Java 공부 13일차(클래스란?)2편

임선구·2025년 1월 14일
Java

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오늘의 공부

클래스 도입

앞서 이야기한 문제를 클래스를 도입해서 해결해보자.
클래스를 사용해서 학생이라는 개념을 만들고, 각각의 학생 별로 본인의 이름, 나이, 성적을 관리하는 것이다.
우선 코드를 작성하고 실행해보자.

Student 클래스

package class1;
public class Student { String name;
 int age;
 int grade;
}

class 키워드를 사용해서 학생 클래스( Student )를 정의한다. 학생 클래스는 내부에 이름( name ), 나이( age ), 성적( grade ) 변수를 가진다.

이렇게 클래스에 정의한 변수들을 멤버 변수, 또는 필드라 한다.

  • 멤버 변수(Member Variable): 이 변수들은 특정 클래스에 소속된 멤버이기 때문에 이렇게 부른다.
  • 필드(Field): 데이터 항목을 가리키는 전통적인 용어이다. 데이터베이스, 엑셀 등에서 데이터 각각의 항목을 필드
    라 한다.
  • 자바에서 멤버 변수, 필드는 같은 뜻이다. 클래스에 소속된 변수를 뜻한다.

클래스는 관례상 대문자로 시작하고 낙타 표기법을 사용한다.
예): Student , User , MemberService

이제 학생 클래스를 사용하는 코드를 작성해보자.

ClassStart3

package class1;
public class ClassStart3 {
 public static void main(String[] args) {
 Student student1;
 student1 = new Student();
 student1.name = "학생1";
 student1.age = 15;
 student1.grade = 90;
 Student student2 = new Student();
 student2.name = "학생2";
 student2.age = 16;
 student2.grade = 80;
 System.out.println("이름:" + student1.name + " 나이:" + student1.age + " 
성적:" + student1.grade);
 System.out.println("이름:" + student2.name + " 나이:" + student2.age + " 성적:" + student2.grade);
 }
}

실행 결과

이름:학생1 나이:15 성적:90
이름:학생2 나이:16 성적:80

클래스와 사용자 정의 타입

  • 타입은 데이터의 종류나 형태를 나타낸다.
  • int 라고 하면 정수 타입, String 이라고 하면 문자 타입이다.
  • 학생( Student )이라는 타입을 만들면 되지 않을까?
  • 클래스를 사용하면 int , String 과 같은 타입을 직접 만들 수 있다.
  • 사용자가 직접 정의하는 사용자 정의 타입을 만들려면 설계도가 필요하다. 이 설계도가 바로 클래스이다.
  • 설계도인 클래스를 사용해서 실제 메모리에 만들어진 실체를 객체 또는 인스턴스라 한다.
  • 클래스를 통해서 사용자가 원하는 종류의 데이터 타입을 마음껏 정의할 수 있다.

용어: 클래스, 객체, 인스턴스
클래스는 설계도이고, 이 설계도를 기반으로 실제 메모리에 만들어진 실체를 객체 또는 인스턴스라 한다. 둘다 같은 의
미로 사용된다.
여기서는 학생( Student ) 클래스를 기반으로 학생1( student1 ), 학생2( student2 ) 객체 또는 인스턴스를 만들었
다.

이제 코드를 하나씩 분석해보자.

  1. 변수 선언
  • Student student1
    • Student 타입을 받을 수 있는 변수를 선언한다.
    • int 는 정수를, String 은 문자를 담을 수 있듯이 Student 는 Student 타입의 객체(인스턴스)를 받을 수 있다.
  1. 객체 생성

