Java Basics ☕

Java 및 OOP의 기본적인 핵심 개념들을 정리 해봤습니다. 🤜

WORA

Write Once, Run Anywhere.
한 번의 작성으로 어디서든 실행 가능하다.

• 컴퓨터에 따라 다른 코드를 작성해야 했던 Assembly 와 다르게 Java는 컴퓨터가 달라도 통일된 코드를 실행할 수 있다는 장점을 나타내기 위해 제작됐다.

Byte Code

바이트 코드는 고급 언어로 작성된 소스 코드를 가상머신이 이해할 수 있는 중간 코드로 컴파일 한 것을 의미한다.

자바 바이트 코드는 JVM 이 이해할 수 있는 언어로 변환된 자바 소스 코드를 의미한다.
자바 컴파일러에 의해 변환되는 코드의 명령어 크기는 1바이트라서 자바 바이트 코드라고 불린다. 자바 바이트 코드는 JVM 만 설치 돼있다면 어떤 운영체제에서도 실행이 가능하다.

JVM(Java Virtual Machine)

자바 가상 머신은 자바 바이트 코드를 실행시키기 위한 가상의 기계이다. Java로 작성된 모든 프로그램은 자바 가상 머신에서만 실행될 수 있으므로 자바 프로그램을 실행하기 위해선 JVM이 설치 되어야 한다.

Java 네이밍 규칙

개발 시 , 혼자 개발하는 것이 아니라면 다른 개발자들로 하여금 보기 좋은 코드를 짜야한다.
Java는 변수, 메소드 명의 선언 규칙이 존재한다.

1. 대소문자가 구분이 되며, 길이에 제한이 없다.
   예) Num 과 num은 다른 변수 및 메소드이다.

2. 예약어를 사용하면 안된다.
   예) int , float, String continue, for 등등..

3. 숫자로 시작하면 안된다.

4. 최대한 가독성이 높아보이도록 선언한다.

   • 충분한 목적이 보이도록 선언 : int s -> int sum -> int sumNumber
   • 줄임말 보다는 의미가 확실하게 선언 : CalcSys -> CalculatorSystem

5. 클래스 이름

   • Java에서 클래스 선언 시 첫 번째 문자는 대문자로 시작한다.

   class Cat {}
   public class Program {}

6. 변수 및 메소드 이름

   • 첫 단어를 제외한 각 단어의 첫 번째 문자는 대문자로 시작한다.

   protected String catName;
   int catAge;
   public void catInfo() {...}

7. 상수 선언 시

   • 모든 문자를 대문자로 표기한다.

   final static double PI = 3.141592;

데이터 타입 💾

기본 타입

• boolean : 1 bit
• char : 2 byte
• byte : 1 byte
• short : 2 byte
• int : 4 byte
• long : 8 byte
• float : 4 byte
• double : 8 byte

※ Java 에서 문자열인 String은 기본 타입이 아니다.
String 클래스로 존재한다.

레퍼런스 타입

• 배열(Array) 에 대한 레퍼런스
• 클래스(Class) 에 대한 레퍼런스
• 인터페이스(Interface) 에 대한 레퍼런스

Scanner ⌨️

• System.in

  • 키보드로부터 직접 읽는 자바의 표준 스트림이다.
  • 키 값을 바이트로 리턴한다.
  • 키 값을 바이트 데이터로 넘겨주므로 응용프로그램이 문자 정보로 변환해야 한다.

