자바 기본기 다지기 - 객체 지향 O.O!

jungwoo jo·2021년 8월 19일

Constructor Java OOP basic class object static this

자바 기본기

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O.O.P! 객체 지향 프로그래밍!

현실 세계에서 어떤 제품을 만들 때, 부품을 먼저 개발하고 이 부품들을 하나씩 조립해서 완성된 제품을 만들 듯이 소프트웨어를 개발할 때에도 부품에 해당하는 객체들을 먼저 만들고 이것들을 하나씩 조립해서 완성된 프로그램을 만드는 기법을 객체 지향 프로그래밍(OOP: Object Oriented Programming)이라 한다.

객체지향언어는?
1. 코드의 재사용성이 높다.
새로운 코드를 작성할 때 기존의 코드를 이용하여 쉽게 작성할 수 있다.
2. 코드의 관리가 용이하다.
코드 간의 관계를 이용해서 적은 노력으로 쉽게 코드를 변경할 수 있다.
3. 신뢰성이 높은 프로그래밍을 가능하게 한다.
제어자와 메서드를 이용해서 데이터를 보호하고 올바른 값을 유지하도록 하며, 코드의 중복을 제거하여 코드의 불일치로 인한 오동작을 방지할 수 있다.

객체란?

객체 지향 프로그래밍에서 기본 실행 흐름 또는 데이터 단위가 되는 정보로 속성(필드, 변수)과 기능(메서드)으로 구성되어 있다. 인스턴스(Instance), 오브젝트(Object)도 객체와 같은 말이다. 간단하게 클래스를 메모리에 할당(new)했을 때를 객체라고 부른다.

클래스

클래스란 객체가 생성되기전 자바 소스 코드(*.java) 내부 코드로 객체를 만들기 위한 설계도(정의)이다.

클래스의 구성

필드(field) : 클래스의 속성 정보
- 인스턴스 변수(instance variable) : 클래스가 생성(new)될 때부터 GC에 의해 해제되기 전까지 메모리에 할당되어 있는 정보로 클래스 내부 생성자 혹은 메서드에서 모두 접근이 가능하다.
- 클래스 변수(static variable) : 인스턴스 변수처럼 클래스 내부 생성자 혹은 메서드에서 모두 접근이 가능하지만 클래스가 생성(new)되기 전에 이미 프로그램이 실행될 때부터 프로그램 종료시까지 메모리에 할당되어 사용할 수 있다.
생성자(constructor) : 클래스가 생성(new)될 때, 클래스 내부 필드들에 대한 초기화를 해주는 메서드이다.
메서드(method) : 클래스의 특정 작업을 수행하는 일련의 문장들을 하나로 묶은 작업 단위이다. 특정 값을 입력 받아서 작업을 수행한 뒤 값을 반환할 수 있다.
초기화 블럭(initialization block)
- 클래스 초기화 블럭(static initialization block) : 클래스(static) 변수들을 초기화하는 블럭이다.
- 인스턴스 초기화 블럭(instance initialization block) : 인스턴스 변수들을 초기화하는 블럭이다.
내부 클래스(inner class) : 클래스 내에 선언되는 클래스이다. 인스턴스 클래스, 스태틱 클래스, 지역 클래스, 익명 클래스가 있다.

인스턴스 변수는 인스턴스가 생성될 때 마다 생성되므로 인스턴스 마다 각기 다른 값을 유지하지만 클래스 변수는 모든 인스턴스가 하나의 저장 공간(메서드 영역)을 공유하므로 항상 공통된 값을 갖는다.(=공유 변수)

클래스 구성 코드 설명

class ClassTest {
    // field
    static int staticValue;    // 1. 클래스 변수
    int instanceValue;         // 2. 인스턴스 변수

    // 3. 클래스 초기화 블럭
    static {
        staticValue = 0;
    }
    
    // 4. 인스턴스 초기화 블럭
    {
        instanceValue = 0
    }
    
    // 5. 생성자
    public ClassTest(int instanceValue) {
        this.instanceValue = instanceValue;
    }
    
    // 6. 클래스 메서드
    public static void staticMethod() {
        ...
    }
    
    // 7. 인스턴스 메서드
    public void instanceMethod() {
        ...
    }
    
    // 내부 클래스
    class InnerClass {
    
    }

}

위 예시는 클래스 구성 요소들을 작성한 코드로 내부 클래스를 제외한 각각의 요소들의 생성 시점을 순서대로 나열하면 먼저 클래스 생성 이전 순서는 1->6->3 이다.

만약 ClassTest 클래스를 객체로 생성하면

// ClassTest 객체 생성
ClassTest ct = new ClassTest(1);

클래스 생성 이후 순서는 2->7->4->5 이다.

