참조타입

Java/개념

참조타입

spring_sunshine 2023. 8. 9. 22:52

1. 참조타입과 참조변수

자바의 타입은 크게 기본타입과 참조타입으로 나뉜다.

기본타입: 정수, 실수, 문자, 논리 리터럴을 저장

참조타입: 객체의 번지를 참조하는 타입으로 배열, 열거, 클래스, 인터페이스를 말한다.

번지를 통해 객체를 참조한다는 뜻에서 참조타입이라고 부른다.
기본타입 변수는 스택 영역에 직접 값(실제값)을 가지고 있지만, 참조타입 변수는 스택 영역에 힙 영역의 객체 주소(메모리의 번지)를 가진다.

// 기본타입 변수
int age = 25;
double price = 100.5;

// 참조타입 변수
String name = "초코";
int[] scores = {10,20,30};

메모리 사용 영역

JVM이 사용하는 메모리 영역은 다음과 같은 세부 영역들로 구분된다.
- 메소드 영역
  - JVM이 시작할 때 생성되고 모든 스레드가 공유하는 영역
  - 코드에서 사용되는 클래스별로 정적필드, 상수, 메소드 코드, 생성자 코드 등을 분류해서 저장한다.
- 힙 영역
  - 객체와 배열이 생성되는 영역
  - 여기서 생성된 객체와 배열은 JVM 스택 영역의 변수나 다른 객체의 필드에서 참조한다.
  - 만약 참조하는 변수나 필드가 없다면 JVM은 이것을 쓰레기로 취급하고 Garbage Collector을 실행시켜 자동으로 제거
- JVM 스택
  - 메소드를 호출할 때마다 프레임을 추가하고, 메소드가 종료되면 해당 프레임을 제거하는 동작 수행
  - 프레임 내부에는 로컬변수 스택이 있고, 기본타입 변수와 참조타입 변수가 추가되거나 제거 된다.
  - 스택 영역에 변수가 생성되는 시점은 초기화 될 때, 즉 최초로 변수에 값이 저장될 때이다.
  - 변수는 선언된 블록 안에서만 스택에 존재하고 블록을 벗어나면 스택에서 제거된다.
기본타입 변수는 스택 영역에 직접 값을 가지고 있지만, 참조타입 변수는 스택 영역에 힙 영역의 객체 주소를 가진다.

참조변수의 ==, != 연산

기본타입 변수의 ==, != 연산은 변수의 값이 같은지 여부를 알아보지만 참조타입 변수의 ==, != 연산은 동일한 객체를 참조하는지, 다른 객체를 참조하는지 알아본다.
참조타입 변수의 값은 힙 영역의 객체 주소이므로 결국 ==, != 연산은 번지값을 비교하는 것이다. (동일한 번지값 → 동일한 객체 참조)

null과 NullPointerException

참조변수는 힙 영역의 객체를 참조하지 않는다는 뜻으로 null을 가질 수 있다.
null도 초기값으로 사용되기 때문에 null로 초기화된 참조변수는 스택 영역에 생성된다.
참조변수가 null 값을 갖는지 확인하려면 ==, != 연산을 수행하면 된다.
참조변수를 사용하면서 가장 많이 발생하는 예외 중 하나로 NullPointerException이 있다. 이 예외는 참조변수를 잘못 사용하면 발생한다.

#1
int[] intArray = null;
intArray[0] = 10;
// NullPointerException 발생: intArray 변수가 참조하는 배열 객체가 없기 때문

#2
String str = null;
System.out.println("총 문자수:"+str.length());
// NullPointerException 발생: str 변수가 참조하는 String 객체가 없기 때문

NullPointerException 발생 시 해결 방법은 참조변수를 추적해서 객체를 참조하도록 수정하는 것이다.

String 타입

문자열을 String 변수에 저장되는 것이 아니라, 문자열은 String 객체로 생성되고 변수는 그 String 객체를 참조하는 것이다.
String hobby = "자바"; 에서 hobby 변수에는 String 객체의 번지 값이 저장된다.
자바는 문자열 리터럴이 동일하다면 String 객체를 공유하도록 되어있다.
String 변수는 참조타입이므로 초기값으로 null을 가질 수 있는데, 이는 String 변수가 참조하는 String 객체가 없다는 뜻이다.

String name1 = "초코";
String name2 = "초코";

new 연산자

일반적으로 변수에 문자열을 저장할 때 문자열 리터럴을 사용하지만, new 연산자를 사용해서 직접 String 객체를 생성할 수도 있다.
new 연산자는 힙 영역에 새로운 객체를 만들 때 사용하는 연산자로 객체 생성 연산자라고 부른다.

String name1 = new String("초코");
String name2 = new String("초코");

문자열 리터럴로 생성하느냐 new 연산자로 생성하느냐에 따라 비교 연산자의 결과는 달라질 수 있다.

