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, 그리고 이전에 본 Student student1과 같이 객체가 저장된 메모리의 위치를 가리키는 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): Student student1, int[] students와 같이 데이터에 접근하기 위한 참조(주소)를 저장하는 데이터 타입을 참조형이라 한다. 참조형은 객체 또는 배열에 사용된다.

쉽게 이야기해서 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.

 

예시 코드로 이해

// 기본형은 연산이 가능
int a = 10, b = 20;
int sum = a + b;

// 참조형은 연산이 불가능
Student s1 = new Student();
Student s2 = new Student();
s1 + s2 // 오류 발생

• 참조형은 변수에 객체의 위치인 참조값이 들어있다. 참조값은 계산에 사용할 수 없다. 따라서 오류가 발생

 

Student s1 = new Student();
s1.grade = 100;
Student s2 = new Student();
s2.grade = 90;
int sum = s1.grade + s2.grade; //연산 가능

• 물론 다음과 같이 .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 자바가 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

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

 

기본형 vs 참조형 2 - 변수 대입

(또) 대원칙: 자바는 항상 변수의 값을 복사해서 대입한다.

자바에서 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.

 

// 기본형 대입
int a = 10;
int b = a;

// 참조형 대입
Student s1 = new Student();
Student s2 = s1;

• 기본형은 변수에 값을 대입하더라도 실제 사용하는 값이 변수에 바로 들어있기 때문에 해당 값만 복사해서 대입한다고 생각하면 쉽게 이해할 수 있다.
• 그런데 참조형의 경우 실제 사용하는 객체가 아니라 객체의 위치를 가리키는 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.

 

[기본형] 예시 코드로 이해

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);
    }
}

// 실행 결과
a = 10
b = 10
변경 a = 20
a = 20
b = 10
변경 b = 30
a = 20
b = 30

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

 

[참조형] 예시 코드로 이해

public class Data {
    int value;
}

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);
        System.out.println("dataB 참조값=" + dataB);
        System.out.println("dataA.value = " + dataA.value);
        System.out.println("dataB.value = " + dataB.value);

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

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

// 실행 결과
dataA 참조값=ref.Data@2f4d3709
dataB 참조값=ref.Data@2f4d3709
dataA.value = 10
dataB.value = 10
변경 dataA.value = 20
dataA.value = 20
dataB.value = 20
변경 dataB.value = 30
dataA.value = 30
dataB.value = 30

• 여기서 핵심은 `Data dataB = dataA`라고 했을 때 변수에 들어있는 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

(또또) 대원칙 : 자바는 항상 변수의 값을 복사해서 대입한다.

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

 

[기본형] 예시 코드로 이해

public class MethodChange1 {

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

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

// 실행 결과
메서드 호출 전: a = 10
메서드 호출 전: a = 10

• 메서드를 호출해서 10을 복사해서 전달 ➜ 메서드 안에서 x는 20으로 새로운 값을 대입 ➜ 결과적으로 x의 값만 20으로 변경되고, a 값은 10으로 유지된다.

 

[참조형] 예시 코드로 이해

public class MethodChange2 {

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

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

// 실행 결과
메서드 호출 전: dataA.value = 10
메서드 호출 전: dataA.value = 20

• 메서드를 호출해서 참조값(x001)을 전달 ➜ 메서드 안에서 참조값을 통해 `x001.value = 20`으로 변경 ➜ 결과적으로 value를 확인해 보면 20으로 변경된다.

 

[정리] 기본형과 참조형의 메서드 호출

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

 

"참조형과 메서드 호출 - 활용" 챕터는 코드 리팩토링 부분과 메서드에서 참조값을 받을 수도 있고 리턴할 수도 있는 것을 다루고 있어 넘어가도록 하겠숩니다.

 

변수와 초기화

변수의 종류

• 멤버 변수(필드): 클래스에 선언
• 지역 변수: 메서드에 선언, 매개변수도 지역 변수의 한 종류이다.

 

멤버 변수, 필드 예시코드로 이해

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

// name, age, grade는 멤버 변수이다.

 

지역 변수 예시코드로 이해

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

// student1, student2는 지역 변수이다.

 

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.

 

Null

참조형 변수에는 항상 객체가 있는 위치를 가리키는 참조값이 들어간다. 그런데 아직 가리키는 대상이 없거나, 가리키는 대상을 나중에 입력하고 싶다면 어떻게 해야 할까?

참조형 변수에서 아직 가리키는 대상이 없다면 null이라는 특별한 값을 넣어둘 수 있다. null은 값이 존재하지 않는, 없다는 뜻이다.

 

null 값 할당 예시 코드로 이해

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);
    }
}

// 실행 결과
1. data = null
2. data = ref.Data@1d81eb93
3. data = null

 

그림으로 이해

 

GC - 아무도 참조하지 않는 인스턴스의 최후

data에 null을 할당했다. 따라서 앞서 생성한 x001 Data 인스턴스를 더는 아무도 참조하지 않는다. 이렇게 아무도 참조하지 않게 되면 x001이라는 참조값을 다시 구할 방법이 없다. 따라서 해당 인스턴스에 다시 접근할 방법이 없다.

이렇게 아무도 참조하지 않는 인스턴스는 사용되지 않고 메모리 용량만 차지할 뿐이다.

C와 같은 과거 프로그래밍 언어는 개발자가 직접 명령어를 사용해서 인스턴스를 메모리에서 제거해야 했다. 만약 실수로 인스턴스 삭제를 누락하면 메모리에 사용하지 않는 객체가 가득해져서 메모리 부족 오류가 발생하게 된다.

자바는 이런 과정을 자동으로 처리해 준다. 아무도 참조하지 않는 인스턴스가 있으면 JVM의 GC(가비지 컬렉션)가 더 이상 사용하지 않는 인스턴스라 판단하고 해당 인스턴스를 자동으로 메모리에서 제거해 준다.

객체는 해당 객체를 참조하는 곳이 있으면, JVM이 종료할 때 계속 생존한다. 그런데 중간에 해당 객체를 참조하는 곳이 모두 사라지면 그때 JVM은 필요 없는 객체로 판단되고 GC(가비지 컬렉션)를 사용해서 제거한다.

 

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 주소(참조값)가 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.

 

정리

 

 

 

인프런에서 진행한 김영한 님의 강의(김영한의 실전 자바 - 기본편)를 토대로 정리한 포스팅입니다.

자세한 내용은 링크를 참고하시기 바랍니다. 문제시 바로 삭제하겠습니다.