    student1 = new Student() 코드를 나누어 분석해보자.
  • 객체를 사용하려면 먼저 설계도인 클래스를 기반으로 객체(인스턴스)를 생성해야 한다.
  • new Student() : new 는 새로 생성한다는 뜻이다. new Student() 는 Student 클래스 정보를 기반으로 새로운 객체를 생성하라는 뜻이다. 이렇게 하면 메모리에 실제 Student 객체(인스턴스)를 생성한다.
  • 객체를 생성할 때는 new 클래스명() 을 사용하면 된다. 마지막에 () 도 추가해야 한다.
  • Student 클래스는 String name , int age , int grade 멤버 변수를 가지고 있다. 이 변수를 사용하는데 필요한 메모리 공간도 함께 확보한다.
  1. 참조값 보관
  • 객체를 생성하면 자바는 메모리 어딘가에 있는 이 객체에 접근할 수 있는 참조값(주소)( x001 )을 반환한다.
    • 여기서 x001 이라고 표현한 것이 참조값이다. (실제로 x001 처럼 표현되는 것은 아니고 이해를 돕기 위한 예시이다.)
  • new 키워드를 통해 객체가 생성되고 나면 참조값을 반환한다. 앞서 선언한 변수인 Student student1 에 생성된 객체의 참조값( x001 )을 보관한다.
  • Student student1 변수는 이제 메모리에 존재하는 실제 Student 객체(인스턴스)의 참조값을 가지고 있
    다.
    • student1 변수는 방금 만든 객체에 접근할 수 있는 참조값을 가지고 있다. 따라서 이 변수를 통해서 객체
      를 접근(참조)할 수 있다. 쉽게 이야기해서 student1 변수를 통해 메모리에 있는 실제 객체를 접근하고 사용할 수 있다.

참조값을 변수에 보관해야 하는 이유
객체를 생성하는 new Student() 코드 자체에는 아무런 이름이 없다. 이 코드는 단순히 Student 클래스를 기반으로 메모리에 실제 객체를 만드는 것이다. 따라서 생성한 객체에 접근할 수 있는 방법이 필요하다. 이런 이유로 객체를 생성할 때 반환되는 참조값을 어딘가에 보관해두어야 한다. 앞서 Student student1 변수에 참조값( x001 )을 저장해두었으므로 저장한 참조값( x001 )을 통해서 실제 메모리에 존재하는 객체에 접근할 수 있다.

지금까지 설명한 내용을 간단히 풀어보면 다음과 같다.

Student student1 = new Student(); //1. Student 객체 생성
Student student1 = x001; //2. new Student()의 결과로 x001 참조값 반환
student1 = x001; //3. 최종 결과

이후에 학생2( student2 )까지 생성하면 다음과 같이 Student 객체(인스턴스)가 메모리에 2개 생성된다. 각각 참조값이 다르므로 서로 구분할 수 있다.


참조값을 확인하고 싶다면 다음과 같이 객체를 담고 있는 변수를 출력해보면 된다.

System.out.println(student1);
System.out.println(student2);

출력 결과

class1.Student@7a81197d
class1.Student@2f2c9b19

@앞은 패키지 + 클래스 정보를 뜻한다. @뒤에 16진수는 참조값을 뜻한다.

객체 사용

클래스를 통해 생성한 객체를 사용하려면 먼저 메모리에 존재하는 객체에 접근해야 한다. 객체에 접근하려면 . (점, dot)을 사용하면 된다.

//객체 값 대입
student1.name = "학생1";
student1.age = 15;
student1.grade = 90;
//객체 값 사용
System.out.println("이름:" + student1.name + " 나이:" + student1.age + " 성적:" +
student1.grade);

객체 참조 그림

객체에 값 대입

객체가 가지고 있는 멤버 변수( name , age ,grade )에 값을 대입하려면 먼저 객체에 접근해야 한다.
객체에 접근하려면 . (점, dot) 키워드를 사용하면 된다. 이 키워드는 변수( student1 )에 들어있는 참조값( x001 )을 읽어서 메모리에 존재하는 객체에 접근한다.

순서를 간단히 풀어보면 다음과 같다.

student1.name="학생1" //1. student1 객체의 name 멤버 변수에 값 대입
x001.name="학생1" //2.변수에 있는 참조값을 통해 실제 객체에 접근, 해당 객체의 name 멤버 변수에
값 대입

student1. (dot)이라고 하면 student1 변수가 가지고 있는 참조값을 통해 실제 객체에 접근한다.
student1 은 x001 이라는 참조값을 가지고 있으므로 x001 위치에 있는 Student 객체에 접근한다.

