[JAVA] 이것이 자바다_7
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객체 지향 프로그래밍의 세번째 정리.
인스턴스 멤버와 this, static, final에 대해서 알아보자.
인스턴스 멤버와 this
인스턴스(instance) 멤버란 객체(인스턴스)를 생성한 후 사용할 수 있는 필드와 메소드 를 말하는데, 이들을 각각 인스턴스 필드, 인스턴스 메소드라고 부른다.
인스턴스 필드와 메소드는 객체에 소속된 멤버이기 때문에 객체없이는 사용할 수 없다.
Car 클래스에 gas 필드와 setSpeed() 메소드가 다음과 같이 선언되었다고 가정해보자.
public class Car{
// 필드
int gas;
// 메소드
void setSpeed(int speed) {...}
}
gas 필드와 setSpeed() 메소드는 인스턴스 멤버이기 때문에 외부 클래스에서 사용하기 위해서는 우선 Car 객체(인스턴스)를 생성하고 참조 변수 myCar 또는 yourCar로 접근해야 한다.
Car myCar = new Car();
myCar.gas = 10;
myCar.setSpeed(60);
Car yourCar = new Car();
yourCar.gas = 20;
yourCar.setSpeed(80);
위 코드가 실행되고 메모리 상태를 알아보면, 인스턴스 필드 gas는 객체마다 따로 존재하고, 인스턴스 메소드 setSpeed()는 객체마다 존재하지 않고 메소드 영역에 저장되고 공유된다.
객체 외부에서 인스턴스 멤버에 접근하기 위해 참조 변수를 사용하는 것과 마찬가지로 객체 내부에서도 인스턴스 멤버에 접근하기 위해 this를 사용할 수 있다.
this.model은 자신이 가지고 있는 model 필드라는 뜻이다.
this는 주로 생성자와 메소드의 매개 변수 이름이 필드와 동일한 경우, 인스턴스 멤버인 필드임을 명시하고자 할 때 사용된다.
다음은 매개 변수 model의 값을 필드 model에 저장한다.
Car(String model){
this.model = model;
}
void setModel(String model){
this.model = model;
}
정적 멤버와 static
정적(static)은 ‘고정된’이라는 의미를 가지고 있다.
정적 멤버는 클래스에 고정된 멤버로서 객체를 생성하지 않고 사용할 수 있는 필드와 메소드를 말한다.
이들을 각각 정적 필드, 정적 메소드라고 부른다.
정적 멤버는 객체(인스턴스)에 소속된 멤버가 아니라 클래스에 소속된 멤버 이기 때문에 클래스 멤버라고도 한다.
정적 멤버 선언
정적 필드와 정적 메소드를 선언하는 방법은 필드와 메소드 선언 시 static 키워드를 추가적으로 붙이면 된다.
다음은 정적 필드와 정적 메소드를 선언하는 방법이다.
public class 클래스{
// 정적 필드
static 타입 필드 [= 초기값];
// 정적 메소드
static 리턴 타입 메소드( 매개변수선언, ... ) {...}
}
정적 필드와 정적 메소드는 클래스에 고정된 멤버이므로 클래스 로더가 클래스(바이트 코드)를 로딩해서 메소드 메모리 영역에 적재할 때 클래스별로 관리된다.
따라서 클래스의 로딩이 끝나면 바로 사용할 수 있다.
필드를 선언할 때 인스턴스 필드로 선언할 것인가, 아니면 정적 필드로 선언할 것인가의 판단 기준은 객체마다 가지고 있어야 할 데이터 라면 인스턴스 필드 로 선언하고, 객체마다 가지고 있을 필요성이 없는 공용적인 데이터 라면 정적 필드로 선언하는 것이 좋다.
예를 들어 Calculator 클래스에서 원의 넓이나 둘레를 구할 때 필요한 파이는 Calculator 객체마다 가지고 있을 필요가 없는 변하지 않는 데이터이므로 정적 필드로 선언하는 것이 좋다.
그러나 객체별로 색깔이 다르다면 색깔은 인스턴스 필드로 선언해야 한다.
public class Calculator{
String color; // 계산기별로 색깔이 다를 수 있다.
static double pi = 3.14159; // 계산기에서 사용하는 파이 값은 동일하다.
