Chapter 06 | 클래스

종이·2023년 2월 12일
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6.1 객체 지향 프로그래밍

현실 세계에서 어떤 제품을 만들 때 부품을 먼저 만들고, 이 부품들을 하나씩 조립해서 완성품을 만든다.
소프트웨어를 개발할 때에도 부품에 해당하는 객체들을 먼저 만들고, 이 객체들을 하나씩 조립해서 완성된 프로그램을 만드는 기법을 객체 지향 프로그래밍Object Oriented Programming이라고 한다.

객체object : 물리적으로 존재하거나 개념적인 것 중에서 다른 것과 식별 가능한 것

ex) 물리적: 자동차, 자전거, 책 등 개념적 : 학과, 강의, 주문 등

객체는 속성과 동작으로 구성된다.
사람은 이름, 나이 등의 속성과 웃다, 걷다 등의 동작이 있고, 자동차는 색상, 모델명 등의 속성과 달린다, 멈춘다 등의 동작이 있다.
자바는 이러한 속성과 동작을 각각 필드field와 메소드method라고 부른다.

객체 모델링object modeling : 현실 세계의 객체를 소프트웨어 객체로 설계하는 것

객체의 상호작용

현실 세계에서 일어나는 모든 현상은 객체와 객체 간의 상호작용으로 이루어져 있다.
객체 지향 프로그램에서도 객체들은 다른 객체와 서로 상호작용하면서 동작한다.

객체들 사이의 상호작용 수단은 메소드이다.
객체가 다른 객체의 기능을 이용할 때 이 메소드를 호출한다.

메소드 호출은 다음과 같은 형태를 가지고 있다. 메소드(매개값1, 매개값2, ...);
메소드 호출을 통해 객체들은 데이터를 서로 주고받는다.
메소드 이름과 함께 전달하고자 하는 데이터를 괄호()안에 기술하는데, 이러한 데이터를 매개값이라고 한다.
매개값은 메소드가 실행할 때 필요한 값이다.
리턴값은 메소드의 실행의 결과이며, 호출한 곳으로 돌려주는 값이다.

객체 간의 관계

객체는 단독으로 존재할 수 있지만 대부분 다른 객체와 관계를 맺고 있다.
관계의 종류에는 집합 관계, 사용 관계, 상속 관계가 있다.

  • 집합 관계
    완성품과 부품의 관계를 말한다.
    ex) 자동차는 엔진, 타이어, 핸들 등으로 구성되므로 자동차와 부품들은 집합 관계라고 볼 수 있다.

  • 사용 관계
    다른 객체의 필드를 읽고 변경하거나 메소드를 호출하는 관계를 말한다.
    ex) 사람이 자동차에게 달린다, 멈춘다 등의 메소드를 호출하면 사람과 자동차는 사용관계라고 볼 수 있다.

  • 상속 관계
    부모와 자식 관계를 말한다.
    자동차가 기계의 특징(필드, 메소드)을 물려받는다면 기계(부모)와 자동차(자식)는 상속 관계에 있다고 볼 수 있다.

객체 지향 프로그래밍의 특징

  • 캡슐화
    캡슐화Encapsulation란 객체의 데이터(필드), 동작(메소드)을 하나로 묶고 실제 구현 내용을 외부에 감추는 것을 말한다. 외부 객체는 객체 내부의 구조를 알지 못하며 객체가 노출해서 제공하는 필드와 메소드만 이용할 수 있다.
    필드와 메소드를 캡슐화하여 보호하는 이유는 외부의 잘못된 사용으로 인해 객체가 손상되지 않도록 하는데 있다.
    자바 언어는 캡슐화된 멤버를 노출시킬 것인지 숨길 것인지를 결정하기 위해 접근 제한자Access Modifier를 사용한다.

  • 상속
    객체 지향 프로그래밍에서는 부모 역할의 상위 객체와 자식 역할의 하위 객체가 있다.
    부모 객체가 가지고 있는 필드와 메소드를 자식 객체에게 물려주어 자식 객체가 사용할 수 있도록 하는 것이 상속Inheritance이다.
    상속은 코드의 재사용성을 높여주고, 유지 보수 시간을 최소화시켜 준다.

  • 다형성
    다형성Polymorphism이란 사용 방법은 동일하지만 실행 결과가 다양하게 나오는 성질을 말한다.
    자동차의 부품을 교환하면 성능이 다르게 나오듯이 프로그램을 구성하는 객체(부품)를 바꾸면 프로그램의 실행 성능이 다르게 나올 수 있다.

6.2 객체와 클래스

객체를 생성하려면 설계도에 해당하는 클래스class가 필요하다.
클래스로부터 생성된 객체를 해당 클래스의 인스턴스instance라고 부른다.
클래스로부터 객체를 만드는 과정을 인스턴스화라고 한다.
동일한 클래스로부터 여러 개의 인스턴스를 만들 수 있다.

6.3 클래스 선언

클래스 선언은 객체 생성을 위한 설계도를 작성하는 작업이다.
클래스 선언은 소스 파일명과 동일하게 다음과 같이 작성한다.

[클래스명.java]
//클래스 선언
public class 클래스명{
}

public class는 공개 클래스를 선언한다는 뜻이다.
클래스명은 첫 문자를 대문자로 하고 캐멀 스타일로 작성한다.
숫자를 포함해도 되지만 첫 문자는 숫자가 될 수 없고, 특수 문자 중 $, _를 포함할 수 있다.

