[자바 스터디] 2주차 : 자바 데이터 타입, 변수 그리고 배열

프리미티브 타입과 레퍼런스 타입

프리미티브 타입 (Primitive Type)

• 실제 값 자체를 Stack에 저장
• byte, short, int, long, char 등

레퍼런스 타입 (Reference Type)

• class, interface, enum, array, String
• 값에 대한 참조(주소값)을 Stack에 저장
  • 실제 값은 Heap에 저장

Example

Stack	Heap
int a = 10;
char b = 'C';
MyClass myClass = 100번지;	100번지 = myClass 인스턴스

프리미티브 타입 종류, 범위, 기본 값

이름	크기	값 범위	기본 값	비고
byte	1 byte	-128 ~ 127	0
short	2 bytes	-32,768 ~ 32,767	0
signed int	4 bytes	$-2^{31}$ ~ $2^{31}-1$	0
unsigned int	4 bytes	0 ~ $2^{32}-1$	0	java 8 이상부터 가능
signed long	8 bytes	$-2^{63}$ ~ $2^{63}-1$	0L
unsigned long	8 bytes	$0$ ~ $2^{64}-1$	0L	java 8 이상부터 가능
float	4 bytes	single-precision 32-bit	0.0f
double	8 bytes	double-precision 64-bit	0.0d
boolean	1 bit	true / false	false
char	2 bytes	'\u0000' ~ '\uffff'	'\u0000'

• unsigned -> 부호가 없으므로 signed에 비해 약 2배 더 많은 값을 저장할 수 있음
• \u는 Unicode escape 문자로, 뒤의 0000, ffff가 유니코드

int 값의 범위와 값이 정해지는 원리

• int는 4byte 이다
  • 1byte == 8bit 이다
  • 1bit는 2가지의 비트를 저장할 수 있다
• 따라서, 4byte에는 총 $2^{32}$ 개의 값을 저장할 수 있다
  • 이때, signed의 경우 맨 앞자리를 부호로 사용하므로 음수, 양수 각각 $2^{31}$ 개의 수를 저장할 수 있게 된다
  • 마지막으로 양수는 0을 포함하므로 양수에서 1을 빼어 signed int의 범위가 $-2^{31}$ ~ $2^{31} - 1$ 로 정해지는 것이다

부동 소수점

• 현재 대부분의 언어 / 시스템은 IEEE 754 표준을 따름

float (32bit)의 경우

double (64bit)의 경우

특징 및 주의점

• 부동 소수점 방식은 항상 오차가 존재할 수 밖에 없음
  • 따라서, 실수를 다룰 땐 정확한 값이 아닌 근사치를 표현하고 있을 뿐임을 기억해야 한다
• 아래 예제에서 볼 수 있듯 0.1을 1000번 더했음에도 sum은 100이 아닌 99.9999... 가 된다
  • 마찬가지 이유로 double과 float과의 비교 연산 시 같은 수를 저장하고 있다고 해도 (실제로는 저장하는 비트의 개수가 달라서) 같다고 나오지 않는다. (ex. 10.1F != 10.1D)

    double sum = 0.0;
    for (int i = 0 ; i < 1000 ; i++) {
        sum += 0.1;
    }
    System.out.println(sum); // 99.9999999999986

• 자바에서 실수 정확하게 계산하는 방법
  • BigDecimal 사용하기

      BigDecimal bigNumber1 = new BigDecimal("1000.0");
      BigDecimal bigNumber2 = new BigDecimal("999.9");

    BigDecimal result = bigNumber1.subtract(bigNumber2); // 0.1 (정확한 값이 나옴)

리터럴

• 코드 상에서 직접 표현한 값을 의미함

Integer Literals

• 숫자 값은 int
  • int는 1000000 == 1_000_000 로도 가능 (다른 표기법)
• long 타입은 L이나 l로 끝나는 값
  • 근데 인텔리제이에서 lower case로 쓰면 upper로 쓰라고 권유하던데 왠진 모르겠다
• 2진수는 0b로 시작
• 16진수는 0x로 시작
• 8진수는 0으로 시작

