[Chapter 3] 연산자 (Operator)

slchoi·2022년 1월 5일

Java 자바의 정석

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'자바의 정석 3rd Edition'을 공부하며 정리한 내용입니다.

1. 연산자(Operator)

1.1 연산자와 피연산자

연산자(operator): 연산을 수행하는 기호 (+,-.*,/ 등)
피연산자(operand): 연산자의 작업 대상(변수, 상수, 리터럴, 수식)
연산자는 피연산자로 연산을 수행하고 나면 항상 결과값을 반환
- 대입 연산자는 우변의 값을 좌변에 저장하고 저장된 값을 연산결과로 반환

1.2 식과 대입연산자

식: 연산자와 피연산자를 조합하여 계산하고자하는 바를 표현한 것
식을 평가(evaluation)한다: 식을 계산하여 결과를 얻는 것
- 하나의 식을 평가하면, 단 하나의 결과를 얻음
대입 연산자 =를 사용해 변수와 같이 값을 저장할 수 있는 공간에 결과를 저장
- 식의 평가결과를 다른 곳에 사용하지 않을 것이라면 변수에 저장하지 않고 println 메서드의 괄호 안에 직접 식을 써도 됨

1.3 연산자의 종류

종류	연산자	설명
산술 연산자	+ - * / % << >>	사칙 연산(+,-,*,/)과 나머지 연산(%)
비교 연산자	> < >= <= == !=	크고 작음과 같고 다름을 비교
대입 연산자	=	우변의 값을 좌변에 저장
기타	(type) ?: instanceof	형변환 연산자, 삼항 연산자, instanceof 연산자

논리 연산자: &&, ||, !, &, |, ^, ~ (AND와 OR으로 조건을 연결)

1.4 연산자의 우선순위와 결합규칙

1. 주의해야 할 연산자 우선순위의 예와 설명

식	설명
`x << 2 + 1`	쉬프트 연산자(<<)는 덧셈 연산자보다 우선순위가 낮음. '`x<<(2+1)`'과 같은 식
`data & 0xFF == 0`	비트 연산자(&)는 비교 연산자(==)보다 우선순위가 낮으므로 비교연산 후에 비트연산 수행. '`data & (0xFF == 0)`'와 같은 식

논리 연산자 중에서 AND를 의미하는 '&', '&&'가 OR를 의미하는 '|', '||'보다 우선순위가 높음. 수식에 AND와 OR가 함께 사용되는 경우 괄호를 사용해 우선순위를 명확히 하는 것이 좋음

2. 연산자의 결합규칙

대부분 왼쪽에서 오른쪽의 순서로 연산을 수행
단항 연산자와 대입 연산자만 반대로 오른쪽에서 왼쪽의 순서로 연산을 수행

3. 연산자 우선순위 정리

산순 > 비교 > 논리 > 대입. 대입은 제일 마지막에 수행됨
단항 > 이항 > 삼항. 단항 연산자의 우선순위가 이항 연산자보다 높음
단항 연산자와 대입 연산자를 제외한 모든 연산의 진행방향은 왼쪽에서 오른쪽

1.5 산술 변환(usual arithmetic conversion)

이항 연산자는 두 피연산자의 타입이 일치해야 연산이 가능하므로 피연산자의 타입이 다를 경우 먼저 형변환 연산자로 타입을 일치시켜야 함
- 두 피연산자의 타입 중 더 큰 타입으로 일치시킴
- 작은 타입에서 큰 타입으로 형변환하는 경우 자동적으로 형변환되므로 형변환 연산자를 생략할 수 있음
산술 변환: 연산 전에 피연산자 타입의 일치를 위해 자동 형변환되는 것. 이항 연산과 단항 연산에서 수행
- 쉬프트 연산자, 증감 연산자에서는 산술 변환이 일어나지 않음
- 규칙 1. 두 피연산자의 타입을 같게 일치시킴(큰 타입으로 일치)
- 규칙 2. 피연산자의 타입이 int보다 작은 타입이면 int로 변환
연산 결과의 타입은 피연산자의 타입과 일치

2. 단항 연산자

2.1 증감 연산자 ++ --

증감 연산자: 피연산자에 저장된 값을 1 증가 또는 감소시킴
- 피연산자로 정수, 실수 모두 가능하지만 상수는 값을 변경할 수 없으므로 불가능
산술 변환에 의한 자동 형변환이 발생하지 않고, 연산결과의 타입은 피연산자의 타입과 같음
일반적으로 단항 연산자는 피연산자의 왼쪽에 위치하지만 '++', '--'는 양쪽 모두 가능