• Scanner 클래스
  + System.in 에게 키를 읽게하고 읽은 바이트를 문자, 정수, 실수, bool, 문자열 등 다양한 타입으로 변환하여 리턴해주는 클래스이다.

import java.util.Scanner;	// 라이브러리 Import 필요

Scanner sc = new Scanner(System.in) // Scanner 객체 생성

Array

• 배열(Array)
  • 인덱스와 인덱스에 대응하는 데이터들로 이루어진 자료구조이다.
  • 배열을 이용하면 한 번에 많은 메모리 공간 할당이 가능하다.
  • 같은 타입의 데이터들이 순차적으로 저장 가능하다.
    • [1, 2, 3, 4, . . . . 10]
    • [1.01, 1.33, 52.11, 33.23]
      
• 배열 Index
  • 다른 언어와 마찬가지로 0에서부터 시작된다.
  • 인덱스는 배열의 시작 위치에서부터 데이터가 있는 상대적 위치이다.

배열의 선언과 생성은 다음과 같다.

/* 배열 선언 */
int numArray []; 
char charArray [];
// 또는
int [] numArray;
char [] charArray;

/* 배열 생성 */
numArray = new int[10];
charArray = new char[10];
// 또는
int numArray[] = new int[10];
char charArray[] = new char[10];

생성과 동시에 값 초기화도 가능하다.

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

2차원 배열

기존 배열이 1열로 된 공간이라면 2차원 배열은 행과 열로 구성 돼있다.
2차원 배열의 선언은 아래와 같이 가능하다.

// 2차원 배열 선언
int[][] numArray;
char[][] charArray;

// 2차원 배열 생성
numArray = new int[5][5]; // 5x5 행열을 가진 int 배열
charArray = new char[5][5]; // 5x5 행열을 가진 char 배열

접근 지정자

접근 지정자는 객체 지향의 캡슐화 , 상속 등을 지키기 위해 필요한 존재다. 상속으로 클래스 간에 접근 범위를 제어하기 위해서 중요하다. Java에는 총 4가지의 접근 지정자가 존재한다.

• public
  다른 모든 클래스의 접근을 허용한다.

public class Main { . . . }

• default

  • 접근 지정자가 없을 경우 기본값인 지정자이다.
  • 같은 패키지의 클래스만 접근 허용이 가능하다.

• protected

  • 같은 패키지 내의 다른 모든 클래스의 접근 허용이 가능하다.
  • 상속 받은 서브 클래스는 다른 패키지에 있어도 접근 가능하다.

• private

  • 동일 클래스 내에만 접근 허용 가능하다. 상속 받은 서브 클래스에서 접근 불가하다.

접근 지정자	적용 대상	접근 가능	접근 불가
public	클래스, 멤버 변수, 생성자, 메소드	모든 대상	X
protected	멤버 변수, 생성자, 메소드	같은 패키지 , 자식 클래스	다른 패키지에 속한 클래스
default	클래스, 멤버 변수, 생성자 , 메소드	같은 패키지에 속한 클래스	다른 패키지에 속한 클래스
private	멤버 변수 , 생성자 , 메소드	클래스 내부	클래스 외부

객체 지향 프로그래밍

객체지향 프로그래밍이란 프로그램을 단순히 데이터와 처리방법으로 나누는 것이 아니라, 프로그램을 수많은 객체(Object) 라는 기본 단위로 나누고 이들의 상호작용으로 서술하는 방식이다.

객체지향의 요소

캡슐화(Encapsulation)

이미지 출처 : xperti.io

• 변수와 함수를 하나의 단위로 묶는 것을 의미한다.
• 즉 데이터의 번들링이라고 한다.
• 통상적인 프로그래밍 언어에서 이 번들링은 Class 를 통해 구현되고, 해당 클래스의 인스턴스 생성을 통하여 클래스 안에 포함된 멤버 변수와 메소드에 쉽게 접근할 수 있다.

정보 은닉(Information Hiding)

• 프로그램의 세부 구현을 외부로 드러나지 않도록 특정 모듈 내부로 감추는 것을 의미한다.
• 정보 은닉의 가장 근본적인 목적은 고려되지 않은 영향(Side Effect)들을 최소화 하는 것이다.
• 세 가지의 종류로 정보 은닉 표현이 가능하다.
  • public : 클래스의 외부에서 사용 가능하도록 노출.
  • protected : 다른 클래스에게는 노출되지 않지만, 상속받은 자식 클래스에게 노출.
  • private : 클래스의 내부에서만 사용 가능하도록 한다. 외부 노출이 불가능하다.

