템플릿 메소드 패턴 개념 정리(강의 - 얄팍한 코딩사전)

들어가며

소프트웨어 개발에서는 반복적이거나 비슷한 흐름의 알고리즘을 구현할 때, 코드 중복을 최소화하고 구조를 깔끔하게 유지할 필요가 있다. 템플릿 메소드(Template Method) 패턴은 이와 같은 상황에서 사용되는 객체지향 디자인 패턴이다. 이 패턴은 알고리즘의 뼈대를 상위 클래스에 정의하고, 세부적인 동작은 하위 클래스에서 재정의하여 유연하게 처리할 수 있도록 한다.

이 포스트는 ‘얄팍한 코딩사전’ 유튜브 채널의 03. 템플릿 메소드(Template Method) 패턴 강의를 참고하여 작성되었다. 강의는 Java로 진행되었으나, 이 포스트에서는 예제 코드를 C++로 작성하였다. 템플릿 메소드 패턴의 개념을 명확하게 이해할 수 있도록 설명하고, C++ 코드를 통해 개념을 구체화하였다.

선수 지식

템플릿 메소드 패턴을 이해하기 위해 필요한 선수 지식은 다음과 같다.

• 클래스와 객체, 상속, 메소드 오버라이딩 등의 객체지향 프로그래밍 개념
• 추상 클래스와 순수 가상 함수 (C++에서의 인터페이스 역할) -> 추상 클래스와 인터페이스의 차이를 알아 두면 템플릿 메소드를 이해하는 데 있어 수월하다(간단하면서 큰 차이점 하나를 잘 생각해보자)

Template Method 패턴

템플릿 메소드(Template Method) 패턴은 알고리즘의 구조(큰 흐름)는 상위 클래스에서 정의하고, 세부적인 구현은 하위 클래스에서 재정의하는 방식으로 동작한다. 즉, 알고리즘의 일부를 고정하고, 변경이 필요한 부분만 하위 클래스에서 구현하도록 유도한다. 이 패턴을 사용하면 코드 중복을 줄이고, 알고리즘의 구조를 유지하면서도 세부 동작을 유연하게 변경할 수 있다.

Template Method 패턴의 역할

템플릿 메소드 패턴은 다음과 같은 역할을 수행한다.

1. 알고리즘의 큰 틀 제공: 상위 클래스에서 알고리즘의 공통된 흐름을 정의하고, 하위 클래스에서 세부적인 동작을 구현한다.
2. 코드 중복 방지: 상위 클래스에서 공통 로직을 정의함으로써, 하위 클래스에서는 중복된 코드 없이 서로 다른 동작을 구현할 수 있다.
3. 알고리즘 구조 유지: 알고리즘의 주요 흐름을 상위 클래스에서 관리하기 때문에, 알고리즘이 변경되더라도 구조적인 일관성을 유지할 수 있다.

언제 Template Method 패턴을 사용해야 하는가?

• 공통된 알고리즘의 큰 흐름이 있고, 일부 단계만 다를 때: 알고리즘의 큰 흐름은 같지만, 세부적인 단계가 클래스에 따라 달라지는 경우, 템플릿 메소드 패턴을 사용하면 공통 로직을 재사용하면서도 각기 다른 동작을 쉽게 구현할 수 있다.
• 중복된 코드를 피하고 싶을 때: 상위 클래스에 공통된 부분을 정의하고, 하위 클래스에서 세부적인 구현만 제공함으로써 코드 중복을 최소화할 수 있다.
• 알고리즘의 구조는 변경되지 않으면서도 세부 동작은 자유롭게 커스터마이징하고 싶을 때: 알고리즘의 구조를 변경하지 않고도 세부 동작을 쉽게 변경할 수 있다.

Template Method 패턴의 구조

템플릿 메소드 패턴의 구조는 다음과 같이 구성된다.

1. Abstract Class (추상 클래스): 알고리즘의 기본 구조를 정의하는 클래스이다. 이 클래스는 하나 이상의 추상 메소드를 포함하며, 알고리즘의 큰 틀을 제공하는 메소드를 템플릿 메소드로 정의한다.

2. Concrete Class (*구체 클래스): 추상 클래스를 상속받아, 알고리즘의 세부적인 동작을 구현하는 클래스이다. 템플릿 메소드에서 호출되는 추상 메소드를 구체적으로 구현하여 알고리즘의 커스텀 동작을 정의한다.

*구체 클래스는 구상 클래스, 구현 클래스라고도 불린다.

템플릿 메소드는 고정된 알고리즘의 틀을 제공하며, 세부 동작은 하위 클래스에서 오버라이딩하여 구현된다. 이를 통해 상위 클래스에서 알고리즘의 흐름을 제어하면서도 하위 클래스에서 세부 동작을 유연하게 변경할 수 있다.