타입	설명
전위형(prefix)	값이 참조되기 전에 증가시킴. 변수의 값을 먼저 증가시킨 후에 읽어옴
후위형(postfix)	값이 참조된 후에 증가시킴. 변수의 값을 먼저 읽어온 후에 값을 증가

'++i;', 'i++;'처럼 증감 연산자가 수식이나 메서드 호출에 포함되지 않고 독립적인 하나의 문장으로 쓰인 경우 전위형과 후위형 차이는 없음

2.2 부호 연산자 + -

부호 연산자 '-': 피연산자의 부호를 반대로 변경한 결과를 반환
- 피연산자가 음수면 양수, 양수면 음수가 연산의 결과가 됨
boolean형과 char형을 제외한 기본형에만 사용 가능

3. 산술 연산자

3.1 사칙 연산자 + - * /

1. 숫자에서의 사칙 연산

곱셈, 나눗셈, 나머지 연산자가 덧셈, 뺄셈 연산자보다 우선순위가 높아 먼저 처리
피연산자가 정수형인 경우, 나누는 수로 0을 사용할 수 없음
- 0으로 나눌 경우 ArithmeticException 발생
- 부동 소수점값인 0.0f, 0.0d로 나누는 것은 가능하지만 결과는 Infinity
나누기 연산자의 두 피연산자가 모두 int 타입인 경우 연산결과에 소수점이 있을 경우 반올림하지 않고 버려짐
- 올바른 연산결과를 얻기 위해서는 두 피연산자 중 한 쪽을 실수형으로 형변환해야 함

byte a = 10;
byte b = 20;
byte c = a + b; // byte c = (byte)(a+b);로 변경해주어야 에러 발생 X
System.out.println(c);

위의 코드 같은 경우 컴파일하면 에러 발생
- a와 b는 모두 int형보다 작은 byte형이기 때문에 +는 이 두 개의 피연산자들의 자료형을 int형으로 변환한 다음 연산 수행. 따라서 a+b의 결과값은 int형
- 4byte 값을 1byte에 저장하려했기 때문에 에러 발생
- 크기가 큰 자료형의 값을 작은 자료형의 변수에 저장하려면 명시적으로 형변환 연산자를 사용해서 변환해주어야 함
- 수식에 변수가 들어가 있는 경우 컴파일러가 미리 계산할 수 없으므로 형변환을 해주어야 함

2. 문자에서의 사칙 연산

문자는 실제로 해당 문자의 유니코드(부호없는 정수)로 바뀌어 저장되므로 문자간의 사칙연산은 정수간의 연산과 동일
문자간의 뺄셈을 하는 경우가 대부분
- 문자 '2'를 숫자로 변환하려면 문자 '0'dmf Qownaus ehla
- 문자 '2'의 유니코드는 50이고 문자 '0'은 48이기 때문

char c2 = 'a' + 1;  // 출력값: b

오류 발생 X
이항 연산자는 int보다 작은 타입의 피연산자를 int로 자동 형변환한다고 했는데 char c2 = (char) ('a'+1)처럼 형변환해주지 않고도 문제가 없는 이유
- 리터럴 간의 연산이기 때문
- 상수 또는 리터럴 간의 연산은 실행 과정동안 변하는 값이 아니기 때문에 컴파일 시에 컴파일러가 계산해서 그 결과로 대체함으로써 코드를 효율적으로 만듦
- 컴파일러가 미리 덧셈연산을 수행해 실생 시에는 덧셈 연산이 수행되지 않음

3. 소문자를 대문자로 변경하는 코드

대문자와 소문자 간의 코드값 차이는 10진수로 32

char lowerCase = 'a';
char upperCase = (char) (lowerCase - 32);

대문자를 소문자로 변환하려면 32를 더해주면 됨
char형과 int형 간의 뺄셈 결과는 int 형이므로 연산 후 char형으로 다시 형변환해야 함

