Java 기본편 강의_기본형과 참조형

기본형과 참조형

 

기본형 vs 참조형 1 - 시작

자바에서 참조형을 제대로 이해하는 것은 정말 중요하다.

변수의 데이터 타입을 가장 크게 보면 기본형과 참조형으로 분류할 수 있다. 사용하는 값을 변수에 직접 넣을 수 있는 기본형, 객체가 저장된 메모리의 위치를 가르키는 참조값을 넣을 수 있는 참조형으로 분류할 수 있다.

• 기본형(Primitive Type) : int, long, double, boolean처럼 변수에 사용할 값을 직접 넣을 수 있는 데이터 타입을 기본형이라 한다.
• 참조형(Reference Type) : 데이터에 접근하기 위한 참조(주소)를 저장하는 데이터 타입을 참조형이라 한다. 참조형은 객체 또는 배열에 사용된다.

기본형 변수에는 직접 사용할 수 있는 값이 들어있지만 참조형 변수에는 위치(참조값)가 들어가 있다. 참조형 변수를 통해서 뭔가 하려면 결국 참조값을 통해 해당 위치로 이동해야 한다.

기본형 vs 참조형 - 기본

• 기본형은 숫자 10, 20과 같이 실제 사용하는 값을 변수에 담을 수 있다. 그래서 해당 값을 바로 사용할 수 있다.
• 참조형은 실제 사용하는 값을 변수에 담는 것이 아니다. 이름 그대로 실제 객체의 위치(참조, 주소)를 저장한다. 참조형에는 객체와 배열이 있다.
  • 객체는 .(dot)을 통해 메모리 상에 생성된 객체를 찾아가야 사용할 수 있다.
  • 배열은 [ ]를 통해서 메모리 상에 생성된 배열을 찾아가야 사용할 수 있다.

기본형은 연산이 가능하지만 참조형은 연산이 불가능하다.
기본형은 변수에 실제 사용하는 값이 담겨있다. +, -와 같은 연산이 가능하다.
참조형은 변수에 객체의 위치인 참조값이 들어 있다. 참조값은 계산에 사용할 수 없다. 따라서 오류가 발생한다.
물론 .을 통해 객체의 기본형 멤버 변수에 접근한 경우에는 연산을 할 수 있다.

✔️ 쉽게 이해하는 팁

기본형을 제외한 나머지는 모두 참조형이다.
기본형은 소문자로 시작한다. int, long, double, boolean 모두 소문자로 시작한다.
기본형은 Java가 기본으로 제공하는 데이터 타입이다. 이러한 기본형은 개발자가 새로 정의할 수 없다.
개발자는 참조형인 클래스만 직접 정의할 수 있다.

클래스는 대문자로 시작한다. Student
클래스는 모두 참조형이다.

✔️ 참고 - String

Java에서 String은 특별하다. String은 사실은 클래스이다. 따라서 참조형이다.
그런데 기본형처럼 문자 값을 바로 대입할 수 있다.
문자는 매우 자주 다루기 때문에 Java에서 특별하게 편의 기능을 제공한다.

 

기본형 vs 참조형 2 - 변수 대입

대원칙 : Java는 항상 변수의 값을 복사해서 대입한다.

Java에서 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.

기본형은 변수에 값을 대입하더라도 실제 사용하는 값이 변수에 바로 들어 있기 때문에 해당 값만 복사해서 대입한다고 생각하면 쉽게 이해할 수 있다. 
그런데 참조형의 경우 실제 사용하는 객체가 아니라 객체의 위치를 가르키는 참조값만 복사된다. 쉽게 이야기해서 실제 건물이 복사가 되는 것이 아니라 건물의 위치인 주소만 복사되는 것이다.
따라서 같은 건물을 찾아갈 수 있는 방법이 하나 늘어날 뿐이다.

