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[자바의 정석] 변수와 메서드

Posted Jan 27, 2023 Updated Jun 23, 2023
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17 min read

선언위치에 따른 변수의 종류

변수는 변수의 선언된 위치에 따라 3가지로 나뉜다.

  • 클래스 변수
  • 인스턴스 변수
  • 지역변수

멤버변수를 제외한 나머지 변수들은 모두 지역변수이며, 멤버변수 중 static이 붙은 것은 클래스변수, 붙지 않은 것은 인스턴스 변수이다.

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class Variables{
		int iv;  //인스턴스 변수
		static int cv; //클래스 변수

		void method(){
				int lv=0; //지연 변수
		}
}
변수의 종류선언위치생성시기
클래스 변수클래스 영역클래스가 메모리에 올라갈 때
인스턴스 변수클래스 영역인스턴스가 생성되었을 때
지역 변수클래스 영역 외의 영역변수 선언문이 수행되었을 때

클래스변수와 인스턴스변수

클래스변수와 인스턴스변수의 차이를 이해하기 위한 예로 카드 게임에 사용되는 카드를 클래스로 정의해보자.

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class Card {
	String kind ;				// 카드의 무늬 - 인스턴스 변수
	int number;				    // 카드의 숫자 - 인스턴스 변수
	static int width = 100;		// 카드의 폭  - 클래스 변수
	static int height = 250;	// 카드의 높이 - 클래스 변수
}

각 Card인스턴스는 자신만의 무늬와 숫자가 있어서 인스턴스 변수로 선언해야 하고, 각 카드의 폭과 높이는 모든 인스턴스가 공통적으로 같은 값을 유지해야 하므로 클래스 변수로 선언한것이다.

ch6/CardTest.java

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class CardTest{
	public static void main(String args[]) {
		System.out.println("Card.width = "  + Card.width);
		System.out.println("Card.height = " + Card.height);

		Card c1 = new Card();
		c1.kind = "Heart";
		c1.number = 7;

		Card c2 = new Card();
		c2.kind = "Spade";
		c2.number = 4;

		System.out.println("c1은 " + c1.kind + ", " + c1.number + "이며, 크기는 (" + c1.width + ", " + c1.height + ")" );
		System.out.println("c2는 " + c2.kind + ", " + c2.number + "이며, 크기는 (" + c2.width + ", " + c2.height + ")" );		

		System.out.println("c1의 width와 height를 각각 50, 80으로 변경합니다.");
		c1.width = 50;
		c1.height = 80;

		System.out.println("c1은 " + c1.kind + ", " + c1.number + "이며, 크기는 (" + c1.width + ", " + c1.height + ")" );
		System.out.println("c2는 " + c2.kind + ", " + c2.number + "이며, 크기는 (" + c2.width + ", " + c2.height + ")" );
	}
 }

위와 같이 Card.width, c1.width, c2.width 모두 같은 저장공간을 참조하므로 항상 같은 값을 갖게 된다.

클래스 변수를 사용할 때는 Card.width와 같이 ‘클래스이름.클래스변수’의 형태로 하는 것이 좋다. 참조변수 c1,c2를 통해서도 클래스변수를 사용할 수 있지만 이렇게 하면 클래스변수를 인스턴스변수로 오해하기 쉽기 때문이다.

메서드

메서드는 크게 두 부분 선언부와 구현부로 이루어져 있다.

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반환타입 메서드이름 (타입 변수명, 타입 변수명, ...){ //선언부
																					//구현부
}

int add(int a, int b) { //선언부
	int result = a+b ;    //구현부
	return result;			
}
  • 메서드 선언부는 메서드 이름, 매배변수 선언, 반환타입으로 구성되어 있다.
  • 구현부에는 수행할 문장들을 넣으면 된다.
  • 반환타입과 return할 변수의 타입은 같아야 하고, return 문은 저장된 변수 값을 호출한 메서드로 반환한다.

