캐스팅 (Casting), 업캐스팅과 다운캐스팅

캐스팅(Casting)은 어떤 값이나 참조를 다른 타입으로 취급하도록 변환하는 것으로, 자바에서는 기본형 사이의 형 변환과 참조형 사이의 형 변환으로 나뉜다. 참조형 캐스팅 중 자식 타입을 부모 타입으로 바라보는 것을 업캐스팅(Upcasting), 부모 타입 참조를 다시 구체적인 자식 타입으로 되돌리는 것을 다운캐스팅(Downcasting)이라 한다. 업캐스팅은 항상 안전해 자동으로 일어나지만 다운캐스팅은 실패 가능성이 있어 명시적 문법과 타입 검사가 필요하다.

기본형 캐스팅

기본형 사이의 변환은 표현 범위가 넓어지는 방향이면 컴파일러가 자동으로 처리하며 이를 확대 변환(widening conversion)이라 한다. int를 long이나 double에 대입하는 경우가 여기에 해당한다. 반대로 범위가 좁아지는 축소 변환(narrowing conversion)은 값 손실이 생길 수 있으므로 반드시 괄호를 붙인 명시적 캐스팅을 요구한다.

int i = 100;
long l = i;            // 확대 변환, 자동
double d = l;          // 확대 변환, 자동

double pi = 3.99;
int truncated = (int) pi;   // 3, 소수부가 잘려 나간다
byte overflow = (byte) 130; // -126, 상위 비트가 잘려 나간다

축소 변환에서 실수는 소수부가 버려지고, 정수는 하위 바이트만 남기 때문에 부호까지 뒤집힐 수 있다. long을 int로 줄여 담는 코드에서 오버플로가 조용히 발생하는 것이 흔한 버그 지점이다.

업캐스팅과 다형성

상속 관계에서 자식 클래스의 인스턴스는 언제나 부모 타입으로 취급할 수 있다. 이것이 업캐스팅이며, is-a 관계가 항상 성립하기 때문에 캐스팅 연산자를 쓰지 않아도 자동으로 일어난다. 업캐스팅을 하면 부모 타입에 선언된 멤버만 보이게 되지만, 오버라이딩(overriding)된 메서드를 호출하면 실제 객체의 메서드가 실행된다. 이 동적 바인딩이 다형성(polymorphism)의 핵심이다.

class Animal {
    void sound() { System.out.println("..."); }
}
class Dog extends Animal {
    void sound() { System.out.println("멍멍"); }
    void fetch() { System.out.println("공을 물어온다"); }
}

Animal animal = new Dog(); // 업캐스팅, 캐스팅 연산자 불필요
animal.sound();            // "멍멍", 실제 객체 기준으로 실행
// animal.fetch();         // 컴파일 오류, Animal 타입에는 없는 메서드

중요한 것은 업캐스팅이 객체 자체를 바꾸지 않는다는 점이다. 힙(heap)에 있는 객체는 여전히 Dog이며, 스택의 참조 변수가 어떤 타입의 렌즈로 그 객체를 바라보는지만 달라진다. JVM은 가상 메서드 호출 시 객체 헤더가 가리키는 클래스 정보의 가상 메서드 테이블(vtable)을 따라 실제 구현을 찾아 실행한다.