하나의 소스 파일은 복수 개의 클래스 선언을 포함할 수 있다.
복수 개의 클래스 선언이 포함된 소스 파일을 컴파일하면 바이트코드 파일은 클래스 선언 수만큼 생긴다.

하나의 소스 파일에 복수 개의 클래스를 선언할 때 주의할 점은 소스 파일명과 동일한 클래스만 공개 클래스로 선언할 수 있다.

공개 클래스public class : 어느 위치에 있든 패키지와 상관없이 사용할 수 있는 클래스

특별한 이유가 없다면 소스 파일 하나당 클래스 하나를 선언하는 것이 좋다.

6.4 객체 생성과 클래스 변수

클래스로부터 객체를 생성하려면 객체 생성 연산자인 new가 필요하다. new 클래스()
new 연산자 뒤에는 생성자 호출 코드가 오는데 클래스() 형태를 가진다.
new 연산자는 객체를 생성시킨 후 객체의 주소를 리턴하기 때문에 클래스 변수에 다음과 같이 대입할 수 있다.

클래스 변수 = new 클래스();

클래스의 두 가지 용도

  • 라이브러리library 클래스 : 실행할 수 없으며 다른 클래스에서 이용하는 클래스
  • 실행 클래스 : main()메소드를 가지고 있는 실행 가능한 클래스

일반적으로 자바는 하나의 실행 클래스와 여러 개의 라이브러리 클래스들로 구성된다.
실행 클래스는 실행하면서 라이브러리 클래스를 내부에서 이용한다.

6.5 클래스의 구성 멤버

클래스 선언에는 객체 초기화 역할을 담당하는 생성자와 객체의 포함될 필드와 메소드를 선언하는 코드가 포함된다.
생성자, 필드, 메소드를 클래스 구성 멤버라고 한다.

  • 필드
    필드Field는 객체의 데이터를 저장하는 역할을 한다. 선언 형태는 변수 선언과 비슷하지만 쓰임새는 다르다.

  • 생성자
    생성자Constructor는 new 연산자로 객체를 생성할 때 객체의 초기화 역할을 담당한다. 선언 형태는 메소드와 비슷하지만, 리턴 타입이 없고 이름은 클래스 이름과 동일하다.

  • 메소드
    메소드Method는 객체가 수행할 동작이다. 다른 프로그램 언어에서는 함수라고 하기도 하는데, 객체 내부의 함수는 메소드라고 부른다. 메소드는 객체와 객체간의 상호 작용을 위해 호출된다.

6.6 필드 선언과 사용

필드Field는 객체의 데이터를 저장하는 역할을 한다.
객체의 데이터에는 고유 데이터, 현재 상태 데이터, 부품 데이터가 있다.

필드 선언

필드 선언은 변수 선언과 동일한 방법이지만, 반드시 클래스 블록에서 선언되어야만 필드 선언이 된다.

타입 필드명 [ = 초기값];
  • 필드와 (로컬)변수의 차이점
구분필드(로컬)변수
선언 위치클래스 선언 블록생성자, 메소드 선언 블록
존재 위치객체 내부에 존재생성자, 메소드 호출 시에만 존재
사용 위치객체 내,외부 어디든 사용생성자, 메소드 블록 내부에서만 사용

타입은 필드에 저장할 데이터의 종류를 결정한다.
기본 타입과 참조 타입이 모두 가능하다.
필드명은 첫 문자를 소문자로 하되, 캐멀 스타일로 작성하는 것이 관례이다.

//예제
class class Car{
	String model = "그랜저";      //고유 데이터 필드
    int speed = 300;            //상태 데이터 필드
    boolean start = ture;      //상태 데이터 필드
    Tire tire = new Tire();   //부품 객체 필드
}

초기값을 제공하지 않을 경우 필드는 객체 생성 시 자동으로 기본값으로 초기화된다.
정수 타입 필드는 0, 실수 타입 필드는 0.0, 그리고 boolean필드는 false로 초기화된다.

필드 사용

필드를 사용한다는 것은 필드값을 읽고 변경하는 것을 말한다.
필드를 선언했다고 해서 바로 사용할 수 있는 것은 아니다.
필드는 객체의 데이터이므로 객체가 존재하지 않으면 필드도 존재하지 않는다.

클래스로부터 객체가 생성된 후에 필드를 사용할 수 있다.
필드는 객체 내부의 생성자와 메소드 내부에서 사용할 수 있고, 객체 외부에서도 접근해서 사용할 수 있다.

객체 내부에서는 단순히 필드명으로 읽고 변경할 수 있지만 외부 객체에서는 참조 변수와 도트(.) 연산자를 이용해서 필드를 읽고 변경해야 한다.
도트(.)는 객체 접근 연산자로, 객체가 가지고 있는 필드나 메소드에 접근하고자 할 때 참조 변수 뒤에 붙인다.

6.7 생성자 선언과 호출

new 연산자는 객체를 생성한 후 연이어 생성자Constructor를 호출해서 객체를 초기화하는 역할을 한다.
객체 초기화란 필드 초기화를 하거나 메소드를 호출해서 객체를 사용할 준비를 하는 것을 말한다.

