06.클래스와 객체 (2)

Last updated - 2023년 03월 10일 Edit Source

📚 Do it! 자바

해당 게시글은 Do it! 자바 프로그래밍 입문 교재를 정리한 내용입니다.

# Chapter 06 - 클래스와 객체 (2)

# this 예약어

# 자신의 메모리를 가리키는 this

this : 생성된 인스턴스 자기 자신을 가리키는 예약어

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package chapter06;
  
class BirthDay {
	int year;
	int month;
	int day;

public void setYear(int year) {
	this.year = year;
}
  
public void printThis() {
	System.out.println(this);
}
}
  
public class ThisExample {
	public static void main(String[] args) {
	BirthDay bDay = new BirthDay();
		bDay.setYear(2022);
		System.out.println(bDay);
		bDay.printThis();
	}
}

// chapter06.BirthDay@1b6d3586
// chapter06.BirthDay@1b6d3586

참조 변수 (bDay)를 출력한 결과 클래스 이름@메모리 주소
printThis() 메서드를 실행하여 this 출력한 결과 클래스 이름@메모리 주소
힙 메모리에 생성된 인스턴스를 가리키는 것을 확인 가능

보통, 하나의 자바 파일에 하나의 클래스가 있는 것이 대부분이지만, 하나의 파일에 여러 클래스가 존재할 수 있다. 하지만 그때 public 클래스는 “1개” 뿐이라는 것을 명심! 간단한 클래스를 활용하는 경우 하나의 파일에 여러 클래스가 있을 수 있다.

# 생성자에서 다른 생성자를 호출하는 this

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package chapter06;
  
class Person {
	String name;
	int age;
  
	Person() {
		this("이름 없음", 1);
	}
  
	Person(String name, int age) {
		this.name = name;
		this.age = age;
	}
}
  
public class CallAnohterConst {
	public static void main(String[] args) {
		Person noName = new Person();
		System.out.println(noName.name);
		System.out.println(noName.age);
	}
}

// 이름 없음
// 1

현재, Person() 디폴트 생성자, Person(String, int) 생성자 2개 존재
클래스 생성 시 Person() 디폴트 생성자 이용 : 디폴트 생성자가 호출되는 경우에는 초깃값으로 “이름 없음"과 1을 대입하려고 this로 다른 생성자 호출한 것
Person(String, int) 생성자는 매개변수 넣고 똑같이 사용하면 됨

주의 !! this로 다른 생성자 호출 시 this 코드 이전에 다른 코드 넣으면 오류 발생. 디폴트 생성자에서 생성이 완료되는 것이 아니라, this를 사용해 다른 생성자를 호출하기 때문에 this를 활용한 문장이 가장 먼저 와야함.

# 자신의 주소를 반환하는 this

인스턴스 주소 값을 반환할 때 this를 사용하고 반환형은 클래스 자료형을 사용하면 된다.

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package chapter06;

class Person {
	Person returnItSelf() {
		return this;
	}
}
  
public class CallAnohterConst {
	public static void main(String[] args) {
		Person noName = new Person();
		Person p = noName.returnItSelf();
		System.out.println(p);
		System.out.println(noName);
	}
}
  
// chapter06.Person@1b6d3586
// chapter06.Person@1b6d3586

# 객체 간 협력

결국, 객체지향 프로그래밍은 객체를 정의하고 객체 간 협력을 기반으로 만든다.

학생 class (이름, 학년, 가진 돈)
버스 class (버스 번호, 승객 수, 수입)
지하철 class (노선 번호, 승객 수, 수입)
학생 -> 버스 : 버스를 탄다.
학생 -> 지하철 : 지하철을 탄다.

즉, 객체가 필요한 멤버 변수를 선언하고, 생성자를 정의하고 객체 사이의 협력 기능을 구현한다. “학생이 지하철을 탄다"는 학생 객체의 입장에서 사용한 문장이다. 지하철 객체의 입장에서 생각해보면, 지하철에 학생이 탄다이다.

두 객체에서 서로 다른 일이 발생하는 것이므로 이를 각각의 클래스에 메서드로 구현한다. 각 객체의 입장을 잘 생각해서 코드를 짜자. 코드는 Student 클래스, Bus 클래스, Subway 클래스, Taxi 클래스, 테스트 클래스인 TakeTrans 클래스를 참조한다.

