Java 공부 15일차(기본형과 참조형이란?)2편

임선구·2025년 1월 17일
Java

몸 비틀며 Java

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오늘의 잔디

오늘의 공부 3시간 48분 했는데 모르고 지워버림;;

참조형과 메서드 호출 - 활용

이전에 보았던 class1.ClassStart3 코드에는 중복되는 부분이 2가지 있다.

  • name , age , grade 에 값을 할당
  • 학생 정보를 출력

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);
 }
}

이런 중복은 메서드를 통해 손쉽게 제거할 수 있다.

메서드에 객체 전달

다음과 같이 코드를 작성해보자.
Student

package ref;
public class Student {
 String name; int age;
 int grade;
}
  • ref 패키지에도 Student 클래스를 만든다.

Method1

package ref;
public class Method1 {
 public static void main(String[] args) {
 Student student1 = new Student();
 initStudent(student1, "학생1", 15, 90);
 Student student2 = new Student();
 initStudent(student2, "학생2", 16, 80);
 printStudent(student1);
 printStudent(student2);
 }
 static void initStudent(Student student, String name, int age, int grade) 
{
 student.name = name;
 student.age = age;
 student.grade = grade;
 }
 static void printStudent(Student student1) {
 System.out.println("이름:" + student1.name + " 나이:" + student1.age + " 
성적:" + student1.grade);
 }
}

참조형은 메서드를 호출할 때 참조값을 전달한다. 따라서 메서드 내부에서 전달된 참조값을 통해 객체의 값을 변경하거나, 값을 읽어서 사용할 수 있다.

  • initStudent(Student student, ...) : 전달한 학생 객체의 필드에 값을 설정한다.
  • printStudent(Student student, ...) : 전달한 학생 객체의 필드 값을 읽어서 출력한다.

initStudent() 메서드 호출 분석

  • student1 이 참조하는 Student 인스턴스에 값을 편리하게 할당하고 싶어서 initStudent() 메서드를 만
    들었다.
  • 이 메서드를 호출하면서 student1 을 전달한다. 그러면 student1 의 참조값이 매개변수 student 에 전달된다. 이 참조값을 통해 initStudent() 메서드 안에서 student1 이 참조하는 것과 동일한 x001 Student 인스턴스에 접근하고 값을 변경할 수 있다.

주의!

package ref;
import class1.Student;
public class Method1 {
 ...
}
  • import class1.Student; 이 선언되어 있으면 안된다.
  • 이렇게 되면 class1 패키지에서 선언한 Student 를 사용하게 된다. 이 경우 접근 제어자 때문에 컴파일 오류가 발생한다.
  • 만약 선언되어 있다면 삭제하자. 삭제하면 같은 패키지에 있는 ref.Student 를 사용한다.

메서드에서 객체 반환

조금 더 나아가보자. 다음 코드에도 중복이 있다.

Student student1 = new Student();initStudent(student1, "학생1", 15, 90);
Student student2 = new Student();
initStudent(student2, "학생2", 16, 80);

바로 객체를 생성하고, 초기값을 설정하는 부분이다. 이렇게 2번 반복되는 부분을 하나로 합쳐보자.

다음과 같이 기존 코드를 변경해보자.
Method2

package ref;
public class Method2 {
 public static void main(String[] args) {
 Student student1 = createStudent("학생1", 15, 90);
 Student student2 = createStudent("학생2", 16, 80);
 printStudent(student1);
 printStudent(student2);
 }
 static Student createStudent(String name, int age, int grade) {
 Student student = new Student();
 student.name = name;
 student.age = age;
 student.grade = grade;
 return student;
 }
 static void printStudent(Student student1) {
 System.out.println("이름:" + student1.name + " 나이:" + student1.age + " 
성적:" + student1.grade);
 }
}

createStudent() 라는 메서드를 만들고 객체를 생성하는 부분도 이 메서드안에 함께 포함했다. 이제 이 메서드 하나로 객체의 생성과 초기값 설정을 모두 처리한다.
그런데 메서드 안에서 객체를 생성했기 때문에 만들어진 객체를 메서드 밖에서 사용할 수 있게 돌려주어야 한다. 그래야 메서드 밖에서 이 객체를 사용할 수 있다. 메서드는 호출 결과를 반환( return )을 할 수 있다. 메서드의 반환 기능을 사용해서 만들어진 객체의 참조값을 메서드 밖으로 반환하면 된다.

createStudent() 메서드 호출 분석

메서드 내부에서 인스턴스를 생성한 후에 참조값을 메서드 외부로 반환했다. 이 참조값만 있으면 해당 인스턴스에 접근할 수 있다. 여기서는 student1 에 참조값을 보관하고 사용한다.