클래스 변수 = new 클래스(); //생성자 호출

생성자가 성공적으로 실행이 끝나면 new 연산자는 객체의 주소를 리턴한다.
리턴된 주소는 변수에 대입되어 객체의 필드나 메소드에 접근할 때 이용된다.

기본 생성자

모든 클래스는 생성자가 존재하며, 하나 이상을 가질 수 있다.
클래스에 생성자 선언이 없으면 컴파일러는 다음과 같은 기본 생성자Default Constructor를 바이트코드 파일에 자동으로 추가시킨다.

[public] 클래스() {}

클래스가 public class로 선언되면 기본 생성자도 public이 붙지만, 클래스가 public 없이 class로만 선언되면 기본 생성장제도 public이 붙지 않는다. 예를 들어 Car 클래스를 설계할 때 생성자를 생략하면 기본 생성자가 다음과 같이 생성된다.

//소스 파일(Car.java)
public class Car{
}

->  컴파일

//바이트코드 파일(Car.class)
public class Car{
	public Car() {}
    //자동 추가
}

그렇기 때문에 다음과 같이 new 연산자 뒤에 기본 생성자를 호출할 수 있다.

Car myCar = new Car();

그러나 개발자가 명시적으로 선언한 생성자가 있다면 컴파일러는 기본 생성자를 추가하지 않는다.
개발자가 생성자를 선언하는 이유는 객체를 다양하게 초기화하기 위해서이다.

생성자 선언

객체를 다양하게 초기화하기 위해 개발자는 생성자를 다음과 같이 직접 선언할 수 있다.

클래스(매개변수, ...){
	//객체의 초기화 코드
}
//위의 블록이 생성자 블록

생성자는 메소드와 비슷한 모양을 가지고 있으나, 리턴 타입이 없고 클래스 이름과 동일하다..
매개변수는 new 연산자로 생성자를 호출할 때 매개값을 생성자 블록 내부로 전달하는 역할을 한다.

//예를 들어 다음과 같이 Car 생성자를 호출할 때 3개의 매개값을 블록 내부로 전달한다고 가정해보자
Car myCar = new Car("그랜저", "검정", 300);

//3개의 매개값을 순서대로 매개변수로 대입 받기 위해서는 다음과 같이 생성자가 선언되어야 한다

public class Car{
	Car(String model, String color, int maxSpeed){...}
}

필드 초기화

객체마다 동일한 값을 갖고 있다면 필드 선언 시 초기값을 대입하는 것이 좋고, 객체마다 다른 값을 가져야 한다면 생성자에서 필드를 초기화하는 것이 좋다.

예를 들어 Korean 클래스를 선언한다고 가정해보자. 한국인이므로 nation(국가)은 대한민국으로 동일한 값을 가지지만, name(이름)과 ssn(주민등록번호)는 한국인마다 다르므로 생성자에서 초기화하는 것이 좋다

public class Korean{
	//필드 선언
    String nation = "대한민국;"
    String name;
    String ssn;
    
    //생성자 선언
    public Korean(String n, String s){
    	name = n;
        ssn = s;
        }
    }

생성자의 매개값은 new 연산자로 생성자를 호출할 때 주어진다. k1과 k2가 참조하는 객체는 주어진 매개값으로, name과 ssn 필드가 각각 초기화된다.

Korean k1 = new Korean("박자바", "011225-1234567");
Korean k2 = new Korean("김자바", "930525-0654321");

매개변수의 이름이 너무 짧으면 코드 가독성이 좋디 않기 때문에
가능하면 초기화시킬 필드명과 동일한 이름을 사용하는 것이 좋다.

생성자 오버로딩

매개값으로 객체의 필드를 다양하게 초기화하려면 생성자 오버로딩이 필요하다.

오버로딩(Overlodaing): 매개변수를 달리하는 생성자를 여러 개 선언하는 것

public class Car{
	Car(){...}
    Car(String model){...}
    Car(String model, String color){...}
    Car(String model, String color, int maxSpeed){...}
    }
//생성자 오버로딩 : 매개변수의 타입, 개수, 순서가 다르게 여러 개의 생성자 선언

매개변수의 타입과 개수 그리고 선언된 순서가 똑같을 경우 매개변수 이름만 바꾸는 것은 생성자 오버로딩이 아니다.
생성자가 오버로딩되어 있을 경우, new 연산자로 생성자를 호출할 때 제공되는 매개값의 타입과 수에 따라 실행될 생성자가 결정된다.

package CH06;

public class Car {
    //필드 선언
    String company = "현대자동차";
    String model;
    String color;
    int maxSpeed;

    //생성자 선언
    Car() {}


    Car(String model){
        this.model = model;
    }

    Car(String model, String color){
        this.model = model;
        this.color = color;
    }

    Car(String model, String color, int maxSpeed){
        this.model = model;
        this.color = color;
        this.maxSpeed = maxSpeed;
    }
}

package CH06;

public class CarExample {
    public static void main(String[] args) {
        Car car1 = new Car();
        System.out.println("car1.company : " + car1.company);
        System.out.println();

        Car car2 = new Car("자가용");
        System.out.println("car2.company :  " + car2.company);
        System.out.println("car2.model : " + car2.model);
        System.out.println();