그림으로 자세히 알아보자.
student1.name="학생1" 코드 실행 전

student1.name="학생1" 코드 실행 후

  • student1.name 코드를 통해 . (dot) 키워드가 사용되었다. student1 변수가 가지고 있는 참조값을 통해 실제 객체에 접근한다.
  • x001.name = "학생1" : x001 객체가 있는 곳의 name 멤버 변수에 "학생1" 데이터가 저장된다.

객체 값 읽기

객체의 값을 읽는 것도 앞서 설명한 내용과 같다. . (점, dot) 키워드를 통해 참조값을 사용해서 객체에 접근한 다음에 원하는 작업을 하면 된다. 다음 예제를 보자.

//1. 객체 값 읽기
System.out.println("이름:" + student1.name);
//2. 변수에 있는 참조값을 통해 실제 객체에 접근하고, name 멤버 변수에 접근한다.
System.out.println("이름:" + x001.name);//3. 객체의 멤버 변수의 값을 읽어옴
System.out.println("이름:" + "학생1");

객체 값 읽기 - 그림1

객체 값 읽기 - 그림2

  • x001 에 있는 Student 인스턴스의 name 멤버 변수는 "학생1"이라는 값을 가지고 있다. 이 값을 읽어서 사용한다.

클래스, 객체, 인스턴스 정리

클래스 - Class

클래스는 객체를 생성하기 위한 '틀' 또는 '설계도'이다. 클래스는 객체가 가져야 할 속성(변수)과 기능(메서드)를 정의한다. 예를 들어 학생이라는 클래스는 속성으로 name , age , grade 를 가진다. 참고로 기능(메서드)은 뒤에서 설명한다. 지금은 속성(변수)에 집중하자

  • 틀: 붕어빵 틀을 생각해보자. 붕어빵 틀은 붕어빵이 아니다! 이렇게 생긴 붕어빵이 나왔으면 좋겠다고 만드는 틀일 뿐이다. 실제 먹을 수 있는 것이 아니다. 실제 먹을 수 있는 팥 붕어빵을 객체 또는 인스턴스라 한다.
  • 설계도: 자동차 설계도를 생각해보자. 자동차 설계도는 자동차가 아니다! 설계도는 실제 존재하는 것이 아니라 개
    념으로만 있는 것이다. 설계도를 통해 생산한 실제 존재하는 흰색 테슬라 모델 Y 자동차를 객체 또는 인스턴스라
    한다.

객체 - Object

객체는 클래스에서 정의한 속성과 기능을 가진 실체이다. 객체는 서로 독립적인 상태를 가진다.
예를 들어 위 코드에서 student1 은 학생1의 속성을 가지는 객체이고,student2 는 학생2의 속성을 가지는 객체이다. student1 과 student2 는 같은 클래스에서 만들어졌지만, 서로 다른 객체이다.

인스턴스 - Instance

인스턴스는 특정 클래스로부터 생성된 객체를 의미한다. 그래서 객체와 인스턴스라는 용어는 자주 혼용된다. 인스턴스
는 주로 객체가 어떤 클래스에 속해 있는지 강조할 때 사용한다. 예를 들어서 student1 객체는 Student 클래스의 인스턴스다. 라고 표현한다.

객체 vs 인스턴스

둘다 클래스에서 나온 실체라는 의미에서 비슷하게 사용되지만, 용어상 인스턴스는 객체보다 좀 더 관계에 초점을 맞춘 단어이다. 보통 student1 은 Student 의 객체이다. 라고 말하는 대신 student1 은 Student 의 인스턴스이다.
라고 특정 클래스와의 관계를 명확히 할 때 인스턴스라는 용어를 주로 사용한다.
좀 더 쉽게 풀어보자면, 모든 인스턴스는 객체이지만, 우리가 인스턴스라고 부르는 순간은 특정 클래스로부터 그 객체가 생성되었음을 강조하고 싶을 때이다. 예를 들어 student1 은 객체이지만, 이 객체가 Student 클래스로부터 생성된다는 점을 명확히 하기 위해 student1 을 Student 의 인스턴스라고 부른다.