진행 과정

Student student1 = createStudent("학생1", 15, 90) //메서드 호출후 결과 반환
Student student1 = student(x001) //참조형인 student를 반환
Student student1 = x001 //student의 참조값 대입
student1 = x001

createStudent() 는 생성한 Student 인스턴스의 참조값을 반환한다. 이렇게 반환된 참조값을 student1 변수 에 저장했다. 앞으로는 student1 을 통해Student 인스턴스를 사용할 수 있다.

변수와 초기화

변수의 종류

  • 멤버 변수(필드): 클래스에 선언
  • 지역 변수: 메서드에 선언, 매개변수도 지역 변수의 한 종류이다.

멤버 변수, 필드 예시

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

name , age , grade 는 멤버 변수이다.

지역 변수 예시

public class ClassStart3 {
 public static void main(String[] args) {
 Student student1;
 student1 = new Student();
 Student student2 = new Student();
 }
}

student1 , student2 는 지역 변수이다.

public class MethodChange1 {
 public static void main(String[] args) {
 int a = 10;
 System.out.println("메서드 호출 전: a = " + a);
 changePrimitive(a);
 System.out.println("메서드 호출 후: a = " + a);
 }
 public static void changePrimitive(int x) {
 x = 20;
 }
}

a , x (매개변수)는 지역 변수이다.
지역 변수는 이름 그대로 특정 지역에서만 사용되는 변수라는 뜻이다. 예를 들어서 변수 x 는 changePrimitive() 메서드의 블록에서만 사용된다. changePrimitive() 메서드가 끝나면 제거된다. a 변수도 마찬가지이다.
main() 메서드가 끝나면 제거된다.

변수의 값 초기화

  • 멤버 변수: 자동 초기화
    • 인스턴스의 멤버 변수는 인스턴스를 생성할 때 자동으로 초기화된다.
    • 숫자( int )= 0 , boolean = false , 참조형 = null ( null 값은 참조할 대상이 없다는 뜻으로 사용된다.)
    • 개발자가 초기값을 직접 지정할 수 있다.
  • 지역 변수: 수동 초기화
    • 지역 변수는 항상 직접 초기화해야 한다.

멤버 변수의 초기화를 살펴보자
InitData

package ref;
public class InitData {
 int value1; //초기화 하지 않음
 int value2 = 10; //10으로 초기화
}

value1 은 초기값을 지정하지 않았고, value2 는 초기값을 10으로 지정했다.

InitMain

package ref;
public class InitMain {
 public static void main(String[] args) {
 InitData data = new InitData();
 System.out.println("value1 = " + data.value1);
 System.out.println("value2 = " + data.value2);
 }
}

실행 결과

value2 = 10

value1 은 초기값을 지정하지 않았지만 멤버 변수는 자동으로 초기화 된다. 숫자는 0 으로 초기화된다.
value2 는 10 으로 초기값을 지정해두었기 때문에 객체를 생성할 때 10 으로 초기화된다.

null

택배를 보낼 때 제품은 준비가 되었지만, 보낼 주소지가 아직 결정되지 않아서, 주소지가 결정될 때 까지는 주소지를 비워두어야 할 수 있다.
참조형 변수에는 항상 객체가 있는 위치를 가리키는 참조값이 들어간다. 그런데 아직 가리키는 대상이 없거나, 가리키는 대상을 나중에 입력하고 싶다면 어떻게 해야할까?
참조형 변수에서 아직 가리키는 대상이 없다면 null 이라는 특별한 값을 넣어둘 수 있다. null 은 값이 존재하지 않는, 없다는 뜻이다.

코드를 통해서 null 값에 대해 알아보자.

null 값 할당

package ref;
public class Data {
 int value;
}

앞서 만들었던 Data 클래스이다. 기존 코드를 그대로 유지하면 된다.

package ref;
public class NullMain1 {
 public static void main(String[] args) {
 Data data = null;
 System.out.println("1. data = " + data);
 data = new Data(); System.out.println("2. data = " + data);
 data = null;
 System.out.println("3. data = " + data);
 }
}

실행 결과

1. data = null
2. data = ref.Data@x001
3. data = null

Data data = null

Data 타입을 받을 수 있는 참조형 변수 data 를 만들었다. 그리고 여기에 null 값을 할당했다. 따라서 data 변수에는 아직 가리키는 객체가 없다는 뜻이다.

data = new Data()

이후에 새로운 Data 객체를 생성해서 그 참조값을 data 변수에 할당했다. 이제 data 변수가 참조할 객체가 존재한다.

data = null

마지막에는 data 에 다시 null 값을 할당했다. 이렇게 하면 data 변수는 앞서 만든 Data 인스턴스를 더는 참조하지 않는다.