        Car car3 = new Car("자가용", "빨강");
        System.out.println("car3.company :  " + car3.company);
        System.out.println("car3.model : " + car3.model);
        System.out.println("car3.color : " + car3.color);
        System.out.println();

        Car car4 = new Car("택시", "검정", 200);
        System.out.println("car4.company :  " + car4.company);
        System.out.println("car4.model : " + car4.model);
        System.out.println("car4.color : " + car4.color);
        System.out.println("car4.maxSpeed : " + car4.maxSpeed);
        System.out.println();
    }
}
실행 결과
car1.company : 현대자동차

car2.company :  현대자동차
car2.model : 자가용

car3.company :  현대자동차
car3.model : 자가용
car3.color : 빨강

car4.company :  현대자동차
car4.model : 택시
car4.color : 검정
car4.maxSpeed : 200

다른 생성자 호출

생성자 오버로딩이 많아질 경우 생성자 간의 중복된 코드가 발생할 수 있다.
매개변수의 수만 달리하고 필드 초기화 내용이 비슷한 생성자에서 이러한 중복 코드를 많이 볼 수 있다.

이 경우에는 공통 코드를 한 생성자에만 집중적으로 작성하고, 나머지 생성자는 this(...)를 사용하여
공통 코드를 가지고 있는 생성자를 호출하는 방법으로 개선할 수 있다.

Car(String model){
	this(model, "은색", 250);
}

Car(String model, String color){
	this(model, color, 250);
}

Car(String model, String color, int maxSpeed){
	this.model = model;
    this.color = color;
    this.maxSpeed = maxSpeed;
}

this(매개값,...)는 생성자의 첫 줄에 작성되며 다른 생성자를 호출하는 역할을 한다.
호출하고 싶은 생성자의 매개변수에 맞게 매개값을 제공하면 된다.
this() 다음에는 추가적인 실행문을 작성할 수 있는데, 호출되는 생성자의 실행이 끝나면 원래 생성자로 돌아와서 다음 실행문을 실행한다.

//예제
package CH06;

public class Car {
    //필드 선언
    String company = "현대자동차";
    String model;
    String color;
    int maxSpeed;

    //생성자 선언
    Car(String model){
        this(model, "은색", 250);
    }

    Car(String model, String color){
        this(model, color, 250);
    }
    Car(String model, String color, int maxSpeed){
        this.model = model;
        this.color = color;
        this.maxSpeed = maxSpeed;
    }
}

package CH06;

public class CarExample {
    public static void main(String[] args) {

        Car car1 = new Car("자가용");
        System.out.println("car1.company :  " + car1.company);
        System.out.println("car1.model : " + car1.model);
        System.out.println();

        Car car2 = new Car("자가용", "빨강");
        System.out.println("car2.company :  " + car2.company);
        System.out.println("car2.model : " + car2.model);
        System.out.println("car2.color : " + car2.color);
        System.out.println();

        Car car3 = new Car("택시", "검정", 200);
        System.out.println("car3.company :  " + car3.company);
        System.out.println("car3.model : " + car3.model);
        System.out.println("car3.color : " + car3.color);
        System.out.println("car3.maxSpeed : " + car3.maxSpeed);
        System.out.println();
    }
}

6.8 메소드 선언과 호출

메소드 선언 : 객체의 동작을 실행 블록으로 정의하는 것

메소드 호출 : 실행 블록을 실제로 실행하는 것

메소드 선언

리턴 타입 : 메소드가 실행한 후 호출한 곳으로 전달하는 결과값의 타입

리턴값이 없는 메소드는 void로 작성해야 한다.

void powerOn(){...}
double divide(int x, int y) {...}

리턴 타입이 있는 메소드는 실행 블록 안에서 return 문으로 리턴값을 반드시 지정해야 한다.

  • 메소드명
    메소드명 첫 문자를 소문자로 시작하고, 캐멀 스타일로 작성한다.

  • 매개변수
    매개변수는 메소드를 호출할 때 전달한 매개값을 받기 위해 사용된다.
    전달할 매개값이 없다면 매개변수는 생략할 수 있다.

  • 실행 블록
    메소드 호출 시 실행되는 부분이다.

//예제
package CH06;

public class Calculator {
    public static void main(String[] args) {
        void powerOn() {
            System.out.println("전원을 켭니다.");
        }

        //리턴값이 없는 메소드 선언
        void powerOff() {
            System.out.println("전원을 끕니다.");
        }

        //호출 시 두 정수 값을 전달받고,
        //호출한 곳으로 결과값 int를 리턴하는 메소드 선언
        int plus(int x, int y){
            int result = x + y;
            return = x + y;
            return result;
        }
        
        //호출 시 두 정수 값을 전달받고,
        //호출한 곳으로 결과값 double을 리턴하는 메소드 선언
        double divide(int x, int y){
            double result = (double)x / (double)y;
            return result; //리턴값 지정
        }
    }
}

메소드 호출

메소드를 호출한다는 것은 메소드 블록을 실행하는 것을 말한다.
클래스에서 메소드를 선언했다고해서 바로 호출할 수 있는 것은 아니다.
메소드는 객체의 동작이므로 객체가 존재하지 않으면 메소드를 호출할 수 없다.