# static 변수

# 변수를 여러 클래스에서 공통으로 사용하려면?

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public class Student {
	public int studentID;
	public String studentName;
	public int grade;
	public String address;
}

위와 같은 학생 클래스가 예시로 있다. 만약 학생이 입학할 때 (=클래스가 생성되면) 학번이 자동으로 부여되도록 만들고 싶다. 생성된 인스턴스는 학번을 순서대로 가져야 한다.

이러한 경우, 각 인스턴스마다 따로 생성되는 변수가 아닌, 클래스 전반에서 공통으로 사용할 수 있는 기준 변수가 있어야 한다.

클래스에서 공통으로 사용하는 변수를 static 변수로 선언한다.

# static 변수의 정의와 사용 방법

static 변수는 정적 변수이다. 클래스 내부에 선언하고 자료형 앞에 static 예약어 사용

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static int serialNum;

static 변수 (= 정적 변수)는 클래스 내부에 선언하지만, 다른 멤버 변수처럼 인스턴스가 생성될 때마다 새로 생성되는 변수가 아니다. static 변수는 프로그램이 실행되어 메모리에 올라갔을 때 딱 한 번 메모리 공간이 할당된다. 이 값은 모든 인스턴스가 공유한다.

static으로 선언한 변수는 인스턴스 생성과 상관없이 먼저 생성되고 그 값을 모든 인스턴스가 공유하게 된다. 이러한 이유로 클래스스에 기반한 변수라고 하며 클래스 변수라고도 한다.

static 변수 = 정적 변수 = 클래스 변수
딱 한 번 메모리 공간 메서드 영역에 할당
모든 인스턴스가 이 값을 공유

메모리 영역 정리

JVM은 메모리를 할당받고 용도에 따라 여러 영역으로 나누어 관리
대표적으로 3가지 (메서드 영역, 호출 스택, 힙)
메서드 영역 : 클래스파일(.class) 읽어서 분석하고 클래스에 대한 정보, 클래스 데이터, 클래스 변수 등
호출 스택 : 메서드의 작업에 필요한 메모리 공간 제공, 지역 변수, 매개변수 등
힙 : 인스턴스가 생성되는 공간, 인스턴스 변수

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package chapter06;
  
public class StudentStatic {
	public static int serialNum = 1000;
	public int studentID;
	public String studentName;
	public int grade;
	public String address;

	public StudentStatic() {
		serialNum++;
		studentID = serialNum;
	}
  
	public String getStudentName() {
		return studentName;
	}
  
	public void setStudentName(String studentName) {
		this.studentName = studentName;
	}
}

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package chapter06;
  
public class StudentStaticTest {
	public static void main(String[] args) {
		StudentStatic studentLee = new StudentStatic();
		studentLee.setStudentName("이지원");
		System.out.println(studentLee.serialNum);
		System.out.println(studentLee.studentName + " 학번 : " + studentLee.studentID);
		  
		StudentStatic studentSon = new StudentStatic();
		studentSon.setStudentName("손수경");
		System.out.println(studentSon.serialNum);
		System.out.println(studentSon.studentName + " 학번 : " + studentSon.studentID);
	}
}
  
// 1001
// 이지원 학번 : 1001
// 1002
// 손수경 학번 : 1002

# 클래스 변수

static 변수 = 정적 변수 = 클래스 변수는 인스턴스를 생성할 때마다 만들어지는 것이 아니다. 인스턴스 생성과는 별개이고 인스턴스보다 먼저 생성되어 메서드 영역에 저장된다. 그래서 위에 코드를 인스턴스말고 클래스 이름으로 직접 참조하도록 하여 serialNum을 가져올 수 있다.

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package chapter06;
  
public class StudentStaticTest {
	public static void main(String[] args) {
		StudentStatic studentLee = new StudentStatic();
		studentLee.setStudentName("이지원");
		// 인스턴스 생성 안하고 그냥 가져올 수 있음
		System.out.println(StudentStatic.serialNum);
		System.out.println(studentLee.studentName + " 학번 : " + studentLee.studentID);
		
		StudentStatic studentSon = new StudentStatic();
		studentSon.setStudentName("손수경");
		// 인스턴스 생성 안하고 그냥 가져올 수 있음
		System.out.println(StudentStatic.serialNum);
		System.out.println(studentSon.studentName + " 학번 : " + studentSon.studentID);
	}
}

# 클래스 메서드

static 변수를 위한 메서드도 있다. 이것을 static 메서드 혹은 클래스 메서드라고 한다.