상속(Inheritance)

이미지 출처 : PATRICK

• 상속은 클래스 내부에 부모(Super) 클래스와 자식(Sub) 클래스가 존재한다.
• 상속이란 자식 클래스는 부모 클래스의 특성과 기능을 그대로 물려받는 것을 의미한다.
• 기능의 일부분을 변경해야 할 경우 서브 클래스에 상속받은 그 기능을 수정하여 다시 정의할 수 있다. 이를 Overriding 이라고 한다. 상속은 캡슐화를 유지하면서도 클래스의 재사용이 용이하도록 해준다.

다형성(Polymorphism)

하나의 변수, 또는 함수가 상황에 따라 다른 의미로 해석될 수 있는 것을 의미한다.

• 서브타입 다형성(Subtype polymorphism)

상속받은 상위 클래스의 메소드를 재정의하여 사용할 수 있는 성질이다.
각각의 하위 클래스는 상위 클래스의 메소드 위에 자신의 메소드를 덮어쓰는 Overridng을 수행한다. 대부분의 객체지향 언어에서 지원하는 개념이다.

public class Space {
    public void Info() {
        System.out.println("Space.");
    }
}

public class Star extends Space {
    @Override
    public void Info() {
        System.out.println("Star.");
    }
}

public class Main {
    public static void main(String args[]) {
        Star star = new Star();
        star.Info();
    }
}

• 매개변수 다형성(Parametric Polymorphism)

타입을 매개변수로 받아 새로운 타입으로 돌려주는 기능이다.
Java 와 C# 에서는 제네릭이 있다. 지정한 타입 매개변수에 해당하는 타입만을 사용하겠다고 약속하는 방식이다.

class Box<T> {
    T item;
    void setItem(T item) { this.item = item; }
    T getItem() { return item; }
}

• 임시 다형성(ad hoc Polymorphism)

같은 이름의 함수를 매개 변수의 개수, 또는 타입을 변경하여 여러 개의 함수가 서로 다르게 행동할 수 있도록 하는 성질이다. Method Overloading이 이와 같다.

Class & Object

객체지향의 핵심 3가지 클래스 , 객체 , 인스턴스

클래스

클래스란, 객체를 만들어내기 위한 설계도이다. 클래스의 내부에는 객체를 생성하기 위한 변수와 메소드가 집합해있다. 자동차 설계도를 Java로 표현해보겠다.

class Car {
	private String carBrand;
	private int carFuel;
    private int carSpeed;
    
    int speeedDown() {...}
    int speedUp() {...}
    void setCarName() {...}
}

Car 클래스 내부에는 기름 , 자동차 속도가 변수로 존재하며 메소드로는 자동차의 속도를 제어하는 메소드와 자동차 이름을 표시해주는 메소드가 존재한다.

이처럼 클래스는 객체의 설계도라 보면 된다.

객체

사전적 정의 : 세상에 실제로 존재하는 것

객체(Object)란 객체 지향 언어에서 클래스에 정의된 내용이 메모리에 생성된 것을 의미한다. 일반적으로 객체는 다수의 속성과 기능을 가지고 있으며 객체가 가지고 있는 속성과 그 기능을 멤버라고 부른다. 클래스에서 실제로 생성된 객체를 인스턴스(Instance) 라고 칭한다.