객체 내부에서는 단순히 메소드명으로 호출하면 되지만, 외부 객체에서는 참조 변수와 도트(.) 연산자를 이용해서 호출한다.
메소드가 리턴값이 있을 경우에는 대입 연산자를 사용해서 다음과 같이 리턴값을 변수에 저장할 수 있다.
이때 변수 타입은 메소드의 리턴 타입과 동일하거나 자동 타입 변환될 수 있어야 한다.

타입 변수 = 메소드();

가변길이 매개변수

메소드를 호출할 때에는 매개변수의 개수에 맞게 매개값을 제공해야 한다.
만약 메소드가 가변길이 매개변수를 가지고 있다면 매개변수의 개수와 상관없이 매개값을 줄 수 있다. 가변길이 매개변수는 다음과 같이 선언한다.

int sum(int... values){}

가변길이 매개변수는 메소드 호출 시 매개값을 쉼표로 구분해서 개수와 상관없이 제공할 수 있다.

int result = sum(1, 2, 3);
int result = sum(1, 2, 3, 4, 5);

매개값들은 자동으로 배열 항목으로 변환되어 메소드에서 사용된다.
그렇기 때문에 메소드 호출 시 직접 배열을 매개값으로 제공해도 된다.

int[] values = {1, 2, 3};
int result = sum(values);

int result = sum(new int[] {1, 2, 3});

return 문

return 문은 메소드의 실행을 강제 종료하고 호출한 곳으로 돌아간다라는 의미이다.
메소드 선언에 리턴 타입이 있을 경우에는 return 문 뒤에 리턴값을 추가로 지정해야 한다.

return [리턴값]

return문 이후에 실행문을 작성하면 컴파일 에러가 발생한다.
왜냐하면 return문 이후의 실행문은 결코 실행되지 않기 때문이다.

메소드 오버로딩

메소드 오버로딩 : 메소드 이름은 같되 매개변수의 타입, 개수, 순서가 다른 메소드를 여러개 선언하는 것

대표적인 예로 콘솔에 출력하는 System.out.println()메소드가 있따.
호출할 때 주어진 매개값의 타입에 따라서 오버로딩된 println()메소드 중 하나를 실행한다.

//예제
package CH06;

public class Calculator {
    //정사각형의 넓이
    double areaRectangle(double width){
        return width * width;
    }
    
    //직사각형의 넓이
    double areaRectangle(double width, double height){
        return width * height;
    }
}

package CH06;

public class CalculatorExanmpe {
    public static void main(String[] args) {
        //객체 생성
        Calculator myCalcu = new Calculator();

        //정사각형의 넓이 구하기
        double result1 = myCalcu.areaRectangle(10);

        //직사각형의 넓이 구하기
        double result2 = myCalcu.areaRectangle(10,20);

        System.out.println("정사각형의 넓이= " + result1);
        System.out.println("직사각형의 넓이= " + result2);
    }
}
실행 결과
정사각형의 넓이= 100.0
직사각형의 넓이= 200.0

6.9 인스턴스 멤버

필드와 메소드는 선언 방법에 따라 인스턴스 멤버와 정적 멤버로 분류할 수 있다.
인스턴스 멤버로 선언되면 객체 생성 후 사용할 수 있고, 정적 멤버로 선언되면 객체 생성 없이도 사용할 수 있다.

구분설명
인스턴스(instance) 멤버객체에 소속된 멤버(객체를 생성해야만 사용할 수 있는 멤버)
정적(static) 멤버클래스에 고정된 멤버(객체 없이도 사용할 수 있는 멤버)

인스턴스 멤버 선언 및 사용

인스턴스(instance) 멤버 : 객체에 소속된 멤버, 객체가 있어야만 사용할 수 있는 멤버

public class Car{
//인스턴스 필드 선언
int gas;


//인스턴스 메소드 선언
void setSpeed(int speed){...}
}

위와 같이 Car 클래스에 gas 필드와 setSpeed() 메소드를 선언하면 인스턴스 멤버가 된다.
gas 필드와 setSpeed() 메소드는 인스턴스 멤버이기 때문에 외부 클래스에서 사용하기 위해서는
Car 객체를 먼저 생성하고 참조 변수로 접근해서 사용해야 한다.

Car myCar = new Car();
myCar.gas = 10;
myCar.setSpeed(60);

위 코드가 실행된 후 메모리 상태를 그림으로 표현하면 다음과 같다.

this 키워드

객체 내부에서는 인스턴스 멤버에 접근하기 위해 this를 사용할 수 있다.
객체는 자신을 'this'라고 한다. 생성자와 메소드의 매개변수명이 인스턴스 멤버인 필드명과 동일한 경우, 인스턴스 필드임을 강조하고자 할 때 this를 주로 사용한다.

6.10 정적 멤버

자바는 클래스 로더loader를 이용해서 클래스를 메소드 영역에 저장하고 사용한다.
정적(static) 멤버란 메소드 영역의 클래스에 고정적으로 위치하는 멤버를 말한다.
그렇기 때문에 정적 멤버는 객체를 생성할 필요 없이 클래스를 통해 바로 사용이 가능하다.