외부 클래스에서 serialNum 직접 참조 못하게 private으로 선언
private으로 바꿨으니 StudentStaticTest 클래스에서 접근 못하니까 직접 참조 불가
serialNum에 대한 get(), set() 생성
get()으로 참조하기

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package chapter06;

public class StudentStaticMethod {
	private static int serialNum = 1000;
	int studentID;
	String studentName;
	int grade;
	String address;
	  
	public StudentStaticMethod() {
		serialNum++;
		studentID = serialNum;
	}
	  
	public String getStudentName() {
		return studentName;
	}
	  
	public void setStudentName(String studentName) {
		this.studentName = studentName;
	}
	  
	public static int getSerialNum() {
		return serialNum;
	}
	
	public static void setSerialNum(int serialNum) {
		StudentStaticMethod.serialNum = serialNum;
	}
}

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package chapter06;
  
public class StudentStaticMethodTest {
	public static void main(String[] args) {
		StudentStaticMethod studentLee = new StudentStaticMethod();
		studentLee.setStudentName("이지원");
		System.out.println(StudentStaticMethod.getSerialNum());
		System.out.println(studentLee.studentName + " 학번 : " + studentLee.studentID);
		  
		StudentStaticMethod studentSon = new StudentStaticMethod();
		studentSon.setStudentName("손수경");
		System.out.println(StudentStaticMethod.getSerialNum());
		System.out.println(studentSon.studentName + " 학번 : " + studentSon.studentID);
	}
}

static 메서드 또한 static 변수처럼 인스턴스 참조 변수가 아닌 클래스 이름으로 직접 호출할 수 있음. 다음으로, getSerialNum() 메서드를 더 살펴보겠다.

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public static int getSerialNum() {
	int i = 10;
	studentName = "이지원";
	return serialNum;
}

int i = 10은 메서드 내부에서 선언한 지역 변수이다. getSerialNum() 메서드 내부에서만 사용 가능하다.
return serialNum;은 serialNum이 static 변수라서 static 메서드에서 사용 가능하다.
그러나, studentName은 인스턴스 변수라서 인스턴스가 생성될 때 만들어지는 변수라서 아직 인스턴스를 생성하고 이런 상태가 아니라서 사용할 수 없다. 오류발생

클래스 메서드, 클래스 변수는 인스턴스가 생성되지 않아도 클래스를 직접 참조하여 사용 가능하다.

정리하자면, 클래스 메서드 내부에서 지역 변수와 클래스 변수는 사용할 수 있지만, 인스턴스 변수는 사용할 수 없다. 반대로, 일반 메서드에서 클래스 변수를 사용하는 것은 문제 없다.

일반 메서드 : 인스턴스 생성될 때 호출되는 메서드, 클래스 변수는 이미 만들어져있어서 호출 가능
클래스 메서드 : 이미 만들어져있는 클래스 변수는 사용 가능, 하지만 인스턴스 변수는 아직 생성 안되었으니까 사용 불가능 !

# 변수 유효 범위

변수는 어디에 어떻게 선언되느냐에 따라 유효범위(scope) 가 달라진다.

# 지역 변수 유효범위

지역 변수(로컬 변수, local variable)는 함수나 메서드 내부에 선언, 함수 밖에서 사용 못함
지역 변수가 생성되는 메모리는 스택(stack)
함수가 호출될 때 스택에 생성되었다가 함수가 반환되면 할당되었던 메모리 공간 해제하면서 없어짐

# 멤버 변수 유효범위

멤버 변수(인스턴스 변수)는 클래스의 어느 메서드에서나 사용 가능
멤버 변수가 생성되는 메모리는 힙(heap)
힙에 생성된 인스턴스가 가비지 컬렉터(garbage collector)에 의해 수거되면 메모리에서 사라진다. 따라서 클래스 내부의 여러 메서드에서 사용할 변수는 멤버 변수로 선언하는 것이 좋음

# 정적 변수 유효범위

정적 변수(static 변수, 클래스 변수)는 private이 아니라면 클래스 외부에서도 객체 생성(인스턴스 생성)과 무관하게 사용 가능
정적 변수가 생성되는 메모리는 메서드 영역
메서드 영역 (책에서는 데이터 영역이라고 표현)에는 상수, 문자열, static 변수가 생성된다. 따라서 클래스 생성과 상관 없이 처음부터 메모리에 올라가는 것
프로그램 실행이 끝난 뒤 메모리에서 내려가면 그때 static 변수가 소멸된다. 즉, 프로그램의 시작부터 끝까지 메모리에 상주하므로, 너무 큰 변수를 static으로 선언하는 것은 좋지 않다.