하지만 둘다 클래스에서 나온 실체라는 핵심 의미는 같기 때문에 보통 둘을 구분하지 않고 사용한다.

배열 도입 - 시작

클래스와 객체 덕분에 학생 데이터를 구조적으로 이해하기 쉽게 변경할 수 있었다.
마치 실제 학생이 있고, 그 안에 각 학생의 정보가 있는 것 같다. 따라서 사람이 이해하기도 편리하다.
이제 각각의 학생 별로 객체를 생성하고, 해당 객체에 학생의 데이터를 관리하면 된다.

하지만 코드를 보면 아쉬운 부분이 있는데, 바로 학생을 출력하는 부분이다.

System.out.println("이름:" + student1.name + " 나이:" + student1.age + ...);
System.out.println("이름:" + student2.name + " 나이:" + student2.age + ...);

새로운 학생이 추가될 때 마다 출력하는 부분도 함께 추가해야 한다.

배열을 사용하면 특정 타입을 연속한 데이터 구조로 묶어서 편리하게 관리할 수 있다.
Student 클래스를 사용한 변수들도 Student 타입이기 때문에 학생도 배열을 사용해서 하나의 데이터 구조로 묶어서 관리할 수 있다.

Student 타입을 사용하는 배열을 도입해보자.

ClassStart4

package class1;
public class ClassStart4 {
 public static void main(String[] args) {
 Student student1 = new Student();
 student1.name = "학생1";
 student1.age = 15;
 student1.grade = 90;
 Student student2 = new Student();
 student2.name = "학생2";
 student2.age = 16;
 student2.grade = 80;
 Student[] students = new Student[2];
 students[0] = student1;
 students[1] = student2;
 System.out.println("이름:" + students[0].name + " 나이:" +
students[0].age + " 성적:" + students[0].grade);
 System.out.println("이름:" + students[1].name + " 나이:" +
students[1].age + " 성적:" + students[1].grade);
 }
}

코드를 분석해보자.

Student student1 = new Student();
student1.name = "학생1";
student1.age = 15;
student1.grade = 90;
Student student2 = new Student();
student2.name = "학생2";
student2.age = 16;
student2.grade = 80;

Student 클래스를 기반으로 student1 , student2 인스턴스를 생성한다. 그리고 필요한 값을 채워둔다.

인스턴스 생성 그림

배열에 참조값 대입

이번에는 Student 를 담을 수 있는 배열을 생성하고, 해당 배열에 student1 , student2 인스턴스를 보관하자.

Student[] students = new Student[2];

  • Student 변수를 2개 보관할 수 있는 사이즈 2의 배열을 만든다.
  • Student 타입의 변수는 Student 인스턴스의 참조값을 보관한다. Student 배열의 각각의 항목도
    Student 타입의 변수일 뿐이다. 따라서 Student 타입의 참조값을 보관한다.
    • student1 , student2 변수를 생각해보면 Student 타입의 참조값을 보관한다.
  • 배열에는 아직 참조값을 대입하지 않았기 때문에 참조값이 없다는 의미의 null 값으로 초기화 된다.

이제 배열에 객체를 보관하자.

students[0] = student1;
students[1] = student2;
//자바에서 대입은 항상 변수에 들어 있는 값을 복사한다.
students[0] = x001;
students[1] = x002;

자바에서 대입은 항상 변수에 들어 있는 값을 복사한다.

student1 , student2 에는 참조값이 보관되어 있다. 따라서 이 참조값이 배열에 저장된다. 또는 student1 , student2 에 보관된 참조값을 읽고 복사해서 배열에 대입한다고 표현한다.

배열에 참조값을 대입한 이후 배열 그림

이제 배열은 x001 , x002 의 참조값을 가진다. 참조값을 가지고 있기 때문에 x001 (학생1), x002 (학생2) Student 인스턴스에 모두 접근할 수 있다.