정적 멤버 선언

필드와 메소드는 모두 정적 멤버가 될 수 있다.
정적 필드와 정적 메소드로 선언하려면 다음과 같이 static 키워드를 추가하면 된다.

public class 클래스{
//정적 필드 선언
static 타입 필드 [= 초기값];

//정적 메소드
static 리턴타입 메소드(매개변수, ...){...}
}

객체마다 가지고 있을 필요성이 없는 공용적인 필드는 정적 필드로 선언하는 것이 좋다.
인스턴스 필드를 이용하지 않는 메소드는 정적 메소드로 선언하는 것이 좋다.

public class Calculator{
	String color;                                             //인스턴스 필드
    void setColor(String color) { this.color = color;         //인스턴스 메소드
    static int plus(int x, int y) { return x + y;}            //정적 메소드
    static int minus(int x, int y) { return x - y;}           //정적 메소드
}

정적 멤버 사용

클래스가 메모리로 로딩되면 정적 멤버를 바로 사용할 수 있는데, 클래스 이름과 함께 도트(.) 연산자로 접근하면 된다.

public class Calculator{
	static double pi = 3.141592;
    static int plus(int x, int y) {...};
    static int minus(int x, int y) {...};
}

위와 같은 코드가 작성되었다면,

double result1 = 10 * 10 * Calculator.pi;
int result2 = Calculator.plus(10, 5);
int result3 = Calculator.minus(10, 5);
이런식으로 사용 가능하다.

정적 블록

정적 필드는 필드 선언과 동시에 초기값을 주는 것이 일반적이다.
하지만 복잡한 초기화 작업이 필요하다면, 정적 블록static block을 이용해야 한다.

static{
	...
}

정적 블록은 클래스가 메모리로 로딩될 때 자동으로 실행된다.
정적 블록이 클래스 내부에 여러 개가 선언되어 있을 경우에는 선언된 순서대로 실행된다.

  • 생성자에서 초기화를 하지 않는 정적 필드
    정적 필드는 객체 생성 없이도 사용할 수 있기 때문에 생성자에서 초기화 작업을 하지 않는다.
    생성자는 객체 생성 후 실행되기 때문이다.

인스턴스 멤버 사용 불가

정적 메소드와 정적 블록은 객체가 없어도 실행된다는 특징 때문에 내부에 인스턴스 필드나 인스턴스 메소드를 사용할 수 없다. 또한 객체 자신의 참조인 this도 사용할 수 없다.

정적 메소드와 정적 블록에서 인스턴스 멤버를 사용하고 싶다면 다음과 같이 객체를 먼저 생성하고 참조 변수로 접근해야 한다.

static void Method(){
	//객체 생성
    ClassName obj = new ClassName();
    //인스턴스 멤버 사용
    obj.field1 = 10;
    obj.method1();
}

6.11 final 필드와 상수

인스턴스 필드와 정적 필드는 언제든지 값을 변경할 수 있다.
그러나 경우에 따라서는 값을 변경하는 것을 막고 읽기만 허용해야 할 때가 있다.
이 때 final 필드와 상수를 선언해서 사용한다.

###final 필드 선언
final은 최종적이란 뜻을 가지고 있다.
final 필드는 초기값이 저장되면 이것이 최종적인 값이 되어서 프로그램 실행 도중에 수정할 수 없게 된다.

final 필드에 초기값을 줄 수 있는 방법은 두 가지 밖에 없다.
1. 필드 선언 시에 초기값 대입
2. 생성자에서 초기값 대입

고정된 값이라면 필드 선언 시에 주는 것이 제일 간단하다.
복잡한 초기화 코드가 필요하거나 객체 생성 시에 외부에서 전달된 값으로 초기화한다면 생성자에서 해야 한다.

위의 두 방법을 사용하지 않고 final 필드를 그대로 남겨두면 컴파일 에러가 발생한다.

package CH06;

public class Korean {
    //인스턴스 final 필드 선언
    fianl String nation = "대한민국";
    final String ssn;

    //인스턴스 필드 선언
    String name;

    //생성자 선언
    public Korean(String ssn, String name){
        this.ssn = ssn;
        this.name = name;
    }
}
package CH06;

public class KoreanExample {
    public static void main(String[] args) {
        //객체 생성 시 주민등록번호와 이름 전달
        Korean k1 = new Korean("123456-1234567", "감자바");

        //필드값 읽기
        System.out.println(k1.nation);
        System.out.println(k1.ssn);
        System.out.println(k1.name);

        k1.name = "감자바";

    }
}
실행 결과
대한민국
123456-1234567
감자바

상수 선언

우리 주변에는 불변의 값이 있다.

상수constant : 불변의 값을 저장하는 필드

상수는 객체마다 저장할 필요가 없고, 여러 개의 값을 가져도 안되기 떄문에 static이면서 final인 특성을 가져야 한다. 따라서 상수는 다음과 같이 선언한다.

static final 타입 상수 [= 초기값];

초기값은 선언 시에 주는 것이 일반적이지만, 복잡한 초기화가 필요할 경우에는 정적 블록에서 초기화할 수도 있다.

static fianl 타입 상수;
static{
	상수 = 초기값;
    }

상수 이름은 모두 대문자로 작성하는 것이 관례이다.
만약 서로 다른 단어가 혼합된 이름이라면 언더바(_)로 단어들을 연결한다.

static final double PI = 3.141592;
static final double EARTH_SURFACE_AREA = 5.147185;