JVM의 메모리 구조

응용 프로그램이 실행되면, JVM은 시스템으로부터 프로그램을 수행하는데 필요한 메모리를 할당받고

JVM은 이 메모리를 용도에 따라 여러 영역으로 나누어 관리한다. 그 중 3가지 주요 영역에 대해서 알아보자

Untitled.png

JVM의 메모리 구조

  1. Method Area
    • 프로그램 실행 중 어떤 클래스가 사용되면, JVM은 해당 클래스의 클래스파일(.class)을 읽어서 분석하여 클래스에 대한 정보를 이곳에 저장한다. 이 때, 그 클래스의 클래스변수도 이 영역에 저장된다.
  2. Heap
    • 인스턴스가 생성되는 공간. 프로그램 실행 중 생성되는 인스턴스는 모두 이곳에 생성된다.
    • 인스턴수의 변수들이 생성되는 공간이다.
  3. 호출스택(Call stack 또는 execution stack)
    • 호출스택은 메서드의 작업에 필요한 메모리 공간을 제공한다. 메서드가 호출되면, 호출스택에 호출된 메서드를 위한 메모리가 할당되며, 이 메모리는 메서드가 작업을 수행하는 동안 지역변수(매개변수 포함)들과 연산의 중간결과등을 저장하는데 사용된다. 그리고 메서드가 작업을 마치면 할당되었던 메모리 공간은 반환되어 비워진다.

호출스택을 예제로 살펴보자

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class CallStackTest {
	public static void main(String[] args) {
		firstMethod();
	}

	static void firstMethod() {
		secondMethod();
	}

	static void secondMethod() {
		System.out.println("secondMethod()");		
	}
}

위의 실행결과를 그림으로 살펴보면

Untitled.png

예제를 실행하면 JVM이 main메서드를 호출하여 먼저 main이 실행되고, main이 firstMethod()를 호출하여 (3)처럼 호출스택에 firstMethod가 위에 쌓여 있는것을 볼 수 있다. firstMethod가 secondMethod()를 호출하여 secondMethod()가 실행되고 println을 호출하여 화면에 출력한다. 출력한 후 println()은 호출스택에서 사라지고 sceondMethod()도 종료하여 호출스택에서 제거된다. firstMethod()도 더 이상 실행할 코드가 없어 호출스택에서 제거되고 main도 더 이상 수행할 코드가 없어 종료되어 호출스택은 비워지고 프로그램은 종료하게 된다.

기본형 매개변수와 참조형 매개변수

메서드의 매개변수를 기본형으로 선언하면 단순히 저장된 값만 얻지만, 참조형으로 선언하면 값이 저장된 곳의 주소를 알 수 있기 때문에 값을 읽어 오는 것은 물론 값을 변경하는 것도 가능하다.

ch6/PrimitiveParamEx.java

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class Data { int x; }

class PrimitiveParamEx {
	public static void main(String[] args) {
		Data d = new Data();
		d.x = 10;
		System.out.println("main() : x = " + d.x);

		change(d.x);
		System.out.println("After change(d.x)");
		System.out.println("main() : x = " + d.x);
	}

	static void change(int x) {  // ±âº»Çü ¸Å°³º¯¼ö
		x = 1000;
		System.out.println("change() : x = " + x);
	}
}

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//실행결과
main() : x = 10
change() : x = 1000
After change(d.x)
main() : x = 10

위의 예제를 보면 change()에 매개변수로 넘겨준 x값을 1000을 대입했지만 대입한후 main함수에서 x의값을 출력하면 여전히 10이 출력되는 것을 볼 수 있다. 이처럼 기본형 매개변수는 변수에 저장된 값만 읽을 수만 있을 뿐 변경할 수 없다.

ch6/ReferenceParamEx.java

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class Data { int x; }

class ReferenceParamEx {
	public static void main(String[] args) {

		Data d = new Data();
		d.x = 10;
		System.out.println("main() : x = " + d.x);

		change(d);
		System.out.println("After change(d)");
		System.out.println("main() : x = " + d.x);

	}

	static void change(Data d) { // 참조형 매개변수
		d.x = 1000;
		System.out.println("change() : x = " + d.x);
	}
}

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//실행결과
main() : x = 10
change() : x = 1000
After change(d)
main() : x = 1000

이전 예제와 달리 change메서드를 호출한 후에 d.x의 값이 변경되었다. change메서드의 매개변수가 참조형이라서 값이 아니라 ‘값이 저장된 주소’를 change메서드에게 넘겨주었기 때문에 값을 읽어 오는것 뿐만 아니라 변경도 가능하다.