배열에 참조값을 대입한 이후 최종 그림

자바에서 대입은 항상 변수에 들어 있는 값을 복사해서 전달한다.

students[0] = student1;
students[1] = student2;//자바에서 대입은 항상 변수에 들어 있는 값을 복사한다.
students[0] = x001;
students[1] = x002;

자바에서 변수의 대입( = )은 모두 변수에 들어있는 값을 복사해서 전달하는 것이다. 이 경우 오른쪽 변수인
student1 , student2 에는 참조값이 들어있다. 그래서 이 값을 복사해서 왼쪽에 있는 배열에 전달한다. 따라서 기존 student1 , student2 에 들어있던 참조값은 당연히 그대로 유지된다.

주의!
변수에는 인스턴스 자체가 들어있는 것이 아니다! 인스턴스의 위치를 가리키는 참조값이 들어있을 뿐이다! 따라서 대입
( = )시에 인스턴스가 복사되는 것이 아니라 참조값만 복사된다.

배열에 들어있는 객체 사용

배열에 들어있는 객체를 사용하려면 먼저 배열에 접근하고, 그 다음에 객체에 접근하면 된다. 이전에 설명한 그림과 코
드를 함께 보면 쉽게 이해가 될 것이다.

학생1 예제

System.out.println(students[0].name); //배열 접근 시작
System.out.println(x005[0].name); //[0]를 사용해서 x005 배열의 0번 요소에 접근
System.out.println(x001.name); //.(dot)을 사용해서 참조값으로 객체에 접근
System.out.println("학생1");

학생2 예제

System.out.println(students[1].name); //배열 접근 시작
System.out.println(x005[1].name); //[1]를 사용해서 x005 배열의 1번 요소에 접근
System.out.println(x002.name); //.(dot)을 사용해서 참조값으로 객체에 접근
System.out.println("학생2");

배열 도입 - 리펙토링

배열을 사용한 덕분에 출력에서 다음과 같이 for문을 도입할 수 있게 되었다.
ClassStart5

package class1;
public class ClassStart5 {
 public static void main(String[] args) {
 Student student1 = new Student();
 student1.name = "학생1";
 student1.age = 15;
 student1.grade = 90;
 Student student2 = new Student();
 student2.name = "학생2";
 student2.age = 16;
 student2.grade = 80;
 //배열 선언
 Student[] students = new Student[]{student1, student2};
 //for문 적용
 for (int i = 0; i < students.length; i++) {
 System.out.println("이름:" + students[i].name + " 나이:" +
students[i].age + " 성적:" + students[i].grade);
 }
 }
}

배열 선언 최적화

우리가 직접 정의한 Student 타입도 일반적인 변수와 동일하게 배열을 생성할 때 포함할 수 있다.

Student[] students = new Student[]{student1, student2};

생성과 선언을 동시에 하는 경우 다음과 같이 더 최적화 할 수 있다.

Student[] students = {student1, student2};

for문 최적화

배열을 사용한 덕분에 for문을 사용해서 반복 작업을 깔끔하게 처리할 수 있다.

for문 도입

for (int i = 0; i < students.length; i++) {
 System.out.println("이름:" + students[i].name + " 나이:" + students[i].age 
+ ...);
}

for문 - 반복 요소를 변수에 담아서 처리하기

for (int i = 0; i < students.length; i++) {
 Student s = students[i];
 System.out.println("이름:" + s.name + " 나이:" + s.age + ...);
}

students[i].name , students[i].age 처럼 students[i] 를 자주 접근하는 것이 번거롭다면 반복해서 사용하는 객체를 Students s 와 같은 변수에 담아두고 사용해도 된다.
물론 이런 경우에는 다음과 같이 향상된 for문을 사용하는 것이 가장 깔끔하다.

향상된 for문(Enhanced For Loop)

for (Student s : students) {
 System.out.println("이름:" + s.name + " 나이:" + s.age + " 성적:" + s.grade);
}
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