[TIL] Java 참조 타입, 메모리 사용 영역, String, 배열

✍ Today I Learned

 

• 오늘의 고비는 메모리 사용 영역과 다차원 배열이었는데, 글이 이해가 안 가서 그림을 찾아보고, 그림에 궁금한 부분이 있어서 동영상을 찾아보고 하다 보니 어느 정도 틀은 잡힌 것 같다.
• 안다고 생각했지만 사실 그건 아는 게 아니었다. 그 생각 자체가 오만 아닐까? 깊게 파고들수록 어려운 것 같다. 근데 너무 재밌어..!

 

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05 참조타입

05-1 참조 타입과 참조 변수

기본 타입과 참조 타입

출처 : https://kingpodo.tistory.com/54

• 기본 타입(primitive type): 정수, 실수, 문자, 논리 리터럴을 저장하는 타입
• 참조 타입(reference type): 배열, 열거, 클래스, 인터페이스를 말하며, 객체(object)의 번지를 참조하는 타입
• 기본 타입 변수와 참조 타입 변수의 차이점은?
  • 기본 타입 변수는 실제 값을 변수 안에 저장한다.
  • 참조 타입 변수는 메모리의 번지를 변수 안에 저장한다. → 번지를 통해 객체를 참조(힙 영역)

 

메모리 사용 영역(Runtime Data Area)

출처 : 혼자 공부하는 자바

• 메소드 영역(Method Area)
  • JVM이 시작할 때 생성되고 모든 스레드가 공유하는 영역
  • 클래스(~.class)의 바이트 코드들이 저장된다.
  • 코드에서 사용되는 클래스(~.class)들을 클래스 로더로 읽어 클래스별로 정적 필드(static field)와 상수(constant), 메소드 코드, 생성자(constructor) 코드 등을 분류해서 저장한다.
• 힙 영역(Heap Area)
  • 객체와 배열이 생성되는 영역
  • 클래스로부터 생성된 객체들이 저장된다.
  • 여기에 생성된 객체와 배열은 JVM 스택 영역의 변수나 다른 객체의 필드에서 참조한다.
  • 만약 참조하는 변수가 없다면? JVM이 쓰레기 수집기(Garbage Collector)를 실행시켜 자동으로 제거한다. 따라서 객체를 제거하기 위한 별도 코드가 필요 없다. (어차피 제공도 안 한다.)
• JVM 스택(Stack)
  • 메소드를 호출할 때마다 프레임(Frame)을 추가(push)하고 메소드가 종료되면 해당 프레임을 제거(pop)하는 동작을 수행한다.
  • 버킷 모양으로 프레임이 쌓여서 저장된다.
  • 프레임 내부에 있는 로컬 변수 스택에 기본 타입 변수와 참조 타입 변수가 추가(push)되거나 제거(pop)된다. → 이 시점은 변수가 초기화될 때이고, 변수가 선언된 블록을 벗어나면 스택에서 제거된다.
  • 프레임 안에도 버킷 모양 → 메서드가 호출할 때 사용되는 변수들이 저장된다.
  • 메소드 실행 종료되면 프레임 자체가 제거된다.

 

참조 변수의 ==, != 연산

• 기본 타입 변수는 값을 비교하지만, 참조 타입 변수는 동일한 객체를 참조하는지 비교한다.
• 2022.03.13 - [Java] == vs equals

 

null과 NullPointerException

• 참조 타입 변수는 힙 영역의 객체를 참조하지 않는다는 뜻으로 null 값을 가질 수 있다. null로 초기화된 참조 변수는 스택 영역에 생성된다.

출처 : 혼자 공부하는 자바

refVar1 == null // false
refVar2 == null // true

• 예외(Exception)란? 자바 프로그램을 실행 도중에 발생하는 오류
• 참조 변수가 null값을 가지고 있는데, 있지도 않은 객체의 데이터(필드)나 메소드를 사용하는 경우 NullPointerException이 발생한다.

 

NullPointerException 예시

int[] intArray = null;
intArray[0] = 10; // NullPointerException 발생

• intArray는 참조 변수 이므로 null로 초기화가 가능하다.
• intArray 변수가 참조하는 배열 객체가 없기 때문에 intArray[0]에 10을 저장하려고 하면 NullPointerException이 발생하는 것이다.

String str = null;
System.out.println("총 문자수: " + str.length()); // NullPointerException 발생

• String은 클래스이므로 참조 타입이다. 따라서 null로 초기화가 가능하다.
• 마찬가지로 변수가 참조하는 String 객체가 없기 때문에 String 객체의 length() 메소드를 호출하면 NullPointerException이 발생한다.
• 해결방법은? 참조 변수를 추적해서 객체를 참조하도록 수정한다.