반환타입이 참조형이라는 것은 메서드가 ‘객체의 주소’를 반환한다는 것을 의미한다.

클래스 메서드(Static 메서드)와 인스턴스 메서드

인스턴스 메서드는 인스턴스 변수와 관련된 작업을 하는 즉, 메서드의 작업을 수행하는데 인스턴스 변수를 필요로 하는 메서드이다. 반면에 메서드 중에서 인스턴스와 관계없는(인스턴스 변수나 인스턴스 메서드를 사용하지 않는) 메서드를 클래스 메서드(static 메서드)로 정의한다.

  • static변수는 인스턴스를 생성하지 않아도 사용할 수 있다.
    • static이 변수는 클래스가 메모리에 올라갈 때 이미 자동적으로 생성되기 때문이다.
  • 클래스 메서드(static 메서드)는 인스턴스 변수를 사용할 수 없다.
    • 인스턴스 변수는 인스턴스가 반드시 존재해야만 사용할 수 있는데, 클래스 메서드는 인스턴스 생성 없이 호출 가능하므로 클래스 메서드가 호출되었을 때 인스턴스가 존재하지 않을 수도 있다. 그래서 클래스 메서드에서 인스턴스 변수의 사용을 금지한다.
  • 메서드 내에서 인스턴스 변수를 사용하지 않는다면, static을 붙이는 것을 고려한다.
    • 메서드의 작업내영 중에서 인스턴스 변수를 필요로 한다면, static을 붙일 수 없다. 반대로 인스턴스변수를 필요로 하지 않는다면 static을 붙이자. 메서드 호출시간이 짧아지므로 성능이 향상된다.

클래스 멤버와 인스턴스 멤버간의 참조와 호출

같은 클래스에 속한 멤버들 간에는 별도의 인스턴스를 생성하지 않고도 서로 참조 또는 호출이 가능하다. 단, 클래스멤버가 인스턴스 멤버를 참조 또는 호출하고자 하는 경우에는 인스턴스를 생성해야한다. 그 이유는 인스턴스 멤버가 존재하는 시점에 클래스 멤버는 항상 존재하지만, 클래스멤버가 존재하는 시점에 인스턴스 멤버가 존재하지 않을 수도 있기 때문이다.

ch6/MemberCall.java

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class MemberCall {
	int iv = 10;
	static int cv = 20;

	int iv2 = cv;
//	static int cv2 = iv;		// 에러. 클래스변수는 인스턴스 변수를 사용할 수 없음.
	static int cv2 = new MemberCall().iv;	 // 이처럼 객체를 생성해야 사용가능.

	static void staticMethod1() {
		System.out.println(cv);
//		System.out.println(iv); // 에러. 클래스메서드에서 인스턴스변수를 사용불가.
		MemberCall c = new MemberCall();	
		System.out.println(c.iv);   // 객체를 생성한 후에야 인스턴스변수의 참조가능.
}

	void instanceMethod1() {
		System.out.println(cv);		
		System.out.println(iv); // 인스턴스메서드에서는 인스턴스변수를 바로 사용가능.
}

	static void staticMethod2() {
		staticMethod1();
//		instanceMethod1(); // 에러. 클래스메서드에서는 인스턴스메서드를 호출할 수 없음.
		MemberCall c = new MemberCall();
		c.instanceMethod1(); // 인스턴스를 생성한 후에야 호출할 수 있음.
 	}
	
	void instanceMethod2() {	// 인스턴스메서드에서는 인스턴스메서드와 클래스메서드
		staticMethod1();		//  모두 인스턴스 생성없이 바로 호출이 가능하다.
		instanceMethod1();
	}
}

위의 코드는 같은 클래스 내의 인스턴스 메서드와 static 메서드간의 호출에 대해서 설명하고 있다. 같은 클래스 내의 메서드는 서로 객체의 생성이나 참조변수 없이 직접 호출이 가능하지만 static 메서드는 인스턴스 메서드를 호출할 수 없다.

인스턴스 멤버는 반드시 객체를 생성한 후에만 참조 또는 호출이 가능하기 때문에 클래스멤버가 인스턴스멤버를 참조, 호출하기 위해서는 객체를 생성하여야 한다.

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