고 해보자.
- Math~ 클래스는 자신의 상위 클래스인 Person으로의 참조를 포함하기 때문에 상위 클래스에서 정의된 모든 메서드나 속성들을 찾을 수 있게 된다. 루비가 klass 와 비슷한 또 다른 포인터를 이용해아 상위 클래스를 추적한다고 가정하고 클래스 정의를 수정해보자

루비 클래스는 메서드 정의, 속성 이름, 그리고 상위 클래스 포인터를 포함하는 루비 객체다.

클래스 인스턴스 변수와 클래스 변수

클래스 인스턴스 변수를 생성하기 위해서는 @ 심볼을 이용한다. 그리고 객체가 아닌 클래스에서 정의해야한다.
대조적으로 클래스 변수를 생성할 때는 @@ 심볼을 이용한다.
그렇다면 이 둘 사이에는 어떠한 차이가 있는가?
- 클래스 변수를 생성하면 루비는 해당 클래스와 그 하위클래스에서 사용할 수 있는 단 하나의 값을 생성한다.
- 클래스 인스턴스 변수를 사용할 때는 각 클래스나 하위 클래스에 대해 별도의 값을 생성한다.
내부적으로 루비는 클래스 변수와 클래스 인스턴스 변수를 RClass 구조체 내부에 있는 동일한 테이블에 저장한다.

클래스 변수를 가져오고 설정하기

루비가 클래스 변수와 클래스 인스턴스 변수를 동일한 테이블에 저장한다는 것은 사실이다.
- 그러나, 이 두가지 형태의 변수를 가져오거나 설정하는 방법은 매우 다르다.
클래스 인스턴스 변수를 가져오는 방법은 너무 간단하다.
- 클래스 인스턴스 변수를 가져오거나 설정할 때 루비는 대상 클래스에 해당하는 RClass 구조체에서 해당 변수를 조회한다.
클래스 변수는 조금 복잡하다.
- 먼저 현재 대상 클래스에서 요청한 클래스 변수를 찾는다. 만약 없으면 상위 클래스를 뒤지고.. 없으면 또 상위 클래스로 가서 더 이상 상위클래스가 없을 때 까지 찾아간다.

상수

루비의 클래스에는 상수 또한 존재한다.
- 웃긴건.. 말이 상수지 수정이 가능하다;;ㅋㅋ 다만 경고가 뜸
즉 Rclass에 상수 테이블을 추가해야한다. 다시 한번 정의를 내려보자.

루비 클래스는 메서드 정의, 속성명, 상위 클래스 포인터, 그리고 상수 테이블을 포함하는 루비 객체다.

RClass 구조체의 실제

지금까지 RClass에 어떤 정보들이 포함되어야 하는지를 알기 위해 개념적인 모델을 그리고, 완성했다. 이제는 루비가 클래스틑 나타내기 위해 사용하는 실제 구조체를 알아보자.
루비는 RClass와 rb_classext_struct 라는 두 개의 개별 구조체를 이용해서 클래스를 표현한다.
- 이 두 구조체는 RClass가 반드시 해당 rb_classext_struct를 가리키는 포인터를 포함해야 하기 때문에, 하나의 큰 구조체로 동작한다고 할 수 있다.

정리

루비 객체

루비가 내부적으로 객체와 크래스를 어떻게 나타내는지 알게 되었다.
루비는 RObject 구조체를 이용해서 직접 구현한 클래스나 루비 자체에서 미리 정의해놓은 몇 가지 클래스의 인스턴스를 나타낸다. RObject 구조체는 매우 간단하며, 클래스와 인스턴스 변수 값 테이블에 대한 포인터를 변수 개수와 함께포함한다. 이 구조체의 단순함은 루비 객체를 매우 간결하게 정의해준다.
루비 객체의 정의는 아래와 같다.