자바 데이터 타입, 변수 그리고 배열

자바의 프리미티브 타입, 변수 그리고 배열을 사용하는 방법을 익힙니다.

• 우리가 주로 사용하는 값의 종류는 크게 문자와 숫자로 나눌 수 있으며 여기서 숫자는 다시 정수와 실수로 나뉜다.
  

• 기본형은 모두 8가지의 타입(자료형)이 있으며, 크게 논리형, 문자형, 정수형, 실수형으로 구분된다.
  

• 정수형은 가장 많이 사용되기에 타입이 4가지나 제공된다.
  

• 각 타입별로 범위가 다르기에 범위에 맞는 값을 사용하면 된다.
  

• boolean은 true와 false 두 값만 표현하면 되기에 1바이트면 충분하다.
  
  • 기본 값 : false
    
• char는 자바에서 유니코드(2 byte문자 체계)를 사용하기에 2byte
  
  • 기본 값 : \u0000
    
• byte는 크기가 1byte이므로 byte.
  
  • 기본 값 : 0
    
• int(4 byte)를 기준으로 짧게는 (2 byte) 길게는 (8 byte)를 취사선택한다.
  
  • 기본 값 : 0
    
• float은 실수값을 부동소수점(floating-point)방식으로 저장하기 때문에 float
  
  • 기본 값 : 0.0F
    
• double은 float보다 두 배의 크기(8byte)를 갖기 때문에 double
  
  • 기본 값 : 0.0
    

• 실수형은 정수형과 저장 방식이 다르기에 같은 크기라도 훨씬 큰 값을 표현할 수는 있지만, 오차가 발생할 수 있다. 그래서 정밀도(precision)가 중요한데, 정밀도가 높을수록 오차의 범위가 줄어든다.
  
• 위 표를 보면 float의 정밀도는 7자리로 10진수로 7자리의 수를 오차없이 저장할 수 있다는 의미다. 그렇기에 사용할 변수의 값의 범위가 7자리를 넘는다면 정밀도를 고려해 double 타입을 사용해야 한다.
  

자료형은 크게 '기본형(Primitive Type)' 과 참조형(Reference Type)으로 나눌 수 있다.

• 기본형(Primitive Type) : 논리형(boolean), 문자형(char), 정수형(byte, short, int, long), 실수형(float, double) 계산을 위한 실제 값을 저장한다.
  
• 참조형(reference type) : 객체의 주소를 저장한다. 기본적으로 Java.lang.Object를 상속받을경우 참조형이 된다. 즉, 기본형을 제외하고는 참조형이라 생각해도 된다.
  

좀 더 얘기하자면 기본형은 메모리영역의 스택영역에 실제 값들이 저장된다면, 참조형은 실제 인스턴스는 힙영역에 생성되있고, 그 영역의 주소를 스택영역에서 저장하고 있다고 보면 된다.

💡 그 자체로 값을 의미하는 것 

• 리터럴은 데이터 그 자체를 의미한다.
  

• 아래 그림에서 2020이 리터럴이다.
  

• 즉, 2020, 123, 3.14, “ABC” 와 같은 값들을 리터럴이라고 하는데 본래 이러한 값들은 상수라 불러야 하지만 프로그래밍에서는 상수를 '값을 한 번 저장하면 변경할 수 없는 저장공간'으로 정의했기 때문에 이와 구분하기 위해서 리터럴이라는 용어를 사용한다.
  

• 그러니 리터럴은 기존에 알고있던 상수의 다른 이름이라고 볼 수 있다.
  

🤔 인스턴스는 리터럴이 될 수 있을까?

• 인스턴스안의 값의 불변성(Imutable) 이 보장된다면 객체 리터럴이 될 수 있다.(불변 클래스(imutable class))
  

• 하지만 이렇게 불변성을 보장하도록 설계된 클래스를 제외하고 보통의 인스턴스는 동적으로 사용되고 내용이 변할 수 있기 때문에 객체 리터럴이 될 수 없다.
  

• 💬Ex: Java.lang.String 이나 java.awt.Color 같은 클래스는 내용이 변해야 하는 상황이면 새로운 객체를 만들어 내용의 불변성이 보장되기에 객체 리터럴이라 부른다.
  

변수를 사용하기위해서는 우선 변수를 선언해야 하며 아래 그림과 같이 선언합니다.

• 변수 타입 : 변수에 저장될 값이 어떤 타입(type)인지 지정하는 것.
  
• 변수 이름 : 변수에 붙힌 이름. 변수가 값을 저장할 수 있는 메모리 공간을 의미하므로 변수 이름은 이 메모리 공간에 이름을 붙혀주는 것.
  