GC - 아무도 참조하지 않는 인스턴스의 최후

data 에 null 을 할당했다. 따라서 앞서 생성한 x001 Data 인스턴스를 더는 아무도 참조하지 않는다. 이렇게 아무도 참조하지 않게 되면 x001 이라는 참조값을 다시 구할 방법이 없다. 따라서 해당 인스턴스에 다시 접근할 방법이 없다.
이렇게 아무도 참조하지 않는 인스턴스는 사용되지 않고 메모리 용량만 차지할 뿐이다.

C와 같은 과거 프로그래밍 언어는 개발자가 직접 명령어를 사용해서 인스턴스를 메모리에서 제거해야 했다. 만약 실수
로 인스턴스 삭제를 누락하면 메모리에 사용하지 않는 객체가 가득해져서 메모리 부족 오류가 발생하게 된다.
자바는 이런 과정을 자동으로 처리해준다. 아무도 참조하지 않는 인스턴스가 있으면 JVM의 GC(가비지 컬렉션)가 더
이상 사용하지 않는 인스턴스라 판단하고 해당 인스턴스를 자동으로 메모리에서 제거해준다.
객체는 해당 객체를 참조하는 곳이 있으면, JVM이 종료할 때 까지 계속 생존한다. 그런데 중간에 해당 객체를 참조하는 곳이 모두 사라지면 그때 JVM은 필요 없는 객체로 판단다고 GC(가비지 컬렉션)를 사용해서 제거한다.

NullPointerException

택배를 보낼 때 주소지 없이 택배를 발송하면 어떤 문제가 발생할까? 만약 참조값 없이 객체를 찾아가면 어떤 문제가 발생할까?
이 경우 NullPointerException 이라는 예외가 발생하는데, 개발자를 가장 많이 괴롭히는 예외이다.
NullPointerException 은 이름 그대로 null 을 가리키다(Pointer)인데, 이때 발생하는 예외(Exception)다.
null 은 없다는 뜻이므로 결국 주소가 없는 곳을 찾아갈 때 발생하는 예외이다.
객체를 참조할 때는 . (dot)을 사용한다. 이렇게 하면 참조값을 사용해서 해당 객체를 찾아갈 수 있다. 그런데 참조값이 null 이라면 값이 없다는 뜻이므로, 찾아갈 수 있는 객체(인스턴스)가 없다. NullPointerException 은 이처럼 null 에 . (dot)을 찍었을 때 발생한다.

예제를 통해서 확인해보자.

package ref;
public class NullMain2 {
 public static void main(String[] args) {
 Data data = null;
 data.value = 10;// NullPointerException 예외 발생
 System.out.println("data = " + data.value);
 }
}

data 참조형 변수에는 null 값이 들어가 있다. 그런데 data.value = 10 이라고 하면 어떻게 될까?

data.value = 10null.value = 10 //data에는 null 값이 들어있다.

결과적으로 null 값은 참조할 주소가 존재하지 않는다는 뜻이다. 따라서 참조할 객체 인스턴스가 존재하지 않으므로
다음과 같이 java.lang.NullPointerException 이 발생하고, 프로그램이 종료된다. 참고로 예외가 발생했기
때문에 그 다음 로직은 수행되지 않는다.

실행 결과

Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException: Cannot assign field 
"value" because "data" is null
at ref.NullMain2.main(NullMain2.java:6)

멤버 변수와 null

앞선 예제와 같이 지역 변수의 경우에는 null 문제를 파악하는 것이 어렵지 않다. 다음과 같이 멤버 변수가 null 인
경우에는 주의가 필요하다.

package ref;
public class Data {
 int value;
}

기존의 Data 클래스를 사용한다.

package ref;
public class BigData {
 Data data;
 int count;
}

BigData 클래스는 Data data , int count 두 변수를 가진다.

package ref;
public class NullMain3 {
 public static void main(String[] args) {
 BigData bigData = new BigData();
 System.out.println("bigData.count=" + bigData.count);
 System.out.println("bigData.data=" + bigData.data);
 //NullPointerException
 System.out.println("bigData.data.value=" + bigData.data.value); 
 }
}

실행 결과

bigData.count=0
bigData.data=null
Exception in thread "main" java.lang.NullPointerException: Cannot read field 
"value" because "bigData.data" is null
at ref.NullMain3.main(NullMain3.java:10)


BigData 를 생성하면 BigData 의 인스턴스가 생성된다. 이때 BigData 인스턴스의 멤버 변수에 초기화가 일어나는데, BigData 의 data 멤버 변수는 참조형이므로 null 로 초기화 된다. count 멤버 변수는 숫자이므로 0 으로 초기화된다.

