[Java의 정석] 정수형 - byte, short, int, long

말하는 감자·2023년 10월 29일

Java의 정석

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Chapter 02 변수(Varialbe)

4. 기본형(primitive type)

📌 정수형 - byte, short, int, long

정수형에는 모두 4개의 자료형이 있으며, 각 자료형이 저장할 수 있는 값의 범위가 서로 다르다. 크기순으로 나열하면 다음과 같다. 단위는 byte이다.

byte부터 long까지 1 byte부터 시작해서 2배씩 크기가 증가한다. 이중에서도 기본 자료형(default data type)은 int이다.

📍 정수형의 표현형식과 범위

어떤 진법의 리터럴을 변수에 저장해도 실제로는 2진수로 바뀌어 저장된다. 이 2진수가 저장되는 형식은 크게 정수형과 실수형이 있으며, 정수형은 다음과 같은 형식으로 저장된다.

모든 정수형은 부호있는 정수이므로 왼쪽의 첫 번째 비트를 '부호 비트(sign bit)'로 사용하고, 나머지는 값을 표현하는 데 사용한다.
그래서 n비트로 표현할 수 있는 값의 개수인 2^n개에서, 절반인 '0'으로 시작하는 2^n-1개의 값을 양수(0도 포함)의 표현에서 사용하고, 나머지 절반인 '1'로 시작하는 2^n-1개의 값은 음수의 표현에서 사용한다.
그래서 정수형은 타입의 크기만 알면, 최대값과 최소값을 쉽게 계산해낼 수 있다.
범위의 최대값에서 1을 빼야하는데 이유는 범위에 0이 포함되기 때문이다. 예를 들어 byte의 경우 크기가 1 byte(=8 bit)이므로, byte타입의 변수에 저장할 수 있는 값의 범위는 '-128~127'이다.

📍 정수형의 선택기준

변수에 저장하려는 정수값의 범위에 따라 4개의 정수형 중에서 하나를 선택하면 되겠지만, byte나 short보다 int를 사용한다. byte와 short이 int보다 크기가 작아서 메모리를 조금 더 절약할 수는 있지만, 저장할 수 있는 값의 범위가 작은 편이라서 연산 시에 범위를 넘어서 잘못된 결과를 얻기 쉽다.
그리고 JVM의 피연산자 스택(operand stack)이 피연산자를 4 byte다위로 저장하기 때문에 크기가 4 byte보다 작은 자료형(byte, short)의 값을 계산할 때는 4 byte로 변환하여 연산이 수행된다. 그래서 오히려 int를 사용하는 것이 더 효율적이다.

결론적으로 정수형 변수를 선언할 때는 int타입으로 하고, int의 범위(약 ±20억)를 넘어서는 수를 다뤄야할 때는 long을 사용하면 된다.
그리고 byte나 short은 성능보다 저장공간을 절약하는 것이 더 중요할 때 사용하자.

📍 정수형의 오버플로우

만일 4 bit 2진수의 최대값인 '1111'에 1을 더하면 어떤 결과를 얻을까?
4 bit의 범위를 넘어서는 값이 되기 때문에 에러가 발생할까?

원래 2진수의 '1111'에 1을 더하면 '10000'이 되지만, 4 bit로는 4자리의 2진수만 저장할 수 있기 때문에 '0000'이 된다. 즉, 5자리의 2진수 '10000'중에서 하위 4 bit만 저장하게 되는 것이다.
이처럼 연산과정에서 해당 타입이 표현할 수 있는 값의 범위를 넘어서는 것을 오버플로우(overflow)라고 한다. 오버플로우가 발생했다고 해서 에러가 발생하는 것은 아니다. 다만 예상했던 결과를 얻지 못할 뿐이다. 애초부터 오버플로우가 발생하지 않게 충분한 크기의 타입을 선택해서 사용해야 한다.