이렇게 변수를 선언하면, 메모리의 빈 공간에 '변수타입'에 알맞은 크기의 저장공간이 확보되고, 변수 이름을 붙혀서 이 이름을 통해 해당 저장공간을 사용할 수 있게 된다.

💡 변수를 사용하기 전 처음으로 값을 저장하는 것

변수를 선언하면 메모리에 변수의 저장공간이 확보되어있지만, 여러 프로그램에 의해 공유되기 때문에 이 공간안에 어떠한 값이 저장되어있을지는 알 수 없다.

그렇기에 초기화(initialization)를 해줘야 한다.

• 변수에 값을 저장할 때는 대입 연산자 =을 사용한다. 위 그림을 보면 year라는 int 변수타입과 year라는 변수 이름을 가진 변수에게 2020이라는 값을 대입한다.
  

• 즉, 대입연산자의 우측의 있는 값을 좌측에 있는 변수에 저장한다.
  

• 변수의 종류에 따라 변수의 초기화를 생략할 수 있는 경우도 있지만, 변수는 사용되기 전에 적절한 값으로 초기화 하는 것이 좋다.
  

💬지역변수는 사용하기 전 반드시 초기화 해야 한다.

지역변수는 변수의 초기화로 충분하지만, 멤버변수의 초기화는 몇가지 방법이 더 있다.

: 변수 선언과 동시에 초기화 하는 것을 명시적 초기화라 하는데, 위에서 소개한 변수의 초기화와 동일하며, 클래스 및 지역변수 어디서든 사용가능하며 여러 초기화 방법중 최우선적으로 고려한다.

: 초기화 블럭은 클래스 초기화 블럭과 인스턴스 초기화 블럭으로 나뉜다.

class ExplicitInitialization {
  static {
	/*클래스 초기화 블럭 */
}
{
	/*인스턴스 초기화 블럭*/
}
}

• 클래스 초기화 블럭 : 클래스변수의 복잡한 초기화에 사용. 블럭내에서는 로직도 추가할 수 있기 때문에 명시적 초기화만으로 부족할 때 사용한다.
  

• 인스턴스 초기화 블럭 : 인스턴스 변수의 복잡한 초기화에 사용. 모든 생성자가 공통으로 수행해야 하는 로직이 있을 때 사용한다.
  

: 생성자는 말 그대로 인스턴스 생성시에 생성자 함수 안에서 명시적 초기화가 이뤄진다.

스코프는 한글로 풀어보자면 범위이다. 즉, 변수의 스코프는 변수의 범위라는건데 이 범위는 키워드와 선언된 블럭위치에 따라서 달라진다.

class A {
  int instanceValue; //인스턴스 변수
  static int classValue;//클래스 변수(static, 공유 변수)
       
  void method(){
    int localValue = 0; //지역 변수
  }
}

클래스 내부에 선언되는 변수를 멤버변수라 한다. 여기서 static키워드가 붙은 변수를 클래스 변수, static 키워드가 없는 변수를 인스턴스 변수라 한다. 그리고 메서드 내부에 있는 localValue는 지역변수이다. 이 셋 모두의 범위와 생성시기는 다르다.

1) 인스턴스 변수(instance variable)

• 클래스 영역에 선언되며, 클래스의 인스턴스를 생성할 때 만들어진다. 그렇기에 인스턴스 변수 값을 읽어오거나 저장하기 위해서는 먼저 인스턴스를 생성해야 한다.
  

• 인스턴스 별로 별도의 저장공간을 확보하기에 인스턴스별 다른 값을 가질 수 있다.
  

• Ex: 아이스크림이라는 클래스의 돼지바 라는 인스턴스는 1000원이라는 가격과 쿠키라는 속성을 가진다.
  

2) 클래스 변수(class variable)

• 멤버변수에 static 키워드를 붙힐 경우 클래스 변수가 되며 한 클래스의 모든 인스턴스가 값을 공유한다.
  

• 클래스 변수는 인스턴스를 생성하지 않고 클래스가 메모리에 올라갔을때 선언되기 때문에 인스턴스에서는 언제든 바로 접근해서 사용할 수 있다.
  

• 그렇기에 어디서나 접근 할 수 있는 전역변수(global variable)의 성격을 가진다.
  

class LottoTicket {
  public static final LOTTO_PRICE = 1000;
  ...
}
public static void main(String[] args) {
  //LottoPrice: 1000
  System.out.println("LottoPrice: "+ LottoTicket.LOTTO_PRICE);
}

3) 지역 변수(local variable)

• 메소드 내에 선언되어 메소드 내에서만 사용 가능하며 메소드 종료와 함께 소멸된다.
  