4. 반올림하는 방법

'int / int'를 수행하면 소수점을 버린 결과가 나옴
반올림을 하고 싶다면 Math.round()를 사용

double pi = 3.141592;
Math.round(pi * 1000) => Math.round(3141.592) => 3142

3.2 나머지 연산자 %

왼쪽의 피연산자를 오른쪽 피연산자로 나누고 난 나머지 값을 결과로 반환하는 연산자
나눗셈에서처럼 오른쪽 피연산자로 0을 사용할 수 없지만 음수는 허용
- 음수를 사용할 경우 부호는 무시되므로 결과는 음수의 절대값으로 나눈 나머지와 같음
짝수, 홀수 또는 배수 검사 등에 주로 사용
피연산자의 부호를 모두 무시하고 나머지 연산을 한 결과에 왼쪽 피연산자의 부호를 붙이면 됨

4. 비교 연산자

조건문, 반복문의 조건식에 사용. 연산 결과는 true, false 둘 중 하나
비교 연산자도 이항 연산자이므로 비교하는 피연산자의 타입이 다를 경우 자료형의 볌위가 큰 쪽으로 자동 형변환하여 피연산자의 타입을 일치시킨 후에 비교

4.1 대소비교 연산자 < > <= >=

기본형 중에서 boolean을 제외한 나머지 자료형에 모두 사용 가능하지만 참조형에는 사용 불가

4.2 등가비교 연산자 == !=

1. 숫자 비교

기본형과 참조형에 모두 사용 가능
- 기본형의 경우 변수에 저장되어 있는 값이 같은지를 알 수 있음
- 참조형의 경우 객체의 주소값을 저장하기 때문에 두 개의 피연산자(참조변수)가 같은 객체를 가리키고 있는지 확인 가능
기본형과 참조형은 서로 형변환이 불가능하므로 등가비교 연산자로 기본형과 참조형을 비교할 수는 없음
float 타입과 double 타입의 값을 비교하려면 double 타입의 값을 float 타입으로 형변환한 다음 비교해야 올바른 결과를 얻을 수 있음

2. 문자열 비교

두 문자열을 비교할 때는 비교 연산자 '==' 대신 equals()라는 메서드를 사용해야 함
- 비교 연산자는 두 문자열이 완전히 같은 것인지를 비교할 뿐, 문자열의 내용이 같은지 비교하기 위해서는 equals()를 사용해야 함
- 비교 연산자의 경우 내용이 같지만 다른 객체일 경우 fasle를 반환
- equals()의 경우 객체는 다르지만 내용이 같다면 true를 반환
대소문자를 구별하지 않고 비교하고 싶다면 equalsIgnoreCase()를 사용

5. 논리 연산자

둘 이상의 조건을 AND나 OR으로 연결하여 하나의 식으로 표현할 수 있게 해줌

5.1 논리 연산자 - &&, ||, !

논리 연산자는 피연산자로 boolean형 또는 boolean형 값을 결과로 하는 조건식만을 혀용
|| (OR 결합): 피연산자 중 어느 한쪽만 true이면 true를 결과로 얻음
&& (AND 결합): 피연산자 양쪽 모두 true이어야 true를 결과로 얻음
! (논리 부정 연산자): 피연산자가 true이면 false를, false이면 true를 결과로 반환
- 어떤 값에 논리 부정 연산자를 반복적으로 적용하면 참과 거짓이 차례로 반복됨
- 토글 버튼(toggle button)을 논리적으로 구현 가능

효율적인 연산(short circuit evaluation)

OR 연산의 경우, 두 피연산자 중 어느 한 쪽만 참이어도 전체 연산결과가 참이므로 죄측 피연산자가 true이면 우측 피연산자의 값으 평가하지 않음
AND 연산의 경우, 어느 한쪽만 false이어도 전체 연산결과가 false이므로 좌측 피연산자가 false이면 우측 피연산자는 평가하지 않음
같은 조건식이라도 피연산자의 위치에 따라 연산속도가 달라질 수 있음
- OR 연산의 경우 연산결과가 참일 확률이 높은 피연산자를 연산자의 왼쪽에 놓아야 더 빠른 연산결과를 얻을 수 있음

5.2 비트 연산자 & | ^ ~ << >>

피연산자를 비트단위로 논리 연산
피연산자는 실수는 혀용하지 않고 정수(문자 포함)만 허용
toBinaryString(): 비트연산의 결과를 2진수로 출력