게임으로 Template Method 이해하기

템플릿 메소드 패턴은 다양한 알고리즘이 동일한 틀 안에서 동작하는 게임 구조에 매우 유용하다. 예를 들어, 다양한 게임 캐릭터들이 공격, 방어, 이동 등의 행동을 하지만, 각 캐릭터의 세부 동작은 다를 수 있다. 이러한 경우 템플릿 메소드 패턴을 사용하면 캐릭터 클래스에서 행동의 틀을 정의하고, 각 캐릭터 클래스에서 세부 동작을 구현할 수 있다.

예시:

1. Abstract Class (Character): 공격, 방어, 이동 등의 행동을 템플릿 메소드로 정의한다.
2. Concrete Class (Warrior, Mage): 전사와 마법사는 각각 공격, 방어, 이동 방식이 다르다. 이 클래스들에서 각 행동의 세부 동작을 구현하여 캐릭터 고유의 동작을 설정한다.

예를 들어, 전사는 검으로 공격하고 방패로 방어하지만, 마법사는 마법으로 공격하고 보호막으로 방어할 수 있다. 게임의 틀은 변하지 않지만, 캐릭터별로 행동의 구체적인 방식은 달라진다.

Template Method 패턴이 필요한 이유

1. 코드 재사용성: 알고리즘의 공통적인 부분을 상위 클래스에서 정의하여 중복된 코드를 제거하고, 하위 클래스에서는 구체적인 부분만을 구현할 수 있다.

2. 알고리즘 확장: 템플릿 메소드를 이용하면 상위 클래스에서 알고리즘의 큰 흐름을 유지하면서도, 하위 클래스에서 세부 동작을 유연하게 확장할 수 있다.

3. 변경 최소화: 알고리즘의 틀을 상위 클래스에 정의하기 때문에, 알고리즘의 주요 흐름을 유지하면서도 하위 클래스에서만 변경이 이루어진다. 이렇게 하면 유지보수 시 상위 클래스를 수정하지 않고도 새로운 동작을 추가하거나 기존 동작을 수정할 수 있다.

템플릿 메소드 패턴을 사용하면 알고리즘의 공통적인 부분을 재사용하면서도, 각기 다른 상황에 맞는 세부 동작을 유연하게 구현할 수 있어 개발의 효율성을 높일 수 있다.

예제 코드

[main.cpp]

[실행 결과]

한 눈에 코드를 보기 위해 선언부(.h)와 구현부(.cpp)로 분리하지 않고, main.cpp에서 통합하여 코드를 구현했다.

실제로 C++로 코딩할 때는 선언부와 구현부를 나눠서 코딩하는 것을 추천한다. 프로젝트가 커질 수록 선언부와 구현부로 나눠서 작업해야 유지 보수하기 편리하고, 효율적이기 때문이다.

코드 설명

1. Character 클래스 (추상 클래스)

[Character 클래스 (추상 클래스)]

• 추상 클래스: Character는 추상 클래스이다. 이 클래스는 캐릭터가 수행하는 행동의 순서를 ActionSequence() 메소드로 정의한다. 이 메소드는 템플릿 메소드로서, 캐릭터가 전투에서 해야 할 순서(전투 준비 -> 공격 -> 방어 -> 이동)를 규정한다.
• PrepareForBattle(): 모든 캐릭터가 공통적으로 수행하는 전투 준비 과정을 담당한다.
• 순수 가상 함수: Attack(), Defend(), Move()는 순수 가상 함수로 정의되어 있어, 각 캐릭터의 고유한 공격, 방어, 이동 방식을 하위(구체) 클래스(여기서는 Warrior, Mage 클래스)에서 구체적으로 구현해야 한다.

2. Warrior 클래스 (구체 클래스)

[Warrior 클래스 (구체 클래스)]

• Warrior는 구체 클래스로, Character 추상 클래스를 상속받아 전사 캐릭터의 고유한 공격, 방어, 이동 방식을 구현한다.
• Attack(): 전사는 검을 사용해 공격한다.
• Defend(): 전사는 방패로 방어한다.
• Move(): 전사는 빠르게 앞으로 이동한다.

3. Mage 클래스 (구체 클래스)

[Mage 클래스 (구체 클래스)]

• Mage는 구체 클래스로, Character 추상 클래스를 상속받아 마법사 캐릭터의 고유한 공격, 방어, 이동 방식을 구현한다.
• Attack(): 마법사는 마법을 사용해 공격한다.
• Defend(): 마법사는 보호막을 사용해 방어한다.
• Move(): 마법사는 텔레포트를 사용해 이동한다.