}
메소드의 경우, 인스턴스 메소드로 선언할 것인가, 아니면 정적 메소드로 선언할 것인가의 판단 기준은 인스턴스 필드를 이용해서 실행 해야 한다면 인스턴스 메소드로 선언하고, 인스턴스 필드를 이용하지 않는다면 정적 메소드로 선언한다.
예를 들어 Calculator 클래스의 덧셈, 뺄셈 기능은 인스턴스 필드를 이용하기보다는 외부에서 주어진 매개값들을 가지고 덧셈, 뺄셈을 수행하므로 정적 메소드로 선언하는 것이 좋다.
그러나 인스턴스 필드인 색깔을 변경하는 메소드는 인스턴스 메소드로 선언해야 한다.
public class Calculator{
String color;
void setColor(String color){ this.color = color; }
static int plus(int x, int y) { return x + y; }
static int minus(int x, int y) { return x - y; }
}
정적 멤버 사용
클래스가 메모리로 로딩되면 정적 멤버를 바로 사용할 수 있는데, 클래스 이름과 함께 도트(.) 연산자로 접근한다.
클래스.필드;
클래스.메소드( 매개값, ... );
예를 들어 Calculator 클래스가 다음과 같이 작성되었다면,
public class Calculator{
static double pi = 3.14159;
static int plus(int x, int y) {...}
static int minus(int x, int y) {...}
}
정적 필드 pi와 정적 메소드 plus(), minus()는 다음과 같이 사용할 수 있다.
double result1 = 10 * 10 * Calculator.pi;
int result2 = Calculator.plus(10, 5);
int result3 = Calculator.minus(10, 5);
정적 필드와 정적 메소드는 원칙적으로는 클래스 이름으로 접근해야 하지만 다음과 같이 객체 참조 변수로도 접근이 가능하다.
Calculator myCalcu = new Calculator();
double result1 = 10 * 10 * myCalcu.pi;
int result2 = myCalcu.plus(10, 5);
int result3 = myCalcu.minus(10, 5);
하지만 정적 요소는 클래스 이름으로 접근하는 것이 좋다.
정적 초기화 블록
정적 필드는 다음과 같이 필드 선언과 동시에 초기값을 주는 것이 보통이다.
static double pi = 3.14159;
그러나 계산이 필요한 초기화 작업이 있을 수 있다.
인스턴스 필드는 생성자에서 초기화하지만, 정적 필드는 객체 생성 없이도 사용해야 하므로 생성자에서 초기화 작업을 할 수 없다.
생성자는 객체 생성 시에만 실행되기 때문이다.
그렇다면 정적 필드를 위한 초기화 작업은 어디서 할까?
자바는 정적 필드의 복잡한 초기화 작업을 위해서 정적 블록(static block) 을 제공한다.
다음은 정적 블록의 형태를 보여준다.
static {
...
}
정적 블록은 클래스가 메모리로 로딩될 때 자동적으로 실행된다.
정적 블록은 클래스 내부에 여러 개가 선언되어도 상관없다.
클래스가 메모리로 로딩될 때 선언된 순서대로 실행된다.
다음 예시에서 Television은 세 개의 정적 필드를 가지고 잇는데, company와 model은 선언 시 초기값을
주었고 info는 초기화하지 않았다.
info 필드는 정적 블록에서 company와 model 필드값을 서로 연결해서 초기값으로 설정한다.
// Television.java
public class Television{
static String company = "Samsung";
static String model = "LCD";
static String info;
static{
info = company + "-" + model;
}
}
// TelevisionExample.java
public class TelevisionExample{
public static void main(String[] args){
System.out.println(Television.info);
}
}
정적 메소드와 블록 선언 시 주의할 점
정적 메소드와 정적 블록을 선언할 때 주의할 점은 객체가 없어도 실행된다는 특징 때문에, 이들 내부에 인스턴스 필드나 인스턴스 메소드를 사용할 수 없다.
또한 객체 자신의 참조인 this 키워드도 사용이 불가능하다.