또한 상수는 정적 필드이므로 클래스로 접근해서 읽을 수 있다.
클래스명.상수

package CH06;

public class Earth {
    //상수 선언 및 초기화
    static final double EARTH_RADIUS = 6400;

    //상수 선언
    static final double EARTH_SURFACE_AREA;

    //정적 블록에서 상수 초기화
    static{
        EARTH_SURFACE_AREA = 4 * Math.PI * EARTH_RADIUS * EARTH_RADIUS;
    }
}
package CH06;

public class EarthExample {
    public static void main(String[] args) {
        //상수 읽기
        System.out.println("지구의 반지름: " + Earth.EARTH_RADIUS + "km");
        System.out.println("지구의 표면적: " + Earth.EARTH_SURFACE_AREA + "km^2");
    }
}
실행 결과
지구의 반지름: 6400.0km
지구의 표면적: 5.147185403641517E8km^2

6.12 패키지

자바의 패키지package는 단순히 디렉토리만을 의미하지는 않는다.
패키지는 클래스의 일부분이며, 클래스를 식별하는 용도로 사용된다.
패키지는 주로 개발 회사의 도메인 이름의 역순으로 만든다
ex) mycompany.com -> com.mycompany

패키지는 상위 패키지와 하위 패키지를 도트(.)로 구분한다.
도트는 물리적으로 하위 디렉토리임을 뜻한다.

패키지는 클래스를 식별하는 용도로 사용되기 때문에 클래스의 전체 이름에 포함된다.
ex)Car 클래스가 com.mycompany 패키지에 속해 있다면 Car 클래스의 전체 이름은 com.mycompany.Car가 된다.

패키지에 속한 바이트코드 파일은 따로 떼어내어 다른 디렉토리로 이동할 수 없다.
예를 들어 Car 클래스가 com.mycompany 패키지에 소속되어 있다면 다른 디렉토리에 Car.class를 옮겨 저장할 경우 Car 클래스를 사용할 수 없게 된다.

패키지 선언

패키지 디렉토리는 클래스를 컴파일하는 과정에서 자동으로 생성된다.
컴파일러는 클래스의 패키지 선언을 보고 디렉토리를 자동 생성시킨다.
패키지 선언은 package 키워드와 함께 패키지 이름을 기술한 것으로, 항상 소스 파일 최상단에 위치해야 한다.

package 상위패키지.하위패키지;

public class 클래스명{...}

패키지 이름은 모두 소문자로 작성하는 것이 관례이다.
패키지 이름이 서로 중복되지 않도록 회사 도메인 이름의 역순으로 작성하고, 마지막에는 프로젝트 이름을 붙여주는 것이 일반적이다.

import 문

다른 패키지에 있는 클래스를 사용하려면 import문을 이용해서 어떤 패키지의 클래스를 사용하는지 명시해야 한다.

 package com.mycompany;       ----------------------> Car 클래스의 패키지
 
 import com.hankook.Tire;     ----------------------> Tire 클래스의 패키지
 
 public class Car{ 
 	//필드 선언 시 com.hankook.Tire 클래스를 사용
    Tire tire = new Tire();
}

import문이 작성되는 위치는 패키지 선언과 클래스 선언 사이다.
import문은 하위 패키지를 포함하지 않는다.

6.13 접근 제한자

경우에 따라서는 객체의 필드를 외부에서 변경하거나 메소드를 호출할 수 없도록 막아야 할 필요가 있다.
중요한 필드와 메소드가 외부로 노출되지 않도록 해 객체의 무결성(결점이 없는 성질)을 유지하기 위해서이다.

자바는 이러한 기능을 구현하기 위해 접근 제한자Access Modifier를 사용한다. 접근 제한자는 public,protected, private의 세 가지 종류가 있다.

deault는 접근 제한자가 아니라 접근 제한자가 붙지 않은 상태를 말한다

접근 제한자제한 대상제한 범위
public클래스, 필드, 생성자, 메소드없음
protected필드 생성자, 메소드같은 패키지이거나, 자식 객체만 사용 가능(7장 상속에서 자세히 설명)
(default)클래스, 필드, 생성자, 메소드같은 패키지
private필드, 생성자, 메소드객체 내부

클래스의 접근 제한

클래스를 어디에서나 사용할 수 있는 것은 아니다.
클래스가 어떤 접근 제한을 갖느냐에 따라 사용 가능 여부가 결정된다.
클래스는 public과 default 접근 제한을 가질 수 있다.

[public] class 클래스{...}

클래스를 선언할 때 public 접근 제한자를 생략했다면 클래스는 default 접근 제한을 가진다.
이 경우클래스는 같은 패키지에서는 아무런 제한 없이 사용할 수 있지만, 다른 패키지에서는 사용할 수 없게 된다.

생성자의 접근 제한

객체를 생성하기 위해 생성자를 어디에서나 호출할 수 있는 것은 아니다.
생성자가 어떤 접근 제한을 갖느냐에 따라 호출 가능 여부가 결정된다.
생성자는 public, default, private 접근 제한을 가질 수 있다.

public class ClassName{
//생성자 선언
[public | private] ClassName(...){...}
}
접근 제한자생성자설명
public클래스모든 패키지에서 생성자를 호출할 수 있다. = 모든 패키지에서 객체를 생성할 수 있다.
클래스같은 패키지에서 생성자를 호출할 수 있다. = 같은 패키지에서 객체를 생성할 수 있다.
private클래스클래스 내부에서만 생성자를 호출할 수 있다. = 클래스 내부에서만 객체를 생성할 수 있다.

