백기선님 자바스터디 3주차 : 연산자

bongf·2021년 7월 22일
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Java강의

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목표

  • 자바가 제공하는 다양한 연산자 학습하기

참고자료

학습 0) 정의

연산이란?

하드웨어적으로 보면 컴퓨터 중앙처리장치의 산술 논리 장치에 의한 논리연산을 수행하는 일련의 과정이다.
이것은 소프트웨어적으로는 프로세스의 의미가 된다.
이것의 확장된 의미로는 컴퓨터가 정보를 입력 받아 기억된 데이터를 운영 체제의 제어 하에 연산을 수행하고 결과값을 내보내는 출력의 흐름이다.

  • 출처 위키피디아
  • 즉, 프로그램에서 데이터를 처리하여 결과를 산출하는 것이라는 말
  • 컴퓨터는 하나의 거대한 계산기라는 것을 기억

용어

  • 연산자 연산을 수행하는 기호
  • 피연산자 : 연산의 대상
  • 이항연산자 : 피연산자의 개수가 2개인 것
    • 단항 연산자 : 개수 1
    • 삼항 연산자 : 개수 3

학습 1) 산술연산자

산술연산자의 종류

  • 사칙연산과 나머지(모듈)연산

  • + - * / %

산술변환

  • 연산 전에 피연산자 타입 일치를 위해 자동 형변환 되는 것
  • (1) 보다 범위가 큰 타입으로 일치된다 
System.out.println(4/2); // 2 
System.out.println(4/2f); // 2.0 ((2f)실수라는 큰 타입으로 일치)
  • (2) 연산 결과가 int보다 작은 범위의 타입이면 int 형식으로 변환된 다음에 연산이 들어간다
    • JVM 이 기본적으로 32비트 단위로 계산 (int는 4바이트)
    • byte a + byte b 는 int a + int b 로 변환되어 결과가 int c가 나온다 
  byte a = 3;
  byte b = 4;
  byte c = a + b; //컴파일에러. a+b의 결과는 int

산술연산시 주의

  • 1 ) 오버플로우
    • 연산 후 산출 값이 산출 타입으로 충분히 표현가능한지 확인해야 한다.
    • 크기가 큰 자료형의 값을 작은 자료형의 변수에 저장하려면 형변환 연산자를 사용해서 변환해 주어야 한다. byte a + byte b = (byte) c;
    • int a = 1\_000\_000; int b = 2\_000\_000; long c = a + b; 해주면 우리가 기대하는 값이 안나온다. 이미 연산결과가 int로 변환된 상태이기 때문. a, b중 먼저 long으로 변환해준 후 연산 해야 한다.
  • 2) /, % 연산자는 0으로 나눌수 없다.
    • ArithmeticException 발생
    • 실수형을 0으로 나누거나 정수를 0.0(실수) 으로 나눌경우 Infinity, NaN(Not a Number) 결과값을 가진다 System.out.println(3%0.0); // 결과값 NaN System.out.println(3/0.0); // 결과값 Infinity

학습 2) 비트연산자

비트 연산?

한 개 혹은 두개의 이진수에 대해 비트 단위로 적용되는 연산 출처 : 위키백과

비트연산자 종류1

  • NOT(~) : 반대로 바꿔준다. 0을 1로. 1을 0으로.
  • 0R(|): 두 값의 각 자릿수 비교해서 하나라도 1이 있으면 1. 그 외는 0.
  • XOR(^) : 두 값의 각 자릿수 비교해서 같으면 0, 다르면1
    : + 백기선님 강의 내용 추가
  • AND(&) : 두 값의 각 자릿수 모두 1일 때만 1
xyx|yx&yx^y
11110
10101
01101
00000