• for문이나 while문같은 반복문도 동일하게 블럭내에서 선언된 지역변수는, 블럭을 벗어나면 소멸된다.
  

public static void main(String[] args) {
  	  for (int i = 0; i < 10; i++) {
        System.out.println("i = " + i);
    }
    System.out.println("i = " + i);//Checked Exception 발생
}

⇒ 프로그램 실행도중 클래스에 대한 정보가 요구될 때 클래스는 메모리에 로딩된다.
(만약 이미 메모리에 로딩되어 있다면 또다시 로딩하지는 않는다.)

class InitTest {
  static int classValue = 1;
  int instanceValue = 1;
  
  static {
	  classValue = 2;
  }
  InitTest() {
	  instanceValue = 3;
  }
}

• 클래스변수 초기화(1~3): 클래스가 처음 메모리에 로딩될 때 차례대로 수행된다.

• 인스턴스변수 초기화(4~7): 인스턴스를 생성할 때 차례대로 수행한다.

• 클래스 변수는 항상 인스턴스 변수보다 먼저 생성및 초기화된다.

💡 변수 또는 상수의 타입을 다른 타입으로 변환하는 것

프로그램을 작성하다보면 서로 다른 타입간의 연산을 수행해야 하는 경우가 있다. 이럴 때 연산을 수행하기 전 서로의 타입을 일치시켜야하는데, 이렇게 변수나 리터럴의 타입을 다른 타입으로 변환하는 것을 형변환이라 한다.

💡 (type)operand

• 변환할 변수나 리터럴 앞에 타입을 괄호와 함께 붙혀주기만 하면 된다. 이 때 형변환 연산자는 그저 피연산자의 값을 읽어서 지정된 타입으로 형변환하고 그 결과를 반환할 뿐이기에 기존의 변수나 리터럴이 변화되지는 않는다.
  

double value = 123.456;
int score = (int)value;
System.out.println(value == 123.456); //true

• 기본형(primitive type) 변수는 boolean을 제외한 나머지 타입은 서로 형변환이 가능하다.
  
• 하지만, 타입간에는 각각이 가지는 범위(크기)가 다르기 때문에 형변환을 통해 크기의 차이만큼 값이 잘려나감으로써 값 손실(loss of data)이 발생할 수 있다.
  

• 경우에 따라 형변환을 생략할 수 있다. 그래도 컴파일러가 생략된 형변환을 자동으로 추가한다.
  
• 하지만, 저장될 변수 타입의 범위가 더 작은 경우 에러가 발생하는데 이는 더 작은 값으로 할당되며 값 손실이 발생할 수 있기 때문이며 이를 이미 알고 명시적으로 형변환을 작성해주면 에러를 발생시키지 않는다.
  

byte b = 10000; //에러 발생. byte의 범위는 -128~127이다.
byte c = (byte)10000; //명시적 형변환으로 에러가 발생하지 않는다.

💡 기존의 값을 최대한 보존할 수 있는 타입으로 자동 형변환한다.

• 표현범위가 좁은 타입에서 넓은 타입으로 형변환 할 때 값 손실이 없기에 두 타입 중 표현범위가 더 넓은 쪽으로 형변환이 된다.

기본형의 자동 형변환의 방향

1. 배열의 선언

• 배열의 선언은 타입 뒤 혹은 변수이름뒤에 대괄호([])를 붙히면 된다.

2. 배열의 생성

타입[] 변수이름 = new 타입[길이];

• new연산자를 사용해 배열의 타입과 길이를 지정하면 메모리에 해당 길이만큼 영역을 확보한다.
• 💬 이때 배열의 길이는 최초 생성시 선언한 길이에서 정적이므로 길이의 변경을 원할 때는 새로운 배열을 생성해줘야 한다.
  

• 배열은 1차원 뿐 아니라 다차원 배열도 선언해서 사용할 수 있다.
• 다차원의 차원간 선언방법의 차이는 대괄호([])의 갯수 차이이다. 대괄호가 1개이면 1차원, 2개이면 2차원으로 메모리가 허용하는 한도까지 차원을 높힐 수 있다.
  

1. 1차원 배열의 선언

int[] oneDimensionalArray = new int[5]{1, 2, 3, 4, 5};

메모리에 올라간 1차원 배열

2. 2차원 배열의 선언

int[][] twoDimensionalArray = new int[2][2]{{1, 2}, {3, 4}};

메모리에 올라간 2차원 배열

• 2차원 배열은 각각의 대괄호를 행/열로 보면 좀 더 알기 쉽다 예를들어 new int[행][열]로 본다고 할 때 위에 코드인 twoDimensionalArray 는 2행 2열짜리 2차원 배열인 것이다.