String name1 = "초코";
String name2 = "초코";
String name3 = new String("초코");

name1과 name2은 동일한 문자열 리터럴로 생성된 객체를 참조하기 때문에 name1==name2의 결과는 true가 된다.
name3은 String 객체를 별도로 생성했기 때문에 name1==name3은 false가 된다.
동일한 String 객체이건, 다른 String 객체이건 상관없이 내부 문자열을 비교하고 싶을 때는 String 객체의 equals() 메소드를 사용하면 된다. equals()는 원본 문자열과 매개값으로 주어진 비교 문자열이 동일한지 비교하고 true/false를 리턴한다.

boolean result = str1.equals(str2);

2. 배열

배열의 특징

배열은 같은 타입의 데이터만 저장할 수 있다.
한번 생성된 배열은 길이를 늘리거나 줄일 수 없다.

배열 선언은 다음과 같이 2가지 형식이 있다.

타입[] 변수;
타입 변수[];

배열 변수

배열 변수는 참조변수에 속한다.
배열도 객체이므로 힙 영역에 생성되고, 배열 변수는 힙 영역의 배열 객체를 참조하게 된다.
참조할 배열 객체가 없다면 배열 변수는 null 값으로 초기화될 수 있다.

배열 생성

배열 객체를 생성하려면 1) 값 목록을 이용하거나 2) new 연산자를 이용하는 방법이 있다.

1) 값 목록으로 배열 생성

값 목록이 있으면 타입[] 변수 = {값0, 값1, 값2, ...}; 와 같이 간단하게 배열 객체를 생성할 수 있다.
중괄호{}는 주어진 값들을 항목으로 갖는 배열 객체를 힙 영역에 생성하고, 배열 객체의 번지를 리턴한다.
배열 변수는 리턴된 번지를 저장함으로써 참조가 이루어진다.
값 목록으로 배열 객체를 생성할 때 주의할 점은, 배열 변수를 이미 선언한 후에는 다른 실행문에서 중괄호를 사용한 배열 생성이 허용되지 않는다는 점이다.
배열 변수를 미리 선언한 후 값 목록들이 나중에 결정되는 상황이라면, 변수 = new 타입[] {값0, 값1, 값2, ...}; 와 같이 new 연산자를 사용하여 값 목록을 지정해주면 된다.

#1 배열 변수 미리 선언 후 다음 실행문에서 {}를 사용한 배열 생성 에러
String[] names;
names = {"가", "나", "다"}; // 컴파일 에러

#2 배열 변수를 미리 선언 후 값 목록이 나중에 결정
names = new String[] {"가", "나", "다"};

메소드의 매개값이 배열인 경우도 아래와 같이 매개변수로 int[] 배열이 선언된 add() 메소드가 있을 경우, 값 목록으로 배열을 생성함과 동시에 add() 메소드의 매개값으로 사용하고자 한다면 반드시 new 연산자를 사용해야 한다.

int add(int[] scores){...}

int result = add({95,80,90}); // 컴파일 에러
int result = add(new int[] {95,80,90});

2) new 연산자로 배열 생성

값 목록은 없지만, 향후 값들을 저장할 배열을 미리 만들고 싶다면 타입[] 변수 = new 타입[길이]; 로 배열 객체를 생성할 수 있다.
이미 변수가 선언된 경우에도 new 연산자로 배열을 생성할 수 있다.

타입[] 변수 = null;
변수 = new 타입[길이];

new 연산자로 배열을 처음 생성한 경우 배열은 자동적으로 기본값(0)으로 초기화된다.

#1 int 배열: 기본값 0
int[] scores = new int[30];

#2 String 배열: 기본값 null
String[] names = new String[30];

배열이 생성된 후 특정 인덱스 위치에 새로운 값을 저장하려면 대입 연산자를 사용하면 된다.

int[] scores = new int[3];
scores[0]=90;
scores[1]=85;
scores[2]=80;

배열 길이

배열 길이는 배열에 저장할 수 있는 전체 항목의 개수를 말한다.
배열 변수.length; 와 같이 배열 객체의 length 필드를 통해 배열의 길이를 얻을 수 있다.
length는 읽기 전용 필드이기 때문에 값을 바꿀 수 없다.

int[] scores = {83,90,87};
int sum=0;
// length는 배열전체를 loop할때 유용함
// 배열의 마지막 인덱스는 배열의 길이보다 1이 작다 (배열의 인덱스 범위:0~길이-1)
for(int i=0;i<scores.length;i++){
	sum+=scores[i];
}
System.out.println("총합:"+sum);

다차원 배열

int[][] scores = new int[2][3]; // 2*3 행렬 (세로*가로)

scores.length // 2
scores[0].length // 3
scores[1].length // 3

이 코드는 메모리에 3개의 배열 객체를 생성한다.
- int 타입 배열 A: length가 2, 배열 A의 scores[0]은 배열 B를 참조하고 scores[1]은 배열 C를 참조함
- int 타입 배열 B: length가 3, scores[0].length임
- int 타입 배열 C: length가 3, scores[1].length임

이런 형태의 배열에서 주의할 점은 배열의 정확한 길이를 알고 인덱스를 사용해야 한다는 것이다.

int[][] scores = {{95,80},{92,96}};

int score = scores[0][0]; // 95
int score = scores[1][1]; // 96

객체를 참조하는 배열

참조타입(클래스, 인터페이스) 배열은 각 항목에 객체의 번지를 가지고 있다.
String은 클래스이므로 String[] 배열은 각 항목에 문자열이 아니라, String 객체의 번지를 가지고 있다.

