Live Study - Java 의 Class

정리한 내용
- 클래스를 정의하는 방법
- 객체를 만드는 방법, new 연산자 이해하기
- 변수 선언하기
- 메서드 선언하기
- 생성자 정의하기
- this 키워드 이해하기

---

Class, 클래스는 객체를 정의해 놓은 것이고, 사용자 정의 타입(User-Defined Type)이다. 
언어에서 제공하는 자료형(primitive type) 외에 개발자가 서로 관련된 변수들을 묶어서 하나의 타입으로 새로 추가하는 것을 사용자 정의 타입이라고 한다.

여기서 '객체'는 무엇인지, 객체지향은 무엇인지.. 에 대한 내용을 쓰게되면 글도 한없이 길어지고 정리도 힘들 것 같아서 단순히 프로그래밍적인 관점에서 정리해보려고 한다.

넘어가기 전에 프로그래밍에서 데이터 처리를 위한 저장 형태의 발전 과정을 짚어보면 다음과 같다. 

변수 -> 배열 -> 구조체 -> 클래스

변수: 하나의 데이터를 저장할 수 있는 공간
배열: 같은 타입의 여러 데이터를 하나의 집합으로 저장할 수 있는 공간
구조체: 관련된 여러 데이터를 종류에 관계없이 하나의 집합으로 저장할 수 있는 공간
클래스: 관련된 여러 데이터와 함수의 결합, 구조체에 함수를 합친 것과 같다.

프로그래밍 언어에서는 사용자 정의 타입을 정의할 수 있는 방법을 제공하고 있고, Java 와 같은 객체지향언어에서는 클래스가 사용자 정의 타입이다.

클래스를 정의하는 방법은 이렇다.

1. 클래스명.java 파일을 적절한 패키지(디렉토리)에 만든다.

Java 언어에서 사용하는 코드 컨벤션이 있다. 많은 내용이 있고, 클래스 명에 대한 내용도 있다.
google.github.io/styleguide/javaguide.html#s5.2.2-class-names 를 참고해보면 클래스명은 명사 또는 명사구이어야 하고, UppserCamelCase 컨벤션을 따른다. (대문자로 시작해 단어가 바뀔 때 대문자로 잇는 것) 다만 꼭 명사일 필요는 없고 형용사구가 올 수도 있다고 한다. Readable 같은 클래스 명도 있다. 꼭 명사구라고 정해진 건 아닌 것 같다.
Test 클래스 같은 경우는 대상 클래스명 뒤에 Test 를 붙이면 된다. 아래 MyClass 를 테스트 하는 테스트 클래스명은 MyClassTest 로 하면 된다.

2. 파일을 만들면 기본적으로 IDE, 편집기에서 클래스 코드를 생성해준다. 파일명과 클래스명은 같아야 한다. 아래 파일명은 MyClass.java 이다. 클래스명을 바꾸면 컴파일러가 에러가 있다고 알려줄 것이다.

public class MyClass {

    // 변수..
    
    // 메서드..

}

(package 명은 생략했다.)

3. 끝

클래스라는 뼈대를 만들고 정의하는 것 자체는 이정도로 쉽다. 여기서 이제 public 이 protected, private 이 될 수도 있고 클래스 이름 옆에 implements, extends 가 올 수도 있다. 변수와 메소드도 작성 해야한다. 살을 붙이면서 공부해보자.

하나의 .java 파일에 여러 클래스를 정의할 수 있지만 되도록 한 파일에 하나의 클래스를 작성하는 것이 좋다.
(참고: 클래스엔 public, default 이 두 가지 접근 제한자를 적용할 수 있고, 파일명과 같은 클래스에만 public 을 적용시킬 수 있다)

 

객체를 만드는 방법, new 키워드 이해하기

클래스를 정의하는 방법은 알았다. 클래스를 만드는 방법은 new 라는 연산자를 사용하는 것이다.
그동안은 new 연산자는 말 그대로 '그냥' 쓰고 있었다. 깊은 고민 없이. 온라인 스터디를 기회로 정리해보게 되었다.

인스턴스화(Instantiation) 라는 것을 알아야 할 것 같다. 클래스를 객체를 정의해 놓은 것 이라고 했는데, 클래스로부터 객체를 만드는 과정을 인스턴스화 한다고 한다. 그리고 클래스로부터 만들어진 객체를 그 클래스의 인스턴스(instance) 라고 한다.

객체를 만드는 방법은 2단계를 거쳐야 한다.

1. 선언 (Declaration)
2. 인스턴스화

1. 선언 단계에서는 우리가 정의한 클래스를 타입으로 가지는 변수를 선언하는 것이다. 

MyClass myClass;

 

여기서 myClass 는 객체를 담고 있는 변수가 아니고 객체를 참조할 수 있는 참조 변수이다. 