클래스를 이용하여 객체를 만드는 방법은 총 두 가지다.
1. 클래스 변수 선언 -> 변수에 new 연산자를 사용하여 클래스 생성
2. 클래스 변수의 선언과 동시에 new 연산자를 사용하여 클래스 생성

코드로 표현하면,

// 1번 방법
Car myCar;
myCar = new Car();

// 2번 방법
Car myCar = new Car();

상단에서 생성한 Car 클래스를 메인 메소드에서 표현해보자.

public class Main {
	public static void main(String args[]) {
    	Car audi = new Car();	// Car 클래스의 인스턴스인 audi
        audi.showCarName("Audi");
        
        Car hyundai = new Car(); // Car 클래스의 인스턴스인 hyundai
        hyundai.showCarName("Hyundai");
        
        Car volvo = new Car();	// Car 클래스의 인스턴스인 volvo
        volvo.showCarName("Volvo");
    }
}

Car 라는 클래스를 통해 객체(인스턴스)를 총 3개를 구현했다.
audi , hyundai , volvo 가 메인 메소드에 존재한다는 뜻이다.

생성자(Constructor)

생성자란 new 연산자를 통해 클래스의 인스턴스를 생성할 때 반드시 호출되며 제일 먼저 실행되는 메소드의 일종이다. 여기서 주의할 점은 생성자가 메소드는 아니다. 생성자는 클래스 내 멤버 변수들을 초기화 시키는 역할을 해준다.

모든 클래스의 기본 생성자는 이처럼 정의한다.

public Car() {}
public Driver() {}

생성자는 기본적으로 리턴 타입이 없으며, 클래스 이름과 같다. 매개 변수는 생략 가능하며 여러 개의 생성자 생성이 가능하다.

class Car {
	public Car(String carBrand, String carName, int carSpeed) {
     . . .
    }
    
    public Car(String carName) {. . .}
    
    public car() {} // 기본 생성자
}

this

this 는 객체 자신을 의미한다.
this는 주로 생성자와 메소드의 매개변수 이름이 멤버변수와 동일한 경우, 인스턴스 멤버의 멤버 변수(필드)라는 것을 알리고자 할 때 사용한다.

또한 멤버 변수와 매개 변수의 이름이 같을 때 생성자 내부에서는 해당 멤버 변수에 접근할 수 없기 때문에 this 를 사용한다. 아래 코드로 예시를 확인해보자.

class User {
	String userName; // 멤버변수(필드)
    
    void setUserName(String userName) {
    	this.userName = userName;
        // this.userName => 멤버 변수
        // userName => 매개 변수
    }
}

이런 식으로 메소드, 생성자의 참조 변수가 멤버 변수 이름과 같더라도 this를 이용하여 같이 사용할 수 있다.

메소드(Method)

C , C++ 에서 칭하는 함수를 Java 에서는 메소드라고 지칭한다.

// C 언어에서의 함수
void info()
{
	printf("Hello World !");
}

// 자바에서의 메소드
public void info()
{
	System.out.println("Hello World !");
}

main() 메소드

자바의 프로그램 시작은 main() 에서 시작된다.

public class Main {
	public static void main(String args[]) {
    	System.out.println("Hello World !");
    }
}

main()코드를 하나씩 해석하면,

• public : 접근 제어자를 의미한다. 다른 모든 클래스의 접근을 허용한다.
• static : 정적 메소드임을 의미한다.
• void : 리턴 값이 존재하지 않는 메소드이다.
• Stirng args[] : String 객체로 정의된 args 멤버변수를 전달 받는다는 것을 의미한다.

main()문 작성시 저 규칙을 반드시 지켜야만 한다.

예외처리 ⚠️

정의 : 프로그램 실행 시 발생할 수 있는 예외 발생에 대비한 코드를 작성 하는 것
목적 : 프로그램의 비정상 종료를 막으며 정상적인 실행상태를 유지하기 위함.

개발자와 프로그램의 주적은 오류다. 자바에서는 프로그램 실행 시 발생할 수 있는 오류를 에러(Error) 와 예외(Exception) 으로 구분한다.

Error ⛔

대표적인 에러의 예시는 아래와 같다.