# 변수 유형에 따른 용도

클래스의 여러 메서드에서 사용할 변수

이러한 상황에 지역 변수로 선언하면, 다른 메서드에서 사용할 일이 있을 때 지역 변수를 메서드의 매개변수로 전달해야해서 매우 번거로움

모든 변수를 멤버 변수나 static 변수로 선언하면 메모리가 낭비되고 코드의 가독성 떨어짐. 따라서, 정답은 없으니까 상황에 맞게 효율적으로 프로그래밍 해야함.

함수에서 기능 구현을 위해 잠시 사용 -> 지역 변수
클래스의 속성을 나타내고 각 인스턴스 마다 다른 값 가짐 -> 멤버 변수
여러 인스턴스에서 공유해서 사용하도록 한 번만 생성 -> 정적 변수

# static 응용 - 싱글톤 패턴

# 디자인 패턴이란?

객체지향 프로그램을 구현할 때 더 유연하고 재활용성이 높은 프로그램을 만들 수 있도록 정리한 내용
프로그램 특성에 따른 설계 유형을 이론화 한 것
자바에만 한정 짓는 것이 아닌 다른 객체 지향 언어에도 적용 가능

# 싱글톤 패턴이란?

프로그램 구현 시, 여러 개의 인스턴스가 필요한 경우, 단 하나의 인스턴스만 필요한 경우가 있는데, 인스턴스를 단 하나만 생성하는 디자인 패턴을 싱클톤 패턴(singleton pattern) 이라고 함.

여기서 살펴볼 싱글톤 패턴은 static을 응용하여 프로그램 전반에서 사용하는 인스턴스를 하나만 구현하는 방식

예시

어떤 회사의 직원들을 객체 지향 프로그램으로 구현
회사는 하나, 직원은 여러명
회사 객체는 단 하나만 생성
직원 인스턴스는 여러 개 생성

# 싱글톤 패턴으로 회사 클래스 구현

생성자를 private으로 만들기
- 컴파일러가 만들어주는 디폴트 생성자는 항상 public
- 생성자가 public이면 외부 클래스에서 인스턴스 여러 개 생성 가능
- 싱글톤 패턴에서는 생성자를 반드시 명시적으로 만들고 접근 제어자 private으로

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package chapter06.singleton;
  
public class Company {
	private Company() {}
}

클래스 내부에 static으로 유일한 인스턴스 생성
- 1단계에서 private으로 바꿔서 외부 인스턴스를 생성 못하게 바꿨음
- 하지만, 프로그램에서 사용할 인스턴스 단 하나는 필요
- 싱글톤 패턴으로 만든 클래스 내부에서 하나의 인스턴스 생성
- 이 인스턴스가 프로그램 전체에서 사용할 유일한 인스턴스

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package chapter06.singleton;
  
public class Company {
	private static Company instance = new Company();
	private Company() {}
}

외부에서 참조할 수 있는 public 메서드 생성
- private으로 선언한 유일한 인스턴스를 외부에서 사용할 수 있도록 설정
- 위 작업을 위해 public 메서드 생성하고 유일하게 생성한 인스턴스 반환
- 인스턴스를 반환하는 메서드는 반드시 static으로 선언
- static 선언 이유 : 인스턴스 생성과 상관없이 호출해야해서

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package chapter06.singleton;
  
public class Company {
	private static Company instance = new Company();
	private Company() {}
	  
	public static Company getInstance() {
		if (instance == null) {
			instance = new Company();
		}
		
		return instance;
	}
}

이는 마치 private 변수 선언했을 때, 외부에서 사용하려고 public get() 메서드 구현한 것과 동일한 모습이다.

실제로 사용하는 코드 생성
- 외부 클래스에서 Company 생성 불가능한 상태
- 따라서, static으로 제공되는 getInstance() 메서드를 호출
- Company.getInstance();로 호출하면 반환값으로 유일한 인스턴스 받음
- 아래 코드는 같은 주소인지 확인하여 유일한 인스턴스가 맞는지 증명하는 코드

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package chapter06.singleton;
  
public class CompanyTest {
	public static void main(String[] args) {
		Company myComapny1 = Company.getInstance();
		Company myCompany2 = Company.getInstance();
		System.out.println(myComapny1 == myCompany2);
	}
}
  
// true

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