그래서 다음 코드는 컴파일 오류가 발생한다.
public class ClassName{
// 인스턴스 필드와 메소드
int field1;
void method1();
// 정적 필드와 메소드
static int field2;
static void method2();
// 정적 블록
static{
field1 = 10; // 컴파일 에러
method1(); // 컴파일 에러
field2 = 10; // 정상 동작
method2(); // 정상 동작
}
// 정적 메소드
static void Method3(){
this.field1 = 10; // 컴파일 에러
this.method1(); // 컴파일 에러
field2 = 10; // 정상 동작
method2(); // 정상 동작
}
}
정적 메소드와 정적 블록에서 인스턴스 멤버를 사용하고 싶다면 다음과 같이 객체를 먼저 생성하고 참조 변수로 접근해야 한다.
static void Method3() {
ClassName obj = new ClassName();
obj.field1 = 10;
obj.method1();
}
main() 메소드도 동일한 규칙이 적용된다.
main() 메소드도 정적(static) 메소드이므로 객체 생성 없이 인스턴스 필드와 인스턴스 메소드를 main() 메소드에서 바로 사용할 수 없다.
따라서 다음은 잘못 코딩된 것이다.
public class Car{
int speed;
void run() {...}
public static void main(String[] args){
speed = 60; // 컴파일 에러
run(); // 컴파일 에러
}
}
main() 메소드를 올바르게 수정하면 아래와 같다.
public static void main(String[] args){
Car myCar = new Car();
myCar.speed = 60;
myCar.run();
}
싱글톤(Singleton)
가끔 전체 프로그램에서 단 하나의 객체만 만들도록 보장해야 하는 경우 가 있다.
단 하나만 생성된다고 해서 이 객체를 싱글톤(Singleton) 이라고 한다.
싱글톤을 만들려면 클래스 외부에서 new 연산자로 생성자를 호출할 수 없도록 막아야 한다.
생성자를 호출한 만큼 객체가 생성되기 때문이다.
생성자를 외부에서 호출할 수 없도록 하려면 생성자 앞에 private 접근 제한자를 붙여주면 된다.
그리고 자신의 타입인 정적 필드를 하나 선언하고 자신의 객체를 생성해 초기화한다.
참고로 클래스 내부에서는 new 연산자로 생성자 호출이 가능하다.
정적 필드도 private 접근 제한자를 붙여 외부에서 필드값을 변경하지 못하도록 막는다.
대신 외부에서 호출할 수 있는 정적 메소드인 getInstance()를 선언하고 정적 필드에서 참조하고 있는 자신의 객체를 리턴해준다.
다음은 싱글톤을 만드는 코드이다.
public class 클래스{
// 정적 필드
private static 클래스 singleton = new 클래스();
// 생성자
private 클래스() {}
// 정적 메소드
static 클래스 getInstance(){
return singleton;
}
}
외부에서 객체를 얻는 유일한 방법은 getInstance() 메소드를 호출하는 방법이다.
getInstance() 메소드는 단 하나의 객체만 리턴하기 때문에 아래의 코드에서 변수1과 변수2는 동일한 객체를 참조한다.
클래스 변수1 = 클래스.getInstance();
클래스 변수2 = 클래스.getInstance();
다음 예제를 통해 확실히 이해하자.
// Singleton.java
public class Singleton{
private static Singleton singleton = new Singleton();
private Singleton() {}
static Singleton getInstance(){
return singleton;
}
}
// SingletonExample.java
public class SingletonExample{
public static void main(String[] args){
/*
Singleton obj1 = new Singleton(); // 컴파일 에러
Singleton obj2 = new Singleton(); // 컴파일 에러
*/
Singleton obj1 = Singleton.getInstance();
Singleton obj2 = Singleton.getInstance();
if(obj1 == obj2) {
System.out.println("같은 Singleton 객체입니다.");
} else{
System.out.println("다른 Singleton 객체입니다.");
}
}
}
final 필드와 상수
final 필드
final의 의미는 최종적이란 뜻을 가지고 있다.
final 필드 는 초기값이 저장되면 이것이 최종적인 값이 되어서 프로그램 실행 도중에 수정할 수 없다는 것 이다.
final 필드는 다음과 같이 선언한다.
final 타입 필드 [= 초기값];
final 필드의 초기값을 줄 수 있는 방법은 딱 두 가지 밖에 없다.