Floating-Point (실수) Literals

• float 타입은 F나 f로 끝나는 값
  • float f = 10.5 는 오류 발생. float f = 10.5f 라고 해야 함
• 그 외 나머지는 double (D or d를 적을 수도 있음)

Character & String Literals

• 기본적으로 Unicode Character 가능
• escape character
  • \b : 백스페이스
  • \t : 탭
  • \n : 개행
  • \f : form feed (used to indicate to a printer that it should start a new page)
  • \r : 캐리지 리턴 (CRLF에서의 개행 -> \r\n)
  • \" , \' : double, single quote
  • \\ : 역슬래시

String Pool

• String을 리터럴로 초기화하게 되면, Heap 내의 String Pool에 저장되고 재활용 됨
  • 반면 new 키워드를 통해 초기화하면, Heap 내에 다른 객체와 동일하게 저장되고 재활용되지 않음
    

[출처 : Baeldung - Where Does Java’s String Constant Pool Live, the Heap or the Stack?]

Boolean Literals

• true or false

변수 선언 및 초기화하는 방법

선언 시 초기화

    int a = 10;
    char c = 'C';
    String s = "abc";
    MyClass myClass = new MyClass();

선언 후 초기화

    int a;
    char c;
    String s;
    MyClass myClass;

    a = 10;
    c = 'C';
    s = "abc";
    myClass = new MyClass();

변수의 스코프와 라이프타임

클래스 변수 (static)

• 클래스 전체
  • 인스턴스가 없어도 접근 가능
  • static 요소는 JVM에 클래스가 로딩될 때 생성됨
• 클래스이름.변수명, 인스턴스.변수명 모두로 접근 가능
  • 다만, 인스턴스의 레퍼런스를 통해 static 변수 / 메서드에 접근하는 것은 좋지 않다 (인텔리제이에서도 클래스를 통해 참조하라고 권고함)
• static 변수는 GC의 대상에서 제외 (애플리케이션 로딩 시점부터 종료 시점까지 생존)

인스턴스 변수 (non-static)

• static이 아닌 클래스 전체에서 접근 가능
• 인스턴스가 생성되어야만 접근 가능
  • 즉, 인스턴스.변수명으로만 접근 가능

블록 {} 내에서 선언된 변수

• 기본적으로 해당 변수가 선언된 블록 내에서만 사용 가능

변수의 초기화

• 클래스 변수 / 인스턴스 변수
  • 선언 후 초기화 하지 않아도 기본 값 (0, null 등) 이 들어가서 바로 사용할 수 있음 (권장되진 않지만 컴파일 오류는 발생 X)
• 지역 변수
  • 선언 후 초기화하지 않고 사용하면 컴파일 오류 발생

접근제어자

• public, protected : 상속받은 클래스에서도 사용 가능
• private : 자기 클래스에서만 사용 가능

타입 변환, 캐스팅 그리고 타입 프로모션

타입 프로모션 (묵시적 형 변환)

• 타입 프로모션은 자동으로(묵시적으로) 발생하는 형 변환을 말함
• 아래와 같은 상황에서 1, 2라는 int 값이 자동으로 double로 변환됨

    public double sum(double a, double b) {}

    public static void main(String[] args) {
        sum(1, 2);  // int -> double 묵시적 형 변환 발생
    }

`

• 타입 프로모션은 작은 크기의 타입에서 큰 크기의 타입으로만 가능
  • 큰 크기의 타입 -> 작은 크기의 타입은 명시적으로 캐스팅해주어야 함
    
    [출처 : geeksforgeeks]

타입 캐스팅 (명시적 형 변환)

Upcasting

• subclass -> superclass
  • subclass는 항상 superclass 전체를 포함하므로 안전한 캐스팅 가능

     public static class Parent {
          public void message() {
              System.out.println("Parent");
          }
      }

      public static class Child extends Parent{
          @Override
          public void message() {
              System.out.println("Child");
          }
          public String name = "childA";
      }

      public static void main (String[] args) {
          Child child = new Child();
          Parent parent = (Parent) child;
          parent.message(); // Child
  //        System.out.println(parent.name); // 컴파일 에러 발생 (안전)
      }

