캡슐화란 무엇인가요?

은행 앱이 각 계좌의 잔액을 평범한 변수에 저장한다고 해 볼게요. 프로그램 어디서든 어떤 줄이 account.balance = -500이라고 쓸 수 있고, 아무것도 이를 막지 못해요. 운영 환경에서 음수 잔액이 나타나면 코드 전체를 뒤져서 잔액을 건드린 곳을 모두 찾아야 해요. 캡슐화가 이 문제를 해결해요. 잔액은 몇 개의 메서드를 통해서만 바뀔 수 있고, 그 메서드들이 출금액이 잔액을 넘을 수 없다는 것 같은 규칙을 강제해요.

캡슐화는 어떻게 동작하나요

캡슐화는 두 가지 개념을 합친 거예요.

1. 묶기. 데이터(잔액)와 그 데이터를 다루는 코드(입금, 출금)가 같은 클래스 안에 있어요.
2. 숨기기. 다른 코드는 클래스의 공개 인터페이스만 봐요. 그 뒤의 데이터는 내부의 것이므로 클래스가 허용하는 방식으로만 바뀔 수 있어요.

클래스가 지키는 규칙을 불변식(invariant)이라고 해요. 여기서는 "잔액은 절대 음수가 아니다"예요. 모든 변경이 클래스의 메서드를 거치므로, 프로그램의 나머지 부분이 무엇을 하든 불변식은 유지돼요.

class BankAccount:
    def __init__(self):
        self._balance = 0  # internal: change it only through the methods

    @property
    def balance(self):     # read-only from outside
        return self._balance

    def deposit(self, amount):
        self._balance += amount

    def withdraw(self, amount):
        if amount > self._balance:
            raise ValueError("not enough money")
        self._balance -= amount

acct = BankAccount()
acct.deposit(100)
acct.withdraw(30)
print(acct.balance)
try:
    acct.withdraw(500)
except ValueError as err:
    print("refused:", err)

70
refused: not enough money

바깥 코드는 acct.balance를 읽을 수 있지만, 이 프로퍼티에는 setter가 없으므로 acct.balance = 1000은 AttributeError를 발생시켜요. 잔액이 틀렸다면 살펴볼 메서드는 정확히 두 개예요.

Python의 캡슐화

Python에는 private 키워드가 없어요. 대신 모든 Python 프로그래머가 아는 이름 규칙에 기대요.

• name: 공개, 인터페이스의 일부예요.
• _name: 내부용이에요. 읽는 것을 막지는 않지만, 앞의 밑줄은 "여기에 의존하지 마세요"라는 뜻이에요.
• __name: Python이 클래스 안에서 이름을 바꿔 버리므로(네임 맹글링), 하위 클래스가 실수로 덮어쓸 수 없어요.
• @property: 메서드를 속성처럼 읽히게 만들어, 나중에 호출하는 코드를 바꾸지 않고도 검사를 추가할 수 있어요.

class Counter:
    def __init__(self):
        self._count = 0      # one underscore: "internal, please don't touch"
        self.__secret = 42   # two underscores: the name gets mangled

c = Counter()
print(c._count)                   # still readable: it is only a convention
print(hasattr(c, "__secret"))     # the plain name does not exist
print(c._Counter__secret)         # Python renamed it to _Counter__secret

0
False
42

네임 맹글링은 접근이 아니라 실수를 막아요. 바뀐 이름으로는 여전히 접근할 수 있어요. Python은 프로그래머가 밑줄을 존중하리라 믿어요. 실제로 대부분의 Python 코드는 밑줄 하나와 @property를 쓰고, 밑줄 두 개는 상속을 염두에 둔 클래스에만 써요. 클래스 작성법은 Python 클래스 문서에서 더 볼 수 있어요.

Java, C++, JavaScript의 캡슐화

다른 언어는 숨기기를 강제해요. Java에서 private 필드는 자기 클래스 안에서만 쓸 수 있어요.

public class BankAccount {
    private int balance;  // hidden from every other class

    public int getBalance() { return balance; }

    public void withdraw(int amount) {
        if (amount > balance) throw new IllegalArgumentException("not enough money");
        balance -= amount;
    }
}

다른 클래스에서 account.balance = 1000;이라고 쓰면 컴파일되지 않아요. javac가 balance has private access in BankAccount를 보고해요.

C++는 class 멤버를 기본으로 private으로, struct 멤버를 public으로 만들어요. ES2022에 추가된 JavaScript의 # private 필드는 클래스 밖에서 아예 읽을 수 없어요. 각각 문서에서 다뤄요. Java 접근 제어자, C++ 접근 지정자, JavaScript private 필드를 참고하세요.

캡슐화가 중요한 이유

• 규칙이 한곳에 있어요. "잔액보다 많이 출금할 수 없다"는 검사를 프로그램의 모든 출금 앞이 아니라 withdraw 안에 한 번만 써요.
• 내부를 자유롭게 바꿀 수 있어요. 돈을 float 대신 센트 단위 정수로 저장하기로 해도 클래스만 바뀌어요. deposit(100)을 호출하는 코드는 그대로 동작해요.
• 디버깅이 쉬워져요. 값이 틀렸을 때 용의자는 프로그램의 모든 줄이 아니라 그 값을 바꿀 수 있는 몇 개의 메서드예요.
• 배우고 테스트할 것이 줄어들어요. 공개 메서드가 세 개인 클래스는 그 세 메서드로 이해하고 테스트할 수 있어요.

캡슐화는 클래스보다 큰 단위에서도 통해요. 함수 두 개를 공개하고 보조 함수 열 개를 내부에 두는 모듈도 같은 방식으로 캡슐화된 것이고, 프로그램이 시스템 호출을 통해서만 파일을 열게 하는 운영체제도 마찬가지예요.

캡슐화는 추상화와 자주 혼동돼요. 추상화는 인터페이스가 무엇을 제공할지 정하고, 캡슐화는 그 뒤의 데이터를 보호해요. 추상화 페이지에 둘을 나란히 놓은 비교가 있어요. 다형성, 상속과 함께 이들은 객체지향 프로그래밍의 네 기둥이에요.

흔한 실수

• 모든 필드에 getter와 setter 만들기. 어떤 숫자든 받아들이는 setBalance는 아무것도 보호하지 않아요. 각 필드에 대한 날것의 접근이 아니라 객체에 필요한 연산(withdraw)을 제공하세요.
• 내부 객체 반환하기. self._items를 반환하는 메서드는 호출한 쪽에 진짜 리스트를 넘겨주고, 그쪽에서 리스트를 바꿀 수 있게 돼요. 대신 사본이나 튜플을 반환하세요.
• private을 보안으로 여기기. 접근 제어자는 실수를 막을 뿐 공격을 막지는 않아요. Java 코드는 리플렉션으로 private 필드를 읽을 수 있고, Python 코드는 _name을 바로 읽을 수 있어요. 비밀번호와 키는 해싱과 암호화 같은 진짜 보호가 필요해요.

다음 단계

다음으로 두 개념의 차이를 다루는 추상화를 읽고, 이어서 다형성을 읽어 보세요. Python 강좌에서는 클래스를 단계별로 만들어 보고, Java 강좌에서는 컴파일러가 강제하는 캡슐화를 볼 수 있어요.