4. 클라이언트 (main 함수)

[클라이언트 (main 함수)]

• Warrior와 Mage 객체를 각각 생성한다.
• 각 캐릭터의 ActionSequence() 메소드를 호출하여 전사와 마법사의 행동을 차례대로 출력한다.
• 이때 ActionSequence() 메소드는 PrepareForBattle()을 먼저 호출한 후, 각 캐릭터의 고유한 Attack(), Defend(), Move() 메소드를 차례대로 실행한다.

Q&A

Q1. 템플릿 메소드 패턴은 언제 사용해야 하는가?

• A1: 템플릿 메소드 패턴은 알고리즘의 기본적인 구조는 같지만, 특정 단계에서 세부적인 구현이 달라질 필요가 있을 때 사용한다. 즉, 공통된 흐름을 유지하되, 구체적인 동작은 서브 클래스에서 정의하고 싶을 때 유용하다.

Q2. 템플릿 메소드 패턴이 적용된 게임의 전투 시스템은 어떻게 동작하는가?

• A2: 게임에서 템플릿 메소드 패턴을 적용하면, 전투를 시작할 때 동일한 전투 절차(준비, 공격, 방어, 이동)는 유지하되, 전사, 마법사 같은 캐릭터에 따라 공격과 방어 방식이 달라진다. 이렇게 캐릭터별로 고유한 전투 스타일을 구현할 수 있다.

Q3. Strategy 패턴과 템플릿 메소드 패턴의 차이점은 무엇인가?

• A3: Strategy 패턴은 알고리즘을 개별 클래스로 캡슐화하여 런타임에 전략을 변경할 수 있도록 한다. 반면, 템플릿 메소드 패턴은 알고리즘의 구조를 정의한 뒤, 특정 단계만 서브 클래스에서 재정의할 수 있도록 한다. Strategy 패턴은 알고리즘을 유연하게 교체하는 데 더 초점이 있다.

Q4. 템플릿 메소드 패턴을 사용하면 코드 중복이 줄어드는가?

• A4: 템플릿 메소드 패턴은 알고리즘의 공통적인 부분을 상위 클래스에서 처리하고, 차이점만 서브 클래스에서 구현하면 되기에 코드 중복을 줄이는 데 큰 도움을 준다. 특히, 여러 캐릭터의 동작이 유사한 게임에서 중복 코드를 크게 줄일 수 있다.

결론

템플릿 메소드 패턴은 상속을 통해 공통된 알고리즘의 구조를 재사용하면서도, 세부적인 부분에서의 변화를 유연하게 적용할 수 있게 해주는 강력한 디자인 패턴이다. 이 패턴을 통해 공통된 작업의 흐름은 유지하면서도, 서브 클래스에서 필요한 세부 구현만을 커스터마이징할 수 있다. 템플릿 메소드 패턴을 사용하면 코드의 중복을 줄이고, 유지보수성과 확장성을 크게 향상시킬 수 있다는 것이다!

특히 게임과 같은 복잡한 시스템에서는 캐릭터의 행동이나 상호작용을 공통적으로 정의하면서도, 각 캐릭터가 고유의 방식으로 전투를 수행하거나 이동하는 시스템을 구현하는 데 적합하다. 이 패턴을 적용하면 코드가 더 읽기 쉽고, 명확한 구조를 가지며, 새로운 캐릭터나 행동을 추가할 때 최소한의 수정으로 확장할 수 있다고 한다.

따라서, 템플릿 메소드 패턴은 알고리즘의 큰 틀은 동일하지만, 세부적인 부분에서 차이가 나는 시스템에서 유용하게 적용 되고, 코드를 더 효율적이고 관리하기 쉽게 만들어 준다.

함께 보면 좋은 자료

함께 보면 좋은 자료는 다음과 같다.

• SOLID 원칙과 객체지향 설계의 기본 정리(강의 - 얄팍한 코딩사전) by Kinesis - 객체지향 설계 원칙인 SOLID에 대한 상세 설명이 되어 있다.
• Template Method by Refactoring.Guru - 템플릿 메소드(Template Method) 패턴을 사용해야 하는 이유와 장단점 등에 대하여 설명하고 있다(디자인 패턴의 바이블 같은 플랫폼이 Refactoring.Guru이기에 애용하는 습관을 키우자).
• 💠 템플릿 메소드(Template Method) 패턴 - 완벽 마스터하기 by Inpa - 템플릿 메소드(Template Method) 패턴에 대한 개념이 자세하게 설명되어 있다(하단에 전략 패턴과 템플릿 메소드 패턴의 차이점에 대해 설명하고 있으니 한 번 보는 것도 괜찮다)
• Factory Method by Jerry Kim - 팩토리 메소드에 대하여 설명이 잘 되어 있다

참고 자료

본 포스트를 작성할 때 참고한 자료들이다.

• 유튜브 채널 얄팍한 코딩사전: 03. 템플릿 메소드(Template Method) 패턴 - 본 포스트는 이 강의를 참고하여 작성되었다.