Downcasting

• superclass -> subclass
  • superclass는 subclass의 일부를 포함하지 않을 수 있으므로 오류 발생 가능

    public static class Parent {
          public void message() {
              System.out.println("Parent");
          }
      }

      public static class Child extends Parent{
          @Override
          public void message() {
              System.out.println("Child");
          }
          public String name = "childA";
      }

      public static void main (String[] args) {
          Child child = new Child();
          Parent parent = (Parent) child; // 런타임 에러 발생 (위험)
          // 아래 두 코드모두 컴파일 타임에는 오류 발생 X
          parent.message();
          System.out.println(parent.name);
      }

• 원시타입의 경우 Downcasting을 하게 되면 값의 손실이 발생할 수 있음

1차 및 2차 배열 선언하기

선언

    // 1차 배열
    int[] oneDimensionArrayOne = {1, 2, 3};

    int[] oneDimensionArrayTwo = new int[3];
    oneDimensionArrayTwo[0] = 1;
    ...

    // 2차 배열
    int [][] twoDimensionArrayOne = {{1, 2}, {3, 4}};
    int [][] twoDimensionArrayTwo = new int[2][2];
    twoDimensionArrayTwo[0][0] = 1;
    ...

• 배열에 대한 주소(참조)는 JVM Runtime Data Area의 Java Stack 내부에 생성되며, 실제 배열 값들은 Heap 영역에 저장됨
• 1차원 배열

• 2차원 배열

타입 추론, var

• 자바 10부터 지원하는 가능
• 명시적으로 변수의 타입을 적어주지 않아도 컴파일러가 알아서 변수의 타입을 입력한 리터럴을 통해 추론하는 것을 말함
  • var number = 10;과 같이 사용가능

제약 사항, 특징

• var은 반드시 선언과 동시에 초기화가 이루어져야 함
• var에는 null이 들어갈 수 없음
• var은 지역변수로만 사용 가능함
• var은 키워드가 아니므로 변수명으로 사용할 수 있음
• 파이썬 등과 다르게 자바의 var은 런타입에 타입이 변경될 순 없음

피드백

1. 각 프리미티브 타입의 범위가 왜 그렇게 정해지는지 원리 이해하기 (byte) + 부동소수점 이 갖는 문제점/특징 이해
2. unsigned는 자바 8부터 가능한데, 프리미티브 타입으로 직접 지원하진 않고 Integer.parseUnsignedInt(), Integer.toUnsignedString()으로 사용가능 (사용 권장 X)
3. 변수가 선언될 때 바이트코드 상에서는 두 줄로 나누어 이뤄지기 때문에 동시성 문제가 발생할 수 있다..

질문

1. BigInteger과 Long의 차이

• int와 long의 범위

int	long
-2,147,483,648 ~ 2,147,483,647	-9,223,372,036,854,775,808 ~ 9,223,372,036,854,775,807

• BigInteger
  • BigInteger은 숫자를 문자열로 취급하기 때문에 무한하게 숫자를 저장할 수 있음
  • valueOf()로 BigInteger 객체 생성 가능
  • 연산 시 add, subtract 등 메서드 사용해야 함
  • intValue(), longValue() 등으로 값을 빼낼 수 있음

레퍼런스

• https://www.notion.so/2-38b5d67c7f5a48238529bb8f1617ea0d
• https://catch-me-java.tistory.com/19
• http://www.tcpschool.com/java/java_datatype_floatingPointNumber
• https://inpa.tistory.com/entry/JAVA-%E2%98%95-%EC%8B%A4%EC%88%98-%ED%91%9C%ED%98%84%EB%B6%80%EB%8F%99-%EC%86%8C%EC%88%98%EC%A0%90-%EC%9B%90%EB%A6%AC-%ED%95%9C%EB%88%88%EC%97%90-%EC%9D%B4%ED%95%B4%ED%95%98%EA%B8%B0#%EB%B6%80%EB%8F%99_%EC%86%8C%EC%88%98%EC%A0%90_%EA%B3%84%EC%82%B0_%EB%B0%A9%EB%B2%95