3회차. 연산자

KIMA·2023년 1월 15일

Java 연산자

[스터디] JAVA를 잡아~!(백기선님의 자바 스터디)

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목표

자바가 제공하는 다양한 연산자를 학습하기

학습할 것

연산 관련 용어 정의

연산자 : 연산을 수행하는 기호
- 예) +, -, *, / 등
피연산자 : 연산자의 작업 대상
- 종류 : 변수, 상수, 리터럴, 수식
- 예) 3 + 4에서의 3과 4
연산식 : 연산자와 피연산자를 사용하여 연산의 과정을 기술한 것

산술 연산자

종류

+ (덧셈), - (뺄셈), * (곱셈), / (나눗셈), % (나머지)
% 나머지 연산 이란? 나눗셈을 하고 난뒤의 나머지를 뜻한다.
- 예) 10 % 3 = 1 // 3 * 3(몫) + 1(나머지) = 10

특징

정수형끼리의 연산 후 나오는 결과의 범위도 정수형이다.
- 예) 10 / 3 = 3
  - 정수형 끼리의 연산이므로 결과도 정수이다. 따라서 소숫점은 버려진다.
  - 기대하는 결과인 3.333 ...을 얻으려면 실수형으로 형변환하여 연산해주어야한다.
두 피연산자에서 표현 범위가 더 넓은 자료형으로 타입 프로모션되어 연산이 진행된다.
- 예) 1 + 2.3 = 1.0 + 2.3 = 3.3
정수의 기본형은 int이기 때문에 정수형 끼리 연산해줄 때 피연산자가 int 미만의 자료형이라면 자동으로 int로 타입 프로모션된다.
- 이를 산술 변환이라 부른다.
- 이 규칙은 이항 연산일 때, 적용된다.
피연산자의 자료형 범위를 넘어서는 연산 결과가 나오면 오버플로우가 발생하므로 피연산자를 충분한 범위의 자료형으로 변경해 오버플로우를 미리 방지하자.
보통 수학에서는 1/0(0에 가까운 수)를 계산하면 무한대로 발산한다. 프로그래밍에서는 어떻게 될까?
- 피연산자가 정수형이라고 가정했을 때 0으로 나눌 경우, 다음과 같은 에러를 발생시킨다.
- 피연산자가 실수형이라고 가정했을 때 0.0으로 나눌 경우, 다음과 같은 결과를 보여준다.
- 차이를 보이는 이유는 실수형은 정수형과는 다르게 Infinity라는 특수한 값을 지원하기 때문이다.

비트 연산자

비트 연산자는 피연산자를 이진수로 표현했을 때의 각 자리마다 다음의 비트 연산을 수행한다.
- 피연산자로 실수는 허용하지 않는다.

종류

| (OR) : 피연산자 중 한 쪽의 값이 1이면, 1을 결과로 얻는다. 그 외에는 0을 얻는다.
& (AND) : 피연산자 양 쪽이 모두 1이어야만 1을 결과로 얻는다. 그 외에는 0을 얻는다.
^ (XOR, eXclusive OR, 배타적 XOR) : 피연산자의 값이 서로 다를 때만(즉, 배타적 일때만) 1을 결과로 얻는다. 같을 때는 0을 얻는다.
~ (비트 전환 연산자, 1의 보수 연산자) : 0은 1로, 1은 0으로 비트를 전환 시켜준다.
<<, >> (shift 연산자) : 비트를 각각 왼쪽, 오른쪽으로 이동시켜준다.
- << (왼쪽 shift)
  - 비트 이동 후에 저장범위를 벗어난 비트들은 버려진다.
  - 비트 이동 후에 빈자리는 0으로 채워진다.
- >> (오른쪽 shift)
  - 비트 이동 후에 부호를 유지하기 위해 다음의 규칙을 따른다.
    - 음수인 경우, 빈자리를 1로 채운다.
    - 양수인 경우, 빈자리를 0으로 채운다.