String[] strArr = new String[3];
strArr[0] = "Java";
strArr[1] = "Java";
strArr[2] = new String("Java");

System.out.println(strArr[0]==strArr[1]); // true
System.out.println(strArr[0]==strArr[2]); // false
System.out.println(strArr[0].equals(strArr[2])); // true

배열 복사

배열은 한번 생성하면 크기를 변경할 수 없기 때문에 더 많은 저장공간이 필요하면, 더 큰 배열을 새로 만들고 이전 배열로부터 항목의 값들을 복사해야 한다.
배열 간의 항목 값들을 복사하려면 for문을 사용하거나 System.arraycopy() 메소드를 사용한다.
참조타입 배열이 복사되면 복사되는 값이 객체의 번지이므로, 새 배열의 항목과 이전 배열의 항목이 참조하는 객체는 동일하다.

1. for문으로 배열 복사

int[] oldArr = {1,2,3};
int[] newArr = new int[5];

for(int i=0; i<oldArr.length; i++){
	newArr[i] = oldArr[i];
}
for(int i=0; i<newArr.length; i++){
	System.out.println(newArr[i]+","); // 1,2,3,0,0
}

2. System.arraycopy()

System.arraycopy(Object src, int srcPos, Object dest, int destPos, int length);

Obejct src: 원본 배열
int srcPos: 원본 배열에서 복사할 항목의 시작 인덱스
Object dest: 새 배열
destPos: 새 배열에서 붙여넣을 시작 인덱스
length: 복사할 개수

String[] oldArr = {"java","array","copy"};
String[] newArr = new String[5];

System.arraycopy(oldArr, 0, newArr, 0, oldArr.length);
for(int i=0; i<newArr.length; i++){
	System.out.print(newArr[i]+","); // java,array,copy,null,null
}

향상된 for문

향상된 for문은 반복 실행을 하기위해 루프 카운터 변수와 증감식을 사용하지 않는다.
for문의 괄호에는 배열에서 꺼낸 항목을 저장할 변수 선언, 콜론, 배열을 나란히 작성한다.
배열 및 컬렉션 항목의 개수만큼 반복하고, 자동적으로 for문을 빠져나간다.

int[] scores = {95,71,84,93,87};
int sum = 0;
for(int score:scores){
	sum = sum+score;
}
System.out.println("점수 총합:"+sum);

3. 열거 타입

열거타입은 한정된 값인 열거상수 중에서 하나의 상수를 저장하는 타입이다.
다음은 7개의 값을 갖는 요일 데이터의 열거타입 Week을 선언한 것이다.

public enum Week{
	MONDAY,
    TUESDAY,
    WEDNESDAY,
    THURSDAY,
    FRIDAY,
    SATURDAY,
    SUNDAY
}

Week today; 와 같이 변수를 선언할 수도 있다.
today 변수에 저장할 수 있는 것은 Week에 선언된 7개의 열거상수 중 하나이다. ex) today = Week.FRIDAY;

열거타입 선언

열거타입을 선언하기 위해서는 먼저 열거타입의 이름을 정하고, 해당 이름으로 소스파일(.java)을 생성해야 한다.
열거타입의 이름은 보통 첫글자는 대문자, 나머지는 소문자로 구성한다.

// 열거타입 소스파일의 이름
Week.java
LoginResult.java

// 소스파일의 내용
public enum Week {MONDAY,TUESDAY,...}
public enum LoginResult {LOGIN_SUCCESS,LOGIN_FAILED}

열거타입 변수

열거타입도 하나의 타입이므로 변수를 선언하고 사용해야 한다.
열거타입 변수를 선언했다면 다음과 같이 열거상수를 저장할 수 있다. 열거상수는 단독사용이 안되고 반드시 '열거타입.열거상수' 형태로 사용된다.
열거타입도 참조타입이기 때문에 변수에 null도 저장할 수 있다.
참조타입의 변수는 객체를 참조하는 변수이고, 열거상수도 열거객체들로 생성된다.
열거타입 변수 Week의 경우 MONDAY~SUNDAY까지의 열거상수가 총 7개의 Week 객체로 생성된다. 그리고 메소드 영역에 생성된 열거상수가 해당 Week 객체를 각각 참조하게 된다.

Week today = Week.SUNDAY;

열거타입 변수 today는 스택 영역에 생성된다.
today에 저장되는 값은 Week.SUNDAY 열거상수가 참조하는 Week 객체의 번지이다.
따라서 열거상수 Week.SUNDAY와 today 변수는 서로 같은 객체를 참조하게 된다.

Week week1 = Week.MONDAY;
Week week2 = Week.MONDAY;
System.out.println(week1==week2); // true