2. 인스턴스 단계에서 이제 new 연산자가 등장한다. 

myClass = new MyClass();
MyClass myClass = new MyClass(); // 한줄로 작성해도 된다.

 

new 연산자는 런타임(실행시점)에 새로운 객체에 대한 메모리를 힙(Heap) 영역에 동적으로 할당하고, 해당 메모리에 대한 참조(주소값)를 반환해서 클래스를 인스턴스화 하는 것이다.

이제 myClass 변수로 힙 영역에 할당된 MyClass 객체에 접근할 수 있다.

 

변수 선언하기

변수는 세 가지 종류가 있다.

• 클래스 변수
• 인스턴스 변수
• 지역 변수

변수가 선언된 위치에 따라 변수의 종류가 결정된다. 

public class Party {
    
    static int limit; // 클래스 변수
    
    String subject; // 인스턴스 변수
    
    void open() {
        int time = 8; // 지역 변수
    }
    
}

 

인스턴스 변수

클래스 영역에 선언되고, 클래스의 인스턴스를 생성할 때 만들어진다. 그래서 인스턴스 변수를 사용하기 위해서는 먼저 인스턴스를 생성해야한다.
인스턴스는 Heap 영역에 각각 생성되기 때문에 여러 인스턴스는 고유한 인스턴스 변수를 가진다.

Party party = new Party();
System.out.println(party.subject);

- 인스턴스 변수를 사용하기 위해선 먼저 생성해야 한다.

클래스 변수, static 변수

클래스 변수는 인스턴스 변수 앞에 static 키워드를 붙이면 된다. 그래서 static 변수라고도 한다. 클래스 변수는 클래스가 메모리에 올라갈 때 생성이 된다.
JVM 이 .class 파일을 읽어서 클래스에 대한 정보를 Method Area 라는 곳에 저장하는데, 이 때 클래스 변수도 이 영역에 저장된다. 그래서 인스턴스에서 static 변수를 참조할 땐 이 영역을 찾게 되고, 모든 인스턴스는 클래스 변수를 공유해서 사용하게 된다.

System.out.println(Party.limit);

- 클래스 변수는 인스턴스를 생성하지 않아도 사용 가능하다. 클래스 이름으로 접근할 수 있다.

지역변수

메서드, 생성자, 초기화 블럭에 선언한 변수는 모두 지역변수이다. 메서드 블럭, 생성자 블럭, 초기화 블럭 { } 내에서만 사용되고 블럭이 끝나면 소멸된다.

 

메서드 선언하기

메서드는 선언부, 구현부로 이루어져 있다.

반환타입 메서드_이름(매개변수1, 매개변수2..) { // 선언부
    // 구현부
}

int add(int x, int y) {
    return x + y;
}

 

반환타입 - 메서드의 출력 결과의 자료형을 작성하면 된다. 반환값이 없는 경우는 void 라고 작성하면 된다.

메서드 이름 - 메서드가 어떤 일을 하는지 이름을 잘 정해서 작성하면 된다. (이름을 잘 정하는 건 어려운 일이다..) 메서드 이름은 lowCamelCase 규칙을 따른다.

매개변수 - '자료형 변수명' 짝을 지어 작성하면 된다. 각 매개변수는 쉼표 ',' 로 연결하면 된다. 자료형이나 변수명을 생략할 수 없다. 만약 매개변수가 필요 없다면 int add() 이렇게 비워두면 된다.

기본형 매개변수 - 매개변수가 원시 타입 (primitive type) 인 경우 기본형 값이 복사되서 메서드 내부에서 사용된다. 메서드 내부에서 기본형 매개변수의 값을 변경해도 메서드를 호출한 쪽에서의 원본은 변동이 없다.

참조형 매개변수 - 매개변수가 참조형일 경우 인스턴스의 주소 값이 복사되서 메서드 내부에서 사용된다. 메서드 내부에서 참조형 매개변수에 값을 변경하면 메서드를 호출한 쪽의 원본도 변경된다.

public class ParameterSample {

    public static void main(String[] args) {
        ParameterSample sample = new ParameterSample();

        int x = 1000;

        System.out.println("호출 전: " + x);
        sample.changeAndDisplay(x);
        System.out.println("호출 후: " + x);
    }

    void changeAndDisplay(int x) {
        x = 2000;
        System.out.println("Method 내부: " + x);
    }

}

// 출력 결과
// 호출 전: 1000
// Method 내부: 2000
// 호출 후: 1000

원시 타입의 매개변수를 넘겨서 메서드 내부에서 변경한다고 해도 원본 값에는 변동이 없다. 

class Data {
    int x;
}

public class ParameterSample {

    public static void main(String[] args) {
        ParameterSample sample = new ParameterSample();

        Data data = new Data();
        data.x = 1000;