• 자바 컴파일러에서 타입을 추론하는 것을 Type Inference이라 한다.
• 이 타입추론을 하기 위해 메소드 호출과 호출할 때 사용하는 인수(혹은 인수들)을 결정하기위한 선언부를 살펴본다.
• 추론 알고리즘(inference algorithm)을 통해 인수 타입을 결정하고 가능하다면 결과가 할당되는 타입(인수타입)이나 반환 타입도 추론한다.

static <T> T pick(T a1, T a2) { return a2; }
public static void main(String[] args) {
  	  Serializable d = pick("d", new ArrayList<String());
}

• 추론 알고리즘은 모든 인자와 어울리는 선에서 가장 구체적인 타입을 찾는데, 위 코드를 보면 pick 메소드의 매개변수는 T이고 메소드의 매개변수 a1, a2 둘 다 T 타입이다.
  
• 하지만 pick 메소드를 호출하면서 첫 번째 인자로 String을 주고 두 번째 인자로 ArrayList를 주었다. 이런 경우 모든 인자에 어울리는 선(공통 부모)란 Serializable으로 String과 ArrayList 둘 다 Serializable을 구현하고 있기 때문이다.

• 타입추론덕분에 generic 메소드를 사용할 때 보통의 메소드처럼 특정 타입을 명시하지 않은 채로 호출할 수 있다.
  

public class BoxDemo {
	  public static <U> void addBox(U u, java.util.List<Box<U>> boxes) {
			  Box<U> box = new Box<>();
			  box.set(u);
			  boxes.add(box);
	  }
}
public static <U> void outputBoxes(java.util.List<Box<U>> boxes) {
    int counter = 0;
    for (Box<U> box: boxes) {
      U boxContents = box.get();
      System.out.println("Box #" + counter + " contains [" +
             boxContents.toString() + "]");
      counter++;
    }
  }

  public static void main(String[] args) {
    java.util.ArrayList<Box<Integer>> listOfIntegerBoxes =
      new java.util.ArrayList<>();
    BoxDemo.<Integer>addBox(Integer.valueOf(10), listOfIntegerBoxes); //---(1)
    BoxDemo.addBox(Integer.valueOf(20), listOfIntegerBoxes);//---(2)
    BoxDemo.addBox(Integer.valueOf(30), listOfIntegerBoxes);
    BoxDemo.outputBoxes(listOfIntegerBoxes);
  }
}

(1) : addBox라는 generic 메소드를 호출할 때 <Integer> type witness와 함께 type parameter를 명시하여 사용할 수 있다.
(2) : Java 컴파일러가 메소드의 인자로부터 자동으로 Integer type임을 추론해주기 때문에 type witness를 생략할 수도 있다.

• Java 컴파일러가 컨텍스트로부터 타입추론이 가능하다면 Generic 클래스의 생성자를 호출하기 위해 필요한 type arguments를 비어있는 type witness(<>, the diamond)로 대체할 수 있다.

List<String> myList1 = new ArrayList<String>();
List<String> myList2 = new ArrayList<>();

• 클래스가 Generic/non-generic 인지 그 여부와 관계없이 생성자는 generic일 수 있다.

class MyClass<X> {
  <T> MyClass(T t) {
    // ...
  }
}

public static void main(String[] args) {
  MyClass<Integer> myInstance = new MyClass<Integer>("");
}

• MyClass의 type 매개변수 X에는 Integer가 들어가지만 생성자의 type 매개변수 T에는 String이 들어간다.
  

Java SE 7이전에는 컴파일러에서 실제 type argument를 작성해 타입 추론을 할 수 있었지만,
Java SE 7이후로 컴파일러는 the diamond(<>)를 사용하는 경우 다음과 같이 generic 클래스의 실제 type argument까지 추론이 가능하다.

MyClass<Integer> myInstance = new MyClass<>("");

• Java 컴파일러는 generic method invocation의 type argument를 추론하기 위해 target typing의 이점을 이용한다.
• 표현식의 target type이란 표현식이 나타낸 위치에 의존하여(컨텍스트 의존) Java 컴파일러가 기대하는 데이터 타입이다.
  

static <T> List<T> emptyList() { return new ArrayList<>(); }
List<String> listOne = Collections.emptyList();

• 위 코드는 Collection API의 emptyList 함수를 이용해 List<String> 객체를 반환한다.
• 이런 데이터 타입을 Target Type이라 하는데, emptyList 함수가 List<T> 타입을 리턴하기에 컴파일러에서 type argument T가 반드시 String일 것이라고 추론한다.
• 물론, type witness를 사용해 명시적 선언을 해줄 수도 있지만 위 코드에서는 불필요하다.
  