사용 용도 (이해를 위해 8자리로 표현한다.)

| (OR) : 특정 비트의 값을 변경할 때
- 예) 10101011 | 00001111 = 110101111 // 마지막 4bit를 'F'로 변경
& (AND) : 특정 비트의 값을 뽑아낼 때
- 예) 10101011 & 00001111 = 00001011 // 마지막 4bit를 뽑아냄
^ (XOR, eXclusive OR, 배타적 XOR) : 어떤 수에 똑같은 수로 XOR 연산을 두번 수행하면 원래의 값으로 돌아오는 특성을 이용하여, 간단한 암호화에 쓰인다.
shift 연산자 : 어떤 수에 2*n을 곱하거나 나눌 때 사용
- x << n // x * 2^n
- x >> n // x / 2^n
- 곱셈이나 나눗셈 연산자를 사용할 때보다 속도가 빠른 것이 장점이나 가독성이 떨어진다는 단점이 있다. 용도에 맞게 사용하자.

특징

모든 비트 연산자들은 산술 변환이 적용된다.
- shift 연산자의 경우, 왼쪽 피연산자에만 적용된다.
비트 연산의 결과를 보고 싶다면, toBinaryString()을 이용하자.

비트(bit) : 0 or 1

❓ 산술 변환이란?

int보다 작은 타입은 int타입으로 자동 변환

관계 연산자

두 피연산자를 비교하는데 사용된다.
연산결과는 true, false 중 하나이다.

종류

대소비교 연산자 : <, >, <=, >=
등가비교 연산자 : == (두 값이 같은가?), != (두 값이 다른가?)

용도

주로 조건문과 반복문의 조건식에 사용된다.

특징

대소비교 연산자는 기본형 중에 boolean을 제외하고 모두 사용가능하지만, 참조형에는 사용할 수 없다.
등가비교 연산자는 모든 자료형에서 사용할 수 있다.
- 참조형의 경우 객체의 주소값을 저장하고 있어 주소값으로 값을 비교한다.
모든 관계 연산자들은 이항 연산자이므로 산술 변환이 적용된다.

논리 연산자

종류

|| or | : 피연산자 중 한 쪽의 값이 true이면, true를 결과로 얻는다. 그 외에는 false을 얻는다.
- ||는 첫번째 조건이 참이면 두번째 조건은 확인하지 않는다.
- | 는 첫번째 조건이 참이어도 두번째 조건을 확인한다.
&& or & : 피연산자 양 쪽이 모두 true이어야만 true를 결과로 얻는다. 그 외에는 false을 얻는다.
- &&는 첫번째 조건이 참이 아니면 두번째 조건은 확인하지 않는다.
- &는 첫번째 조건이 참이 아니어도 두번째 조건을 확인한다.
! : true는 false로, false는 true로 전환 시켜준다.

용도

주로 조건문과 반복문의 조건식에 사용된다.

instanceof

레퍼런스 변수 instanceof 타입(클래스 or 인터페이스)

왼쪽 레퍼런스 변수가 오른쪽에 명시한 타입인지 아닌지 확인한다.
반환 값은 boolean이다.

용도

형변환이 가능한지 확인하기 위해

class Parent {}
class Child extends Parent {}

Parent parent = new Child();

System.out.println(parent instanceof Child);  //true
System.out.println(parent instanceof Parent); //true
System.out.println(parent instanceof Object); //true

if(parent instanceof Parent) {
  Parent parentInstance = (Parent) parent;
}

assignment(=) operator

lvalue = rvalue

변수(lvalue, left value)에 값 또는 수식의 연산 결과(rvalue, right value)를 저장하는데 사용한다.

특징

연산자 중 가장 낮은 우선순위를 가지고 있어 가장 나중에 수행된다.
진행 방향은 우측에서 좌측으로 진행된다.
- 예) x = y = z = 3 // z = 3 -> y = z -> x = y

복합 대입 연산자

a operator= b // a = a operator b와 같다.

3항 연산자

(조건) ? (조건이 참 일 때 실행) : (조건이 거짓일 때 실행)

~~가독성 문제로 잘 사용하지 않는다.~~
중첩이 가능하다.