비트연산자 종류2 : 시프트연산

  • 비트를 오른쪽 >> 또는 왼쪽 << 으로 이동시켜 해당 숫자를 곱하고 나누는 결과를 만들어 내는 연산
  • x << n : x를 n비트 만큼 좌(<<)로 이동하고 저장범위 벗어난 값은 버려지며 오른쪽 빈 값은 0으로 채워준다
    • x에 2의 n승으로 곱해준 것과 같다
  • x >> n : x를 n비트 만큼 우(>>)로 이동하라는 의미, 맨 앞의 수(빈자리)는 0 또는 1 (원래의 부호로)
    • x에 2의 n승 만큼 나눠준 것과 같다 (좌일경우) (우일경우 : 2의 -n승)
System.out.println( Integer.toBinaryString(8 >> 0));
//결과값 1000
System.out.println( Integer.toBinaryString(8 >> 2));
//결과값 10
  • x >>> n : x를 n비트만큼 우(>>)로 하라는 의미에서 >>과 같으나 최상위비트는 항상 0이다. (양수만) 
 System.out.println( Integer.toBinaryString(-153 >> 2)); 
 //결과값 11111111111111111111111111011001
 System.out.println( Integer.toBinaryString(-153 >>> 2));
 //결과값 111111111111111111111111011001
  • 어떤 메모리의 값을 2의 배수만큼 곱하거나 나눌 때 산술연산자보다 이렇게 처리하는 것이 더 빠르다. 하지만 가독성이 떨어진다.

비트 연산 관련 알고리즘 문제

https://velog.io/@bongf/211103-Algorithms-TIL
https://programmers.co.kr/learn/courses/30/lessons/42890
비트형 표현은 부분집합 문제를 풀 때 용이하다 (위문제)

학습 3) 관계 연산자

관계 연산?

  • 두 피연산자를 비교하는 연산, 연산 결과는 오직 true or false
  • 이항 연산자이므로 타입이 다를 경우 큰 쪽으로 자동 형변환
  • 주로 조건문, 반복문에 사용된다

관계 연산자 종류

  • 대소 비교 연산자 < > <= >=
    : 참조형에는 사용 불가
    : 참조형의 비교를 위해서는 별도의 비교기준을 정의하는 것이 필요하다
    - Comparable 인터페이스 구현하여 compareTo() 오버라이드
    - Coparator 인터페이스를 구현하는 클래스를 정의해여 compare()를 오버라이드
  • 등가 비교 연산자 == !=
    : 모든 자료형에 사용할 수 있다. 참조형의 경우 객체의 주소값을 저장하기 때문에 주소값이 같은지 비교한다.
    : 만약 String끼리 비교하고자 하면 String은 클래스로 각자 다른 객체가 문자열 마다 생성되므로, 각기다른 주소값을 가진다. 따라서 주소값을 비교하게 되므로 string의 동등성 비교할 때는 equals()를 써야 한다.
    • 문자(ch)는 10진수로 표현할 수 있어 0 < ch 가 가능하다

학습 4) 논리 연산자

논리연산?

  • 참 또는 거짓의 값을 가지는 조건을 and나 or로 연결하여 하나의 식으로 표현, 연산

논리연산자 종류

  • && : AND 두 피연산자 모두 true일 때 true
  • || : OR 두 피연산자 중 한 쪽이 true면 true
  • &&가 ||보다 우선순위가 높다

논리부정연산자 !

  • ture를 false로 false를 true로

Short Circuit Evaluation : &&과 &, ||과 |

  • &&과 ||은 Short Circuit Evaluation이고 &과 |는 아니다
  • Short Circuit Evaluation은 첫번째 연산자의 값만 보고도 결과가 나올 때 두번째 피연산자는 고려하지 않는다.
    • && 일 때 false && 면 두 번째 피연산자 보지 않고 무조건 false
    • || 일 때 true || 면 두 번째 피연산자 보지 않고 무조건 true
  • &과 |는 무조건 두 피연산자 다 확인
    : + 백기선님 강의 내용 추가
    :
    :
    : 신기 이를 보기 위해 예제를 이렇게 짜시는 군..

학습 5) instanceOf

  • 참조변수가 참조하고 있는 인스턴스의 타입을 알아보기 위한 연산자
  • 객체가 클래스의 인스턴스인지, 하위 클래스의 인스턴스인지, 특정 인터페이스를 구현하는 클래스의 인스턴스인지 확인할 때 사용할 수 있다.
  • 주로 조건문에 활용된다.
  • A instance of B : A값의 타입이 B로 형변환 할 수 있다면 true
    • instanceOf 가 참이라도 조상타입의 참조변수로 자식 객체를 참조할 수 있기 때문에 실제 타입은 다를 수 있다.