기본형과 변수 대입

VarChange1

package ref;

public class VarChange1 {
    public static void main(String[] args) {
        int a = 10;
        int b = a;

        System.out.println("a = " + a);
        System.out.println("b = " + b);

        // a 변경
        a = 20;
        System.out.println("변경 a = 20");
        System.out.println("a = " + a);
        System.out.println("b = " + b);

        // b 변경
        b = 30;
        System.out.println("변경 b = 30");
        System.out.println("a = " + a);
        System.out.println("b = " + b);
    }
}

여기서 핵심은 int b = a라고 했을 때 변수에 들어있는 값을 복사해서 전달한다는 점이다. 따라서 a = 20, b = 30이라고 했을 때 각각 본인의 값만 변경되는 것을 확인할 수 있다.

참조형과 변수 대입

Data

package ref;

public class Data {
    int value;
}

VarChange2

package ref;

public class VarChange2 {
    public static void main(String[] args) {
        Data dataA = new Data();
        dataA.value = 10;
        Data dataB = dataA;

        System.out.println("dataA 참조값=" + dataA);  // ref.Data@41629346
        System.out.println("dataB 참조값=" + dataB);  // ref.Data@41629346
        System.out.println("dataA.value = " + dataA.value);  // 10
        System.out.println("dataB.value = " + dataB.value);  // 10

        //dataA 변경
        dataA.value = 20;
        System.out.println("변경 dataA.value = 20");
        System.out.println("dataA.value = " + dataA.value);  // 20
        System.out.println("dataB.value = " + dataB.value);  // 20

        //dataB 변경
        dataB.value = 30;
        System.out.println("변경 dataB.value = 30");
        System.out.println("dataA.value = " + dataA.value);  // 30
        System.out.println("dataB.value = " + dataB.value);  // 30
    }
}

변수의 대입은 변수에 들어 있는 값을 복사해서 대입한다. 변수 dataA에는 참조값 x001이 들어 있다.
변수 dataA에 들어있는 참조값 x001을 복사해서 변수 dataB에 대입한다.
참고로 변수 dataA가 가르키는 인스턴스를 복사하는 것이 아니다! 변수에 들어있는 참조값만 복사해서 전달한다.

Data dataB = dataA라고 했을 때 변수에 들어가는 값을 복사해서 사용한다는 점이다. 그런데 그 값이 참조값이다.
따라서 dataA와 dataB는 같은 참조값을 가지게 되고, 두 변수는 같은 객체 인스턴스를 참조하게 된다.

 

기본형 vs 참조형 3 - 메서드 호출

대원칙 : 자바는 항상 변수의 값을 복사해서 대입한다.

Java에서 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.

메서드 호출도 마찬가지이다. 메서드를 호출할 때 사용하는 매개변수(파라미터)도 결국 변수일 뿐이다.
따라서 메서드를 호출할 때 매개변수에 값을 전달하는 것도 앞서 설명한 내용과 같이 값을 복사해서 전달한다.

기본형과 메서드 호출

package ref;

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

    static void changePrimitive(int x) {
        x = 20;
    }
}

참조형과 메서드 호출

package ref;

public class MethodChage2 {
    public static void main(String[] args) {
        Data dataA = new Data();
        dataA.value = 10;
        System.out.println("메서드 호출 전: dataA.value = " + dataA.value);  // 10
        changeReference(dataA);
        System.out.println("메서드 호출 후: dataA.value = " + dataA.value);  // 20
    }

    static void changeReference(Data dataX) {
        dataX.value = 20;
    }
}

기본형과 참조형의 메서드 호출
Java에서 메서드의 매개변수(파라미터)는 항상 값에 의해 전달된다.
그러나 이 값이 실제 값이냐, 참조(메모리 주소) 값이냐에 따라 동작이 달라진다.

• 기본형 : 메서드로 기본형 데이터를 전달하면, 해당 값이 복사되어 전달된다. 메서드 내부에서 매개변수(파라미터)의 값을 변경해도, 호출자의 변수 값에는 영향이 없다.
• 참조형 : 메서드로 참조형 데이터를 전달하면, 참조값이 복사되어 전달된다. 메서드 내부에서 매개변수(파라미터)로 전달된 객체의 멤버 변수를 변경하면, 호출자의 객체도 변경된다.