연산자 우선 순위

출처 : 자바의 정석 3rd Edition, 남궁성 지음

산술 > 비교 > 논리 > 대입
단항 > 이항 > 삼항
단항/대입 연산자를 제외한 연산자들의 진행 방향 : 좌측 -> 우측
- 단항/대입 연산자 : 우측 -> 좌측

🤯 이걸 언제 다 외워?

사용하면서 저절로 외워지기 때문에, 처음에 연산자 우선순위를 완벽히 외우는 것을 추천하지 않는다.

그리고 괄호를 적지 않으면 다른 사람이 보기에 무척이나 헷갈린다.

따라서 괄호의 우선순위가 가장 높으므로, 괄호로 가독성을 최대한 확보하자!

또한, 연산자들을 여러 줄로 나눠서 적으면 가독성이 올라간다!

화살표(->) 연산자

나오게된 배경 : 함수형 인터페이스

: 추상 메서드가 단 1개인 인터페이스

람다식이 나오기전에 익명 내부 클래스를 만들어 함수형 인터페이스를 사용하는 방법

@FunctionalInterface // 인터페이스가 두 개 이상의 추상 메서드를 가질 경우, 컴파일 에러
interface Calculator {
  int cal(int a, int b);
}

Calculator calculator = new Calculator() {
  @Override
  int cal(int a, int b) {
    return a + b;
  }
};

단점 : 코드가 길어 가독성이 떨어짐
해결방법 : 람다식

람다식

기존의 메서드에서 메서드의 이름, 반환 타입을 없애고 람다식(화살표 연산자)으로 표현하면 익명함수(anonymous function)이라 불린다.
- 즉, 메서드를 하나의 식(expression)을 표현할 수 있다.
```
Calculator calculator = (a, b) -> a + b;
calculator.cal(1, 2);
```
java8 이후 나온 기술이다.

특징

함수를 일급 객체로 사용할 수 있다.
- 함수를 메서드의 인수, 반환 타입, 변수로 만들어 사용이 가능하다.
- 즉, 고차 함수(Higher - Order Function)이다.

🤔 아직 헷갈리는 부분이 많지만, 나중에 람다식 배울 때 제대로 해보자!

Java 13. switch 연산자

switch문은 if문에서 조건에 따라 분기해야 할 내용이 많아졌을 때, 가독성과 속도를 향상시키기 위한 목적으로 사용한다.
자바 12 버전부터 switch문에 대해 바뀐 부분이 있어 이에 대해 알아보자.

기존 switch 문이다.

int result;
switch (str) {
  case "a":
    result = 1;
    break;
  case "b": case "c":
    result = 2;
    break;
  default:
    result = -1;
}

자바 12 버전 - ,(콤마)를 사용하여 여러 case를 한 줄에 나열한다.

int result;
switch (str) {
  case "a":
    result = 1;
    break;
  case "b", "c":
    result = 2;
    break;
  default:
    result = -1;
}

자바 12 버전 - switch operator가 람다식을 통해 결과를 반환할 수 있다.
- switch fall through가 존재하지 않아 break를 쓰지 않아도 된다.
```
int result = switch (str) {
  case "a" -> 1;
  case "b", "c" -> 2;
  default -> -1;
};
```

자바 13 버전 - switch operator가 yield 키워드를 사용하여 결과를 반환할 수 있다.

람다식을 비롯하여 기존의 :를 이용한 switch문에서도 사용가능하다.

int result = switch (str) {
  case "a"-> 1;
  case "b", "c" -> {
    System.out.println("{} 블록으로 멀티 라인 수행");
    yield 2;
  }
  default -> -1;
};

int result = switch (str) {
  case "a":
    yield 1;
  case "b", "c": {
    System.out.println("{} 블록으로 멀티 라인 수행");
    yield 2;
  }
  default:
    yield -1;
};

Reference

자바의 정석 3rd Edition, 남궁성 지음

3주차 : 연산자

[3주차] 연산자

KIMA

안녕하세요.

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