• 메모리가 부족해 하드웨어에 영향을 줄 수 있는 에러 메모리 부족(OutOfMemoryError)
• 고정된 스택 공간이 넘쳐 다른 메모리 영역에 침범하려는 에러 StackOverFlow

에러같은 경우에는 프로세스에 심각한 문제를 일으키기 때문에 프로세스 자체를 종료 시킬 수 있다. 즉 에러 발생 시 프로세스가 종료가 되어 개발자가 프로그램 내의 에러에 개입할 수 없는 것이다.

Exception

예외(Exception)에는 두가지 종류가 존재한다. 일반 예외(Exception) , 실행 중 예외(Runtime Exception) 가 존재한다. 예외같은 경우에는 에러와는 달리 사용자의 예기치 못한 조작 , 개발자의 잘못된 방법으로 짠 소스 코드에서 발생하기 때문에 예외처리를 통하여 예외 발생 시 프로그램이 종료하지 않도록 할 수 있다.

• 일반 예외(Exception)
  일반 예외는 컴파일 단계에서 발견하는 예외이다. 소스 코드를 컴파일 하는 과정에서 발생하는 예외이다. 컴파일 하는 과정에서 예외 처리 코드가 없을 시 컴파일 오류가 발생한다.

• 실행 예외(Runtime Exception)
  실행 예외는 프로그램 실행 중 발생하는 예외이다. 즉 컴파일러에서 예외 체크를 하지 않으며 온전히 개발자가 예외 발생를 예측하여 코드 작성을 해야한다.

대표 예외

• NullPointerException
Java에서 코드 작성 시 자주 발생하는 에러이다. 에러 발생 이유는 null 값을 가진 객체 참조를 사용할 시 NullPointerException이 발생한다.

public class NullPoint {
	public static void main(String args[]) {
    	String str = null; // str 은 현재 값이 null
        System.out.println(str.toString()); /* str에 값이 존재하지 않은데 출력 시 
        									NullPointerException 에러 발생 ! */
    }
}

• ArrayIndexOutOfBoundsException
  배열의 인덱스 범위를 초과하여 배열을 조작할 경우 발생하는 예외이다.

public class ArrayIndex {
	public static void main(String args[]) {
    	int numArray[] = new int[5]; // 인덱스 5개를 가진 int 형 배열 생성
        for(int i = 0; i <= 5; i++) { // 5 개 초과하여 배열 생성 시 에러 발생
        	numArray[i];
        }
    }
}

• ClassCastException
  변환할 수 없는 타입으로 객체를 변환할 때 발생하는 예외이다.

• IllegalArgumentException
  잘못된 인자를 전달 할 시 발생하는 예외이다.

이 외에도 여러 예외가 존재한다. 이 들을 개발자가 잡고 프로그램이 에러가 발생하여 꺼지는 것을 방지하기 위해선 개발자의 Java 언어 숙련도가 중요하다고 생각한다.

이 예외들을 처리하기 위해서 try - catch - finally 예약어를 사용한다.

try{
	예외 발생 가능성이 존재하는 코드들을 작성.
}

catch(예외 처리할 에러 타입 선언) {
	예외 발생 시 출력할 코드들을 작성.
}

finally {
	예외 발생 여부와 상관 없이 실행된다.
   	finally의 작성은 생략 가능하다.
}

try 문 내부에서 예외 발생 시

• catch 문 실행

try 문 내부에서 예외 발생이 없을 시

• 그대로 try 문 내의 코드들이 작동한다.

마치며

자바와 객체 지향의 기초 개념을 정리해봤다.
정리하며 많은 사이트들의 자료를 찾아보고 참고하다보니 다른 언어로의 표현법도 접했는데
C#이 Java와 상당히 유사한 점을 알았다.

사실 이번 게시글에서 입출력문 , 조건문, 반복문의 사용법도 작성하고 싶었는데 다른 언어와 문법이 크게 다르지 않아 이 게시물에서 작성해봤자 의미가 없다고 생각했다 ! 😶