 

참조형과 메서드 호출 - 활용

ClassStart3

package class1;

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

중복을 메서드를 통해서 손쉽게 제거할 수 있다.

메서드에 객체 전달

Student

package ref;

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

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 student) {
        System.out.println("이름: " + student.name + " 나이: " + student.age + " 성적: " + student.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.

 

✔️ 주의!

package ref;

import class1.Student;

public class Method1 {
    ...
}​

import class1.Student; 이 선언되어 있으면 안된다.
이렇게 되면 class1 패키지에서 선언한 Student를 사용하게 된다. 이 경우 접근 제어자 때문에 컴파일 오류가 발생한다.
만약 선언되어 있다면 삭제하자. 삭제하면 같은 패키지에 있는 ref.Student를 사용한다.

 

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 student) {
        System.out.println("이름: " + student.name + " 나이: " + student.age + " 성적: " + student.grade);
    }
}

createStudent( )라는 메서드를 만들고 객체를 생성하는 부분도 이 메서드 안에 함께 포함했다. 이제 이 메서드 하나로 객체의 생성과 초기값 설정을 모두 처리한다.
그런데 메서드 안에서 객체를 생성했기 때문에 만들어진 객체를 메서드 밖에서 사용할 수 있도록 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.

 

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;
}

지역 변수 예시

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

 

package ref;

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

    static void changePrimitive(int x) {
        x = 20;
    }
}

a, x(매개변수)는 지역 변수이다.
지역 변수는 이름 그대로 특정 지역에서만 사용되는 변수라는 뜻이다. 예를 들어서 x는 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.

InitData

package ref;

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

value1은 초기값을 지정하지 않았지만 멤버 변수는 자동으로 초기화된다. 숫자는 0으로 초기화된다.
value2는 10으로 초기값을 지정해두었기 때문에 객체를 생성할 때 10으로 초기화된다.

 

null

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 null이라는 특별한 값을 넣어둘 수 있다. null은 값이 존재하지 않는, 없다는 뜻이다.

null 값 할당

package ref;

public class Data {
    int value;
}

NullMain1

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);
    }
}

 

NullPointerException

만약 참조값 없이 객체를 찾아가면 어떤 문제가 발생할까?
이 경우 NullpointerException이라는 예외가 발생하는데, 개발자를 가장 많이 괴롭히는 예외이다.
NullPointerException은 이름 그대로 null을 가리키다(Pointer)인데, 이때 발생하는 예외(Exception)다. null은 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 null이라면 값이 없다는 뜻이므로, 찾아갈 수 있는 객체(인스턴스)가 없다. NullPointerException은 이처럼 null에 .(dot)을 찍었을 때 발생한다.

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);
    }
}

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

멤버 변수와 null

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

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);

        System.out.println("bigData.data.value = " + bigData.data.value);
    }
}

• bigData.count를 출력하면 0이 출력된다.
• bigData.data를 출력하면 참조값인 null이 출력된다. 이 변수는 아직 아무것도 참조하고 있지 않다.
• bigData.data.value를 출력하면 data의 값이 null이므로 null에 .(dot)을 찍게 되고, 따라서 참조할 곳이 없으므로 NullPointerException 예외가 발생한다.

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);

        // NullPointerException
        System.out.println("bigData.data.value = " + bigData.data.value);
    }
}

 

정리

대원칙 : 자바는 항상 변수의 값을 복사해서 대입한다.

Java에서 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 null을 할당할 수 없지만, 참조형 변수는 null을 할당할 수 있다.

기본형 vs 참조형 - 대입

• 기본형과 참조형 모두 대입 시 변수 안에 있는 값을 읽고 복사해서 전달한다.
• 기본형은 사용하는 값을 복사해서 전달하고, 참조형은 참조값을 복사해서 전달한다! 인스턴스를 가리키는 참조값을 복사해서 전달하는 것이다!
  따라서 하나의 인스턴스를 여러 곳에서 참조할 수 있다.
• 변수에 어떤 값이 들어있든 간에 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.