        System.out.println("호출 전: " + data.x);
        sample.changeAndDisplay(data);
        System.out.println("호출 후: " + data.x);
    }

    void changeAndDisplay(Data data) {
        data.x = 2000;
        System.out.println("Method 내부: " + data.x);
    }

}

// 출력결과
// 호출 전: 1000
// Method 내부: 2000
// 호출 후: 2000

참조형 매개변수를 사용하는 경우 인스턴스의 주소 값을 넘긴다고 했다. 때문에 메서드 내부에서 주소 값을 이용해 인스턴스 변수 값을 변경하면, 해당 인스턴스 주소를 사용하는 쪽에서는 당연히 변경된 인스턴스 변수 값을 얻게 된다.

return - 메서드의 결과를 출력하는 keyword 이다. 이때 return 뒤에 작성하는 값, 변수는 위에서 작성한 반환타입과 자료형이 같아야 한다.
반환타입을 작성한 경우 return 문으로 값을 반환해야 한다. 반환타입이 없는 void 경우 return 문을 생략할 수 있는데, 사실 컴파일러가 return; 을 자동으로 붙여줘서 가능한 것이다. 

메서드의 매개변수를 잘 확인하는 것은 정말 중요하다. 매개변수가 적절한 값으로 잘 들어왔는지 확인하는 작업을 메서드의 시작 부분에서 하면 좋다.

static 메서드

인스턴스 변수에 static 을 붙이면 클래스 변수(static 변수) 가 된다고 했다. 메소드에도 static 을 붙일 수 있다. 

public class StaticMethod {

    static void show(String name) {
        System.out.println(name);
    }

    public static void main(String[] args) {
        StaticMethod.show("ohhhmycode");
    }

}

 

static 메서드도 인스턴스를 생성하지 않고 클래스명을 통해 접근해서 바로 사용이 가능하다.

static 메서드 내부에서는 static 변수만 사용가능하고, 인스턴스 변수는 사용할 수 없다.

인스턴스 변수는 인스턴스가 생성될 때 만들어진다고 했다. 때문에 인스턴스를 생성하지 않아도 사용할 수 있는 static 메서드는 메서드가 호출되었을 때 인스턴스 변수가 만들어지지 않은 상태일 수도 있다.

그래서 static 메서드에서는 인스턴스 변수의 사용을 금지하고 있다.

반대로 일반 method 에서는 static 변수, static 메서드 둘 다 참조하고 호출할 수 있다. 인스턴스 변수, 메서드가 있는 시점엔 클래스 변수, 메서드는 확실하게 존재하는 상태이기 때문이다.

static 메서드는 모든 인스턴스가 공통적으로 사용해야할 때, 메서드 내에서 인스턴스 변수를 사용하지 않는 경우에 static 메소드로 만드는 것을 고려해서 사용하면 된다. static 메서드는 메서드 호출 시간이 짧아지기 때문에 성능 향상의 이점이 있다고 한다.

오버로딩

메서드를 작성할 때 서로 구분할 수 있도록 각각 다른 메서드명으로 붙여줘야 한다. 자바에서는 같은 이름의 메서드가 있더라도 매개 변수의 개수나 타입이 다르면 서로 다르게 구분할 수 있다. 이를 오버로딩이라고 한다.

메서드 명이 같은데 매개변수까지 같다면 중복 오류가 발생한다. 매개 변수는 같은데 반환타입이 다르다고 해서 오버로딩 되지는 않는다.

오버로딩의 대표적인 예는 println 메서드라고 한다.

void println();
void println(int x);
void println(boolean x);
...

아래처럼 매개변수 명이 다르다고 오버로딩이 되지는 않는다.

int add(int a, int b);
int add(int x, int y);

 

가변인자 (varargs)

Jdk 1.5 부터 가변인자라는 기능을 이용해 매개변수를 동적으로 지정해 줄 수 있게 되었다.

'타입... 변수명' 이렇게 작성하면 된다. printf가 대표적인 예라고 한다.

public PrintStream printf(String format, Object ...args) {
    // ...
}

format 에 %d, %s 와 같은 것들이 몇 개나 등장할 지 모른다. 이때 동적으로 매개변수를 지정할 수 있는 가변인자를 사용하면 좋다.

위 처럼 가변인자는 매개변수 중에 항상 가장 마지막에 선언해야 한다.

String concat(String s1, String s2) { .. }
String concat(String s1, String s2, String s3) { .. }
String concat(String s1, String s2, String s3, String s4) { .. }

String concat(String... str) { .. }

// 위 처럼 매개변수가 몇 개가 올지 모르거나, 같은 형식으로 매개변수 숫자만 늘어날 때 가변인자를 사용하면 된다.

// 가변인자 메서드 호출

concat(); // 매개변수를 넘기지 않아도 된다.
concat("a", "b");
concat("a", "b", "c");
concat(new String[] { "a", "b", "c", "d" }); // 배열도 가능하다.