필드와 메소드의 접근 제한

필드와 메소드도 어디에서나 읽고 호출할 수 있는 것은 아니고, 어떤 접근 제한을 갖느냐에 따라 호출 여부가 결정된다.

package CH06;

public class A {
    //public 접근 제한을 갖는 필드 선언
    public int field1;
    //default 접근 제한을 갖는 필드 선언
    int field2;
    //private 접근 제한을 갖는 필드 선언
    private int field3;

    //생성자 선언
    public  A(){
        field1 = 1;
        field2 = 1;
        field3 =1;

        method1();
        method2();
        method3();
    }

    //public 접근 제한을 갖는 메소드 선언
    public void method1(){

    }

    //default 접근 제한을 갖는 메소드 선언
    void method2() {

    }
    //private 접근 제한을 갖는 메소드 선언
    private void method3(){

    }
}

package CH06;

public class B {
    public class method() {
        //객체 생성
        A a = new A();

        //필드값 변경
        a.field1 = 1;
        a.field2 = 2;
        // a.field3 = 1; -> private 필드 접근 불가(컴파일 에러)

        //메소드 호출
        a.method1();
        a.method2();
        // a.method3();  -> private 메소드 접근 불가(컴파일 에러)
    }

}

package CH06;

public class C {
    public C(){
        //객체 생성
        A a = new A();
        
        //필드값 변경
        a.field1 = 1;
        // a.field2 = 1;    ->default 필드 접근 불가(컴파일 에러)
        // a.field3 = 1;    ->privare 필드 접근 불가(컴파일 에러)
        
        //메소드 호출
        a.method1();
        // a.method2();   -> default 메소드 접근 불가(컴파일 에러)
        // a.method3();   -> private 메소드 접근 불가(컴파일 에러)
    }
}

6.14 Getter와 Setter

객체의 필드(데이터)를 외부에서 마음대로 읽고 변경할 경우 객체의 무결성(결점이 없는 성질)이 깨질 수 있다.
예를 들어 자동차의 속력은 음수가 될 수 없는데, 외부에서 음수로 변경하면 객체의 무결성이 깨진다.

객체 지향 프로그래밍에서는 직접적인 외부에서의 필드 접근을 막고 대신 메소드를 통해 필드에 접근하는 것을 선호한다.
그 이유는 메소드는 데이터를 검증해서 유효한 값만 필드에 저장할 수 있기 때문이다.
이러한 역할을 하는 메소드가 Setter이다

private double speed;
public void setSpeed(double speed){
	if(speed < 0) {
    	this.speed = 0;
        return;
        }else {
        	this.speed = speed;
            }
        }

외부에서 객체의 필드를 읽을 때에도 메소드가 필요한 경우가 있다.
필드값이 객체 외부에서 사용하기 부적절한 경우, 메소드로 적절한 값으로 변환해서 리턴할 수 있기 때문이다.
이러한 역할을 하는 메소드가 Getter이다.

private double speed; //speed의 단위는 마일

public double getSpeed() {
	double km = speed * 1.6;
    return km;
    }

필요에 따라 Getter에서 변환 코드를 작성하거나 Setter에서 검증 코드를 작성할 수 있다.

private 타입 fieldName;   ---> 필드 접근 제한자: private

//
Getter
public 타입 getFieldName(){
	return fieldName;
}
접근 제한자 : public
리턴 타입 : 필드타입
메소드 이름: get + 필드이름(첫 글자 대문자)
리턴값 : 필드값

//Setter
public void setFieldName(타입 fieldName){
	this.fieldName = fieldName;
}

6.15 싱글톤 패턴

애플리케이션 전체에서 단 한 개의 객체만 생성해서 사용하고 싶다면 싱글톤singleton패턴을 적용할 수 있다.
싱글톤 패턴의 핵심은 생성자를 private 접근 제한해서 외부에서 new 연산자로 생성자를 호출할 수 없도록 막는 것이다.

private 클래스(){}

생성자를 호출할 수 없으니 외부에서 마음대로 객체를 생성하는 것이 불가능해진다.
대신 싱글톤 패턴이 제공하는 정적 메소드를 통해 간접적으로 객체를 얻을 수 있다.

public class 클래스{
	//private 접근 권한을 갖는 정적 필드 선언과 초기화
    private static 클래스 singleton = new 클래스();
    
    //private 접근 권한을 갖는 생성자 선언
    private 클래스() {}
    
    //public 접근 권한을 갖는 정적 메소드 선언
    private static 클래스 getInstance(){
    	return singleton;
        }
    }

외부에서 객체를 얻는 유일한 방법은 getInstance() 메소드를 호출하는 것이다.
getInstance() 메소드가 리턴하는 객체는 정적 필드가 참조하는 싱글톤 객체이다.

따라서 아래 코드에서 변수 1과 변수2가 참조하는 객체는 동일한 객체가 된다.

클래스 변수 1 = 클래스.getInstance();
클래스 변수 2 = 클래스.getInstance();
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