  • bigData.count 를 출력하면 0 이 출력된다.
  • bigData.data 를 출력하면 참조값인 null 이 출력된다. 이 변수는 아직 아무것도 참조하고 있지 않다.
  • bigData.data.value 를 출력하면 data 의 값이 null 이므로 null 에 . (dot)을 찍게 되고, 따라서 참조 할 곳이 없으므로 NullPointerException 예외가 발생한다.

예외 발생 과정

bigData.data.value
x001.data.value //bigData는 x001 참조값을 가진다.
null.value //x001.data는 null 값을 가진다.
NullPointerException //null 값에 .(dot)을 찍으면 예외가 발생한다.

이 문제를 해결하려면 Data 인스턴스를 만들고 BigData.data 멤버 변수에 참조값을 할당하면 된다.

package ref;
public class NullMain4 {
 public static void main(String[] args) {
 BigData bigData = new BigData();
 bigData.data = new Data();
 System.out.println("bigData.count=" + bigData.count);
 System.out.println("bigData.data=" + bigData.data);
 System.out.println("bigData.data.value=" + bigData.data.value);
 }
}

실행 결과

bigData.count=0
bigData.data=ref.Data@x002
bigData.data.value=0

실행 과정

bigData.data.value
x001.data.value //bigData는 x001 참조값을 가진다.
x002.value //x001.data는 x002 값을 가진다.
0 // 최종 결과

정리
NullPointerException 이 발생하면 null 값에 . (dot)을 찍었다고 생각하면 문제를 쉽게 찾을 수 있다.

정리

대원칙: 자바는 항상 변수의 값을 복사해서 대입한다.

자바에서 변수에 값을 대입하는 것은 변수에 들어 있는 값을 복사해서 대입하는 것이다.
기본형, 참조형 모두 항상 변수에 있는 값을 복사해서 대입한다. 기본형이면 변수에 들어 있는 실제 사용하는 값을 복사해서 대입하고, 참조형이면 변수에 들어 있는 참조값을 복사해서 대입한다.
기본형이든 참조형이든 변수의 값을 대입하는 방식은 같다. 하지만 기본형과 참조형에 따라 동작하는 방식이 달라진다.

기본형 vs 참조형 - 기본

  • 자바의 데이터 타입을 가장 크게 보면 기본형과 참조형으로 나눌 수 있다.
  • 기본형을 제외한 나머지 변수는 모두 참조형이다. 클래스와 배열을 다루는 변수는, 참조형이다.
  • 기본형 변수는 값을 직접 저장하지만, 참조형 변수는 참조(주소)를 저장한다.
  • 기본형 변수는 산술 연산을 수행할 수 있지만, 참조형 변수는 산술 연산을 수행할 수 없다.
  • 기본형 변수는 null 을 할당할 수 없지만, 참조형 변수는 null 을 할당할 수 있다.

기본형 vs 참조형 - 대입

  • 기본형과 참조형 모두 대입시 변수 안에 있는 값을 읽고 복사해서 전달한다.
  • 기본형은 사용하는 값을 복사해서 전달하고, 참조형은 참조값을 복사해서 전달한다! 이것이 중요하다. 실제 인스
    턴스가 복사되는 것이 아니다. 인스턴스를 가리키는 참조값을 복사해서 전달하는 것이다! 따라서 하나의 인스턴스를 여러곳에서 참조할 수 있다.
  • 헷갈리면 그냥 변수 안에 들어간 값을 떠올려보자. 기본형은 사용하는 값이, 참조형은 참조값이 들어있다! 변수에 어떤 값이 들어있든간에 그 값을 그대로 복사해서 전달한다.

기본형 vs 참조형 - 메서드 호출

  • 메서드 호출시 기본형은 메서드 내부에서 매개변수(파라미터)의 값을 변경해도 호출자의 변수 값에는 영향이 없다.
  • 메서드 호출시 참조형은 메서드 내부에서 매개변수(파라미터)로 전달된 객체의 멤버 변수를 변경하면, 호출자의 객체도 변경된다.
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