학습 6) assignment(=) operator : 대입연산자

  • 우변의 값을 좌변의 피연산자에 할당
  • 연산자들 중 가장 낮은 우선순위, 식에서 맨 나중에 수행
  • 방향이 오른쪽에서 왼쪽 (x=y=1이면 y=1먼저)
  • 왼쪽 피연산자를 lvalue(leftvalue) 오른쪽피연산자를 rvalue(rightvalue)라고 함
  • lvalue에는 변수처럼 값을 변경할 수 있는 것만 가능, 리터럴이나 상수는 불가능

학습 7) 화살표(->) 연산자

  • 이번에 람다를 공부하면서.. 봤다. https://bong-f.tistory.com/102
  • JAVA 8 이후부터 도입되는 람다 표현식에 사용
  • (Parameters) -> { Body } 이런식으로 사용. 좌변이 함수에서 사용할 매개변수를 의미한다.

참고

  • 매개변수가 하나인경우 앞의 () 생략가능
  • (int a) -> 이런식으로 원래 파라미터 타입까지 작성하는데 람다식으로 해당 타입이 유추 가능한 경우 타입을 생략하고 써주기도 한다.
  • -> {} 이 블럭도 뒤의 람다식이 한 문장일 때 {} 가 생략가능한데, return 구문이 있으면 생략 불가다. 하지만 보통 return까지 생략한다.
  • 자바에서 람다식은 함수가 아닌 익명 객체다

학습 8) 3항 연산자

  • 조건식 ? 식1 : 식2
  • 조건문이 true라면 식1 반환, false 라면 식2 반환.
  • 조건문에 ()를 치기도 하고 생략하기도 한다.
  • if문으로 바꿔 쓸 수 있다.
  • 식1과 식2의 피연산자의 타입이 다른 경우 이항연산자에서처럼 산술변환이 발생한다.
    • a < 0.5 ? 1 : 0.5 이라면 1과 0.5 중 1만 int이므로 1.0으로 산술변환된다.

학습 9) 연산자 우선순위

  • 대부분 상식선에서 이해 가능하다
  • 단항 - 산술 - 비교 - 논리 - 삼항 - 대입
  • 아래 표에서 상위에 있는 것이 연산 순위가 높다
    • 동일선상에 있는 것은 동일한 우선순위
  • 헷갈린다면 () 를 쳐주는 것이 좋다
종류연산자
후위표기식expr++ expr--
단항연산자++expr --expr +expr -expr ~ !
곱셈, 나눗셈* / %
덧셈, 뺄셈+ -
비트(시프트)<<, >>, >>>
관계비교<, >, <=, >=, instanceof
동등비교==, !=
비트 AND&
비트 XOR^
비트 OR|
논리 AND&&
논리 OR| |
삼항연산자?:
대입연산자=, +=, -=, *=, /=, %=, &=, ^=, |=, <<=, >>=, >>>=

학습 10) Java 13. switch 연산자

switch란?

switch (조건식) {
    case 값1: 
    	.. break; 
    case 값2: 
    	... break; 
    ...
    default:
}
  • if문은 결과가 참, 거짓 밖에 없기 때문에 경우의 수가 많아질수록 복잡해진다.
  • 조건식을 계산하고 결과값에 따라 case문으로 이동, break만나면 switch문 빠져 나가고 case에 일치하는 값이 없는 결과값이 나오면 default문으로 간다. default는 else와 같아서 break 필요 없다.
  • 만일 break문을 생략하면 조건문을 빠져나가지 못하기때문에 빠트리지 않도록 주의해야 한다.

JAVA 13부터? (몇부터인지 정확히 알 수 없으나)

  • 람다식을 사용할 수 있다. case a -> {}
    • break 생략 가능
  • case에 복수의 값을 설정할 수 있다. case 1, 2:

JAVA 13부터

  • break 대신에 yield 로 case문 안에서 return이 가능하다
case a -> {
	yield 8; 
}

추가

Operand Stack

참조

https://docs.oracle.com/en/java/javase/13/language/switch-expressions.html

https://docs.oracle.com/javase/tutorial/java/nutsandbolts/switch.html

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