가변인자는 내부적으로 배열을 이용한다. 가변인자가 선언된 메서드를 호출할 때마다 배열이 새로 생성된다고 한다. 매번 배열을 생성하기 때문에 비효율적일 수 있기 때문에 필요할 때 잘 사용해야 될 것 같다.

메서드 내부에서는 아래 처럼 사용하면 된다.

String concat(String... str) { 
    for (String s : str) {
        // do something..
    }
}

주의할 것이 있다.

String concat(String delim, String... str);
String concat(String... str);

위의 오버로딩은 중복 에러가 발생한다. 위처럼 작성되어 있다고 가정하고 호출할 때는 다음과 같을 것이다.
concat("a", "b", "c");
concat("-", "b", "c");

어떤게 위에 메서드인지, 아래 메서드인지 구분할 수 없다. 그래서 컴파일러가 Ambiguous method call 에러를 알려준다.

 

생성자 정의하기

생성자는 new 연산자로 인스턴스를 생성할 때 호출되는 인스턴스 초기화 메서드다. 인스턴스가 생성될 때 실행되어야 하는 작업을 위해 사용되거나, 인스턴스 변수를 초기화하기 위해 사용된다.

생성자는 클래스 내에 선언되고, 메서드 처럼 생겼지만 다른점이 있다.

- 생성자의 이름은 클래스의 이름과 같다.
- 생성자는 반환 값이 없다. void 도 작성하지 않는다.

public class Party {
    
    int limit;
    String location;
    
    Party() {
    }
    
    Party(int limit, String location) {
    }
    
}

생성자도 오버로딩이 가능하다. 

Party partyA = new Party();
Party partyB = new Party(10, "Home");

new 연산자로 인스턴스화할 때 오른쪽에 작성한 것이 생성자였던 것이다. 

기본 생성자

모든 클래스에는 반드시 하나 이상의 생성자가 있어야 한다. 기본 생성자는 매개변수도 없고, 어떤 내용도 없는 생성자이다.

public class Party {

    int limit;
    String location;

    Party() { // 기본 생성자
    }

}

다른 생성자가 정의되어 있지 않다면 컴파일러가 기본 생성자는 자동으로 추가해준다.

매개 변수가 있는 생성자

매개 변수를 받는 생성자를 말한다. 인스턴스마다 다른 값으로 초기화하는 경우 매개 변수가 있는 생성자를 사용하는 것이 유용할 때가 많다.

public class Party {

    int limit;
    String location;

    Party() {
    }

    Party(int limit, String location) {
        this.limit = limit;
        this.location = location;
    }

}

 

Party party = new Party();
party.limit = 10;
party.location = "home";

Party party = new Party(10, "home"); // 더 간결하다.

기본 생성자를 사용해 초기화해주는 것 보다 매개 변수를 받아서 초기화 해주는 것이 더 간결하고 직관적이다.

생성자에서 다른 생성자 호출

생성자에서 다른 생성자를 호출할 수 있다. 이때도 규칙이 있다.

- 다른 생성자를 호출할 땐 this() 를 사용한다. this();, this(10, "home"); 이렇게 사용하면 된다.
- 다른 생성자를 호출할 땐 첫 줄에서만 호출이 가능하다. 

public class Party {

    int limit;
    String location;

    Party() {
    }

    Party(int limit) {
        this(10, "home"); // 다른 생성자 호출, 첫 줄 위에 코드를 작성하면 에러 발생
    }

    Party(int limit, String location) {
        this.limit = limit;
        this.location = location;
    }

}

 

this 키워드 이해하기

위에서 매개변수가 있는 생성자를 사용할 때 내부에서 this 라는 키워드를 사용했다. this 키워드를 사용하지 않았다면 아래 처럼 작성했어야 했다. 인스턴스 변수명과 구분하기 위해 언더바 _ 를 붙여줬다. 

Party(int _limit, String _location) {
    limit = _limit;
    location = _location;
}

this 는 참조변수로 인스턴스 자신을 가리키는 변수이다. this 에는 자신의 인스턴스의 주소가 저장되어 있고, 모든 생성자와 인스턴스 메서드에 지역변수로 숨겨진 상태로 존재한다.

this 키워드를 사용하면 매개변수로 들어온 변수와 구분해서 사용할 수 있게된다. 그래서 this.limit = limit; 라고 작성할 수 있었던 것이다.

static 메서드에서는 this 키워드를 사용할 수 없다. 인스턴스 변수를 사용하지 못하는 이유와 마찬가지로 static 메서드를 사용하는 시점엔 인스턴스가 없을 수 있기 때문이다.

 

References

www.geeksforgeeks.org/new-operator-java/
google.github.io/styleguide/javaguide.html#s5.2.2-class-names
자바의 정석 (www.yes24.com/Product/Goods/24259565)