List<String> listOne = Collections.<String>emptyList(); //불필요한 witness 

• 하지만, Type Witness가 필요한 경우도 있다.

void processStringList(List<String> stringList) {
  	  //process stringList
}
public static void main(String[] args) {
	  processStringList(Colections.emptyList());
}

• 위 코드에서 메소드 호출은 정상적으로 동작할까?
• Java SE 7 컴파일러에서는 컴파일 되지 않고 에러가 발생하며 아래와 같은 에러 메세지가 출력된다.

List<Object> cannot be converted to List<String> 

• 이런 에러가 발생하는 이유는 컴파일러는 type argument T를 위한 value를 필요한데, 아무것도 주어지지 않았기에 Object를 value로 삼게된다.
• 그 결과 Collections.emptyList()는 List<Object> 객체를 리턴하며 이는 processStringList에서 호환하지않는 인수타입이기에 에러가 발생한다.
• 그렇기에 Java SE 7에서는 type witness를 명시해줘야 한다.

processStringList(Colections.<String>emptyList());

• 하지만, Java SE 8 부터는 위와 같은 경우에도 type witness를 명시해주지 않아도 Target type을 결정할 때 메소드의 argument도 살피도록 확장되었기 때문에 에러가 발생하지 않는다.
• 그렇기 때문에 Java SE 8이상에서는 위의 type witness가 없는 메소드 호출도 정상적으로 동작할 것이다.
  

• Java 10부터 추가된 특징중 하나인 Local Variable Type Inference은 로컬 변수 선언을 var를 이용하여 기존의 엄격한 타입 선언방식에서 컴파일러에게 타입추론 책임을 위임할 수 있게 되었다.

var list = new ArrayList<String>(); //infers ArrayList<String>
var stream = list.stream();//infers Stream<String>

• 초기화된 로컬 변수 선언시
• 반복문에서 지역변수 선언 시(enhanced for loop포함)

1. 지역변수 선언

var numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);

for (var i = 0; i < numbers.size(); i++) {
    System.out.println("numbers = " + numbers.get(i));
}

2. forEach

var numbers = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);

for (var number : numbers) {
    System.out.println(number);
}

• 기존에는 Object타입으로 받아서 형변환을 하거나 IDE가 아닌 개발자가 직접 타입추론해 명시적 타입선언을 해줬는데 var를 사용하여 훨씬 편하게 타입선언이 가능해진다.
  

3. Lambda (Java 11)

IntBinaryOperator plus10 = (@NonNull var one, @NonNull var two) -> one + two + 10;

• Java 11부터는 람다 인자에도 var사용이 가능해졌는데, 이를 통해 파라미터 어노테이션 사용까지 가능해졌다.
• 참고: 비어있는 type witness를 사용하면 Object로 추론한다.

https://github.com/whiteship/live-study/issues/2

https://blog.naver.com/hsm622/222144931396
https://www.notion.so/damho1104/2-38b5d67c7f5a48238529bb8f1617ea0d
https://velog.io/@jaden_94/2%EC%A3%BC%EC%B0%A8-%ED%95%AD%ED%95%B4%EC%9D%BC%EC%A7%80
https://github.com/kksb0831/Practice_project/blob/master/Java_Study_02.md
https://catsbi.oopy.io/6541026f-1e19-4117-8fef-aea145e4fc1b
https://www.notion.so/2-00ffb2aeb41d450aa446675b8a9e91d5
https://b-programmer.tistory.com/225
https://github.com/yeo311/java-study-with-whiteship/tree/main/week2
https://blog.naver.com/swoh1227/222149491648
https://catch-me-java.tistory.com/14
https://catch-me-java.tistory.com/15
https://catch-me-java.tistory.com/16
https://catch-me-java.tistory.com/17
https://catch-me-java.tistory.com/18
https://catch-me-java.tistory.com/19
https://catch-me-java.tistory.com/20
https://docs.google.com/presentation/d/1Ni0FMbVBSTxiOWHvp928quGT8sTjTG_ZuAWxaCFGT1E/edit?usp=sharing
https://github.com/league3236/startJava/blob/master/live_study/week2.md
https://github.com/Rebwon/TIL/blob/master/live-study/second.md
https://github.com/yeGenieee/java-live-study/blob/main/%5B2%5DJava%20Live%20Study.md
https://scshim.tistory.com/169
https://www.notion.so/2-4bc4a76a553d46b78d7ad1af6fa7df2b