클래스 초기화
- 1. 클래스 변수 -> 6. 클래스 메서드 -> 3. 클래스 초기화 블럭
인스턴스 초기화
- 1. 인스턴스 변수 -> 7. 인스턴스 메서드 -> 4. 인스턴스 초기화 블럭 -> 5. 생성자

따라서 각 변수와 메서드는 먼저 메모리에 할당되고 이후 초기화 블럭 진행 -> 생성자 호출 순으로 객체의 생성이 마무리 된다.

멤버변수의 초기화 방법
1. 명시적 초기화(explicit initialization)
2. 초기화 블럭(initialization block)
3. 생성자(constructor)
순서는 1, 2, 3 순으로 명시적 초기화 이후 초기화 블럭이 다시 초기화하고 마지막으로 생성자에 의해 객체 생성 시에 초기화가 이뤄진다. 명시적 초기화는 변수 선언 즉시 바로 값을 할당하는 것이다.
ex) int value = 0;

생성자의 사용 방법

모든 클래스에는 반드시 하나 이상의 생성자가 정의되어 있어야 한다. 만약 생성자가 보이지 않는다면 컴파일러가 제공하는 기본 생성자이다.(기본 생성자가 추가되는 경우는 클래스에 생성자가 하나도 정의되지 않을 때만 추가가 된다.)

생성자 정의 규칙
- 생성자의 이름은 클래스의 이름과 같아야 한다.
- 생성자는 리턴 값이 없다.

모든 생성자는 리턴 값이 없기 때문에 생성자에 void 키워드를 생략할 수 있다.

기본 생성자

class People {
    String name;
    int age;
}

People p = new People();

위 예시에서 People 객체를 생성했을 때 People 클래스는 현재 생성자가 정의되어 있지 않기 때문에 기본 생성자가 호출된다.

매개변수가 있는 생성자

class People {
    String name;
    int age;
    
    People (String n) {
        name = n;
    }
}

People p = new People("홍길동");

위 예시는 People 객체 생성 시 "홍길동"이라는 이름으로 name을 초기화하는 생성자를 호출한 예시이다.

this(), this 키워드

this 키워드는 클래스 내부에서 자신(생성된 객체)을 접근할 때 사용한다. 즉 위 People 클래스 내부에서 this.name 을 하면 현재 생성한 객체의 name 을 말한다.

이를 활용하여 생성자를 호출할 때 인자(argments)값이 name으로 People 클래스의 인스턴스 변수와 이름이 같을 때 에러와 혼동을 피하기 위해 사용할 수 있다.

class People {
    String name;
    int age;
    
    People (String name) {
        this.name = name;
    }
}

People p = new People("홍길동");

그리고 this는 클래스 내부에서 객체의 생성자로서 사용될 수 있다.

class People {
    String name;
    int age;

    People () {
    }
    People (String name) {
        this(name, "20");
    }
    People (String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
}

People p = new People("홍길동");
People p = new People("홍길동", "21");

위 예시를 통해 생성자를 다양하게 호출이 가능하고 this 키워드를 통해 이를 더 활용이 가능한 것을 확인할 수 있다.

static 키워드

클래스(static) 변수

클래스 변수는 위에서 말한 내용처럼 프로그램 실행 시에 이미 메모리에 할당되어 있기 때문에 객체를 따로 생성하지 않아도 클래스를 통해 접근이 가능하다.

class StaticTest {
    static int value;
    public static void testStaticMethod() {
       ...
    }
}

... 

public static void main(String[] args) {
    // StaticTest 클래스를 생성하지 않아도 사용이 가능
    StaticTest.value = 7;
    StaticTest.testStaticMethod();
}

클래스(static) 메서드 주의 사항

위에서 언급했듯이 static 키워드가 들어간 함수나 변수, 이후 과정인 클래스는 모두 main 메서드가 동작하기 전에 클래스로더에 의해 프로그램 구동 시 가장 먼저 메모리에 할당되어 사용할 수 있는 정보이다.

그렇기 때문에 스태틱 메서드의 블럭에서는 인스턴스 변수를 접근할 수 없다. 다음의 예시를 통해 더 자세히 설명한다.

class StaticTest {
    int value = 0;
    public static void testStaticMethod() {	// 스태틱 메서드
        value = 1;	// 인스턴스 변수 -> 컴파일 에러 발생!
    }
}

위 예시를 통해 스태틱 메서드에서 인스턴스 변수를 접근했을 때 컴파일러에서 에러를 발생시키는 것을 확인할 수 있다. 스태틱 메서드는 main 메서드 호출 전에 이미 메모리에 할당되어 있고 인스턴스 변수는 해당 클래스가 객체로서 할당될 때 메모리에 할당되기 때문에 스태틱 키워드가 선언된 변수나 함수가 메모리에 할당된 후 실행될 때 인스턴스 변수는 메모리에 없기 때문에 문제가 발생한다.(인스턴스 메서드 역시 마찬가지로 스태틱 메서드에서 호출 불가능하다.)