비트 연산자 종류

| (OR 연산자): 피연산자 중 한 쪽의 값이 1이면, 1을 결과로 얻고 그 외에는 0을 얻음
- 특정 비트의 값을 변경할 대 사용
& (AND 연산자): 피연산자 양 쪽이 모두 1이어야 1을 결과로 얻고 그 외에는 0을 얻음
- 특정 비트의 값을 뽑아낼 때 사용
^ (XOR 연산자): 피연산자의 값이 서로 다를 때만 1을 얻고 그 외에는 0을 얻음
- 같은 값으로 두고 XOR 연산을 수행하면 원래의 값으로 돌아오는 특징이 있어 간단한 암호화에 사용
~(비트 전환 연산자): 피연산자를 2진수로 표현했을 때, 0은 1로, 1은 0으로 바꿈
- 비트 전환되고 나면, 부호있는 타입의 피연산자는 부호가 반대로 변경됨 => 피연산자의 1의 보수를 얻을 수 있음
- 양의 정수 p가 있을 때, p에 대한 음의 정수를 얻으려면 '~p+1'를 계산
- 음의 정수 p가 있을 때, p에 대한 양의 정수를 얻으려면 '~(p-1)'를 계산
- 부호 연산자 -를 사용하면 간단하게 변환할 수 있음
- ~~p: 변수 p에 두 번의 비트 전환 연산을 적용. 원래 값과 같지만 연산 결과의 타입은 byte가 아니라 int
쉬프트 연산자 << >>: 피연산자의 각 자리를 오른쪽(>>) 또는 왼쪽(<<)으로 이동시키는 연산자
- 자리 이동으로 저장범위를 벗어난 값들은 버려지고 빈자리는 0으로 채움
- '<<' 연산자의 경우, 피연산자의 부호에 상관없이 각 자리를 왼쪽으로 이동시키며 빈칸을 0으로 채우면 됨
  - x << n은 $x * 2^n$ 의 결과와 같음
- '>>' 연산자의 경우, 오른쪽으로 이동시키기 때문에 부호있는 정수는 부호를 유지하기 위해 왼쪽 피연산자가 음수인 경우 빈자리를 1로 채움. 양수일 경우 0으로 채움
  - x >> n은 $x / 2^n$ 의 결과와 같음
- 좌측 피연산자는 산술변환이 적용되어 int보다 작은 타입은 int타입으로 자동 변환되고 연산결과도 int타입이 됨
- 피연산자의 타입을 일치시킬 필요가 없기 때문에 우측 피연산자에는 산술변환이 적용되지 않음
- 쉬프트 연산자를 사용하는 것이 산술 연산자를 사용하는 것보다 더 빠름. 하지만 코드의 가독성이 떨어지기 때문에 곱셈 또는 나눗셈 연산자를 주로 사용하고, 빠른 실행속도가 요구되어지는 곳만 쉬프트 연산자를 사용하는 것이 좋음

6. 그 외의 연산자

6.1 조건 연산자 ? :

조건식, 식1, 식2 세 개의 피연산자를 필요로 하는 삼항 연산자이며, 삼항 연산자는 조건 연산자 하나

조건식 ? 식1 : 식2

조건식이 true이면 식1이, false면 식2가 연산 결과가 됨
조건 연산자는 조건문인 if문으로 바꿔쓸 수 있으며, if문 대신 조건 연산자를 사용하면 코드를 간단히 할 수 있음
조건 연산자를 중첩해서 사용하면 셋 이상 중의 하나를 결과로 얻을 수 있음
```
result = x > 0 ? 1 : (x==0 ? 0 : -1)
```
- x의 값이 양수면 1, 0이면 0, 음수면 -1의 결과가 나옴
조건 연산자의 식1과 식2, 두 피연산자의 타입이 다른 경우 산술 변환이 발생

6.2 대입 연산자 = op=

변수와 같은 저장공간에 값 또는 수식의 연산결과를 저장하는데 사용
- 오른쪽 피연산자의 값을 왼쪽 피연산자에 저장하고 저장된 값을 연산 결과로 반환
연산자들 중 가장 낮은 우선순위를 가지기 때문에 식에서 제일 나중에 수행됨

1. lvalue와 rvalue

대입 연산자의 왼쪽 피연산자를 lvalue(left value), 오른쪽 피연산자를 rvalue(right value)라고 함
rvalue는 변수뿐만 아니라 식이나 상수 등이 모두 가능하지만 lvalue는 변수처럼 값을 변경할 수 있는 것이어야 함
- 리터럴이나 상수같이 값 변경이 불가능한 것은 lvalue가 될 수 없음

2. 복합 대입 연산자

다른 연산자(op)와 결합해 'op='와 같은 방식으로 사용 가능
결합된 두 연산자는 반드시 공백없이 붙여 써야 함

Chapter 3 끝!!!

slchoi

예비 백엔드 개발자

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