첫 번째는 필드 선언 시에 주는 방법이다.
두 번째는 생성자에서 주는 방법이다.
단순 값이라면 필드 선언 시에 주는 것이 제일 간단하다.
하지만 복잡한 초기화 코드가 필요하거나 객체 생성 시에 외부 데이터로 초기화해야 한다면 생성자에서 초기값을 지정해야 한다.
생성자는 final 필드의 최종 초기화를 마쳐야 하는데, 만약 초기화되지 않은 final 필드를 그대로 남겨두면 컴파일 에러가 발생한다.
다음 예제를 보자.
주민등록번호 필드는 한 번 값이 저장되면 변경할 수 없도록 final 필드로 선언했다.
하지만 주민등록번호는 Person 객체가 생성될 때 부여되므로 Person 클래스 설계 시 초기값을 미리 줄 수 없다.
그래서 생성자 매개값으로 주민등록번호를 받아서 초기값으로 지정해주었다.
반면 nation은 항상 고정된 값을 갖기 때문에 필드 선언 시 초기값으로 “Korea”를 주었다.
// Person.java
public class Person{
final String nation = "Korea";
final String ssn;
String name;
public Person(String ssn, String name){
this.ssn = ssn;
this.name = name;
}
}
// PersonExample.java
public class PersonExample{
public static void main(String[] args){
Person p1 = new Person("123456-1234567", "계백");
System.out.println(p1.nation);
System.out.println(p1.ssn);
System.out.println(p1.name);
// p1.nation = "usa"; // final 필드는 값 수정 불가
// p1.ssn = "654321-7654321"; // final 필드는 값 수정 불가
p1.name = "을지문덕";
}
}
상수(static final)
일반적으로 불변의 값을 상수라고 부른다.
불변의 값은 수학에서 사용되는 원주율 파이나, 지구의 무게 및 둘레 등이 해당된다.
이러한 불변의 값을 저장하는 필드를 자바에서는 상수(constant)라고 한다.
final 필드는 한 번 초기화되면 수정할 수 없는 필드라고 했다.
그렇다면 final 필드를 상수라고 해도 되지 않을까 생각했지만 final 필드를 상수라고 부르진 않는다.
왜냐하면 불변의 값은 객체마다 저장할 필요가 없는 공용성을 띠고 있으며, 여러 가지 값으로 초기화될 수 없기 때문이다.
final 필드는 객체마다 저장되고, 생성자의 매개값을 통해서 여러 가지 값을 가질 수 있기 때문에 상수가 될 수 없다.
상수는 static이면서 final이어야 한다.
static final 필드는 객체마다 저장되지 않고, 클래스에만 포함된다.
그리고 한 번 초기값이 저장되면 변경할 수 없다.
초기값이 단순 값이라면 선언 시에 주는 것이 일반적이지만, 복잡한 초기화일 경우 정적 블록에서도 할 수 있다.
static final 타입 상수;
static{
상수 = 초기값;
}
상수 이름은 모두 대문자로 작성하는 것이 관례이다.
만약 서로 다른 단어가 혼합된 이름이라면 언더바(_)로 단어들을 연결한다.
다음은 올바르게 선언한 예시이다.
static final double PI = 3.14159;
static final double EARTH_SURFACE_AREA;
예제를 통해 선언과 사용에 대해 알아보자.
// Earth.java
public class Earth{
static final double EARTH_RADIUS = 6400;
static final double EARTH_SURFACE_AREA;
static{
EARTH_SURFACE_AREA = 4 * Math.PI * EARTH_RADIUS * EARTH_RADIUS;
}
}
// EarthExample.java
public class EarthExample{
public static void main(String[] args){
System.out.println("지구의 반지름: "+ Earth.EARTH_RADIUS + "km");
System.out.println("지구의 표면적: "+ Earth.EARTH_SURFACE_AREA + "km^2");
}
}
객체 지향 프로그래밍의 static과 final을 정리해보았다.
정리했는데도 헷갈린다.
자주 사용되니 잘 알아두기 위해 자주 봐야겠다.
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