 

String 타입

• ‘문자열을 String 변수에 저장한다?’ → 사실 틀린 표현이다. 문자열이 직접 변수에 저장되는 것이 아니라, String 객체로 생성되고 변수는 String 객체를 참조하는 것이다.
• 문자열 리터럴이 동일하다면, 새로 메모리 공간을 할당하지 않고 동일한 String 객체를 참조하게 된다.
• new 연산자(객체 생성 연산자)로 String 객체를 생성했을 경우, 동일한 문자더라도 서로 다른 String 객체를 참조하게 된다.
• 참조하는 주소가 아닌 내부 문자열을 비교하고 싶을 때는 equals() 메소드를 사용한다.

boolean result = str1.equals(str2)

 

 

 

05-2 배열

배열이란?

• 배열은 같은 타입의 데이터를 연속된 공간에 나열하고, 각 데이터에 인덱스(index)를 부여해놓은 자료구조이다.
• 인덱스는 각 항목에 데이터를 읽거나 저장하는 데 사용되며 배열 이름 옆 대괄호[]에 기입된다. 인덱스는 0부터 시작한다.
• 배열의 특징
  • 같은 타입의 데이터만 저장할 수 있다.
  • 한 번 생성된 배열은 길이를 늘리거나 줄일 수 없다.

 

배열 선언과 생성

출처 : 혼자 공부하는 자바

// 배열 선언
int[] intArray;
String[] strArray;

// 배열 생성 -> 값 목록을 이용하거나 new 연산자 이용
String[] names = {"홍길동", "김자바", "오늘"};
strArray = new String[] {"홍길동", "김자바", "오늘"};
double[] doubleArray = new double[5]; // 길이가 5인 double 배열

 

값의 목록으로 배열을 생성할 때 주의할 점?

• 배열 변수를 이미 선언한 후에는 다른 실행문에서 중괄호를 사용한 배열 생성이 허용되지 않는다.
• 배열 변수를 미리 선언했다면 new 연산자를 사용해서 값 목록을 지정해주자.
• 메소드의 매개값이 배열일 경우도 마찬가지이다.

String[] names;
names = {"홍길동", "김자바", "오늘"}; // 컴파일 에러

int add(int[]scores) {...}

int result = add({95, 85, 90}); // 컴파일 에러
int reuslt = add(new int[] {95, 85, 90};

 

new 연산자로 배열을 생성할 경우 기본값

• new 연산자로 배열을 생성할 경우 배열은 자동적으로 기본값으로 초기화된다.
• int 배열이라면 0, String 배열이라면 null

배열의 타입	초깃값
char	'\u0000'
byte, short, int	0
long	0L
float	0.0F
double	0.0 또는 0.0D
boolean	false
배열, 인스턴스 등	null

 

배열 길이

int[] intArray = {10, 20, 30}
int num = intArray.length;

 

명령 라인 입력

• main() 메소드의 매개값인 String[] args는 왜 필요한가?
• 명령 프롬프트에서 java 명령어로 코드를 실행하면 JVM은 길이가 0인 String 배열을 먼저 생성하고 main() 메소드를 호출할 때 매개값으로 전달한다.
• 다음 예제를 통해 알아보자.

package chap05.sec02.exam05;

public class MainStringArrayArgument {
    public static void main(String[] args) {
        if (args.length != 2) {
            System.out.println("값의 수가 부족합니다.");
            System.exit(0); // 프로그램 강제 종료
        }

        // args의 데이터 얻기
        String strNum1 = args[0];
        String strNum2 = args[1];

        // 문자열을 정수로 변환
        int num1 = Integer.parseInt(strNum1);
        int num2 = Integer.parseInt(strNum2);

        int result = num1 + num2;
        System.out.println(num1 + " + " + num2 + " = " + result);
    }
}

• 그냥 실행하면 “값의 수가 부족합니다”를 출력하고 강제 종료한다.
• 인텔리제이에서 실행할 때 매개값을 주는 방법은 다음과 같다.

• Run → Edit Configurations 클릭

• Class 이름을 잘 확인하고, arguments 입력란에 10 20을 입력한 후 Apply
• 이제 다시 실행해보면 10 + 20 = 30이 출력된다.

 

다차원 배열

• 값들이 행과 열로서 구성된 배열을 2차원 배열이라고 한다. (수학의 행렬과 비슷)
• 자바는 2차원 배열을 중첩 배열 방식으로 구현한다.
• 아래 코드는 메모리에 다음과 같이 3개의 배열 객체를 생성한다.

출처 : 혼자 공부하는 자바

int[][] scores = new int[2][3];

// 값 목록으로도 나열할 수 있음
int[][] mathScores = {{95, 80}, {92, 96}};

출처 : 혼자 공부하는 자바

 

다차원 배열의 계단식 구조

출처 : 혼자 공부하는 자바

• 자바는 1차원 배열이 서로 연결된 구조로 다차원 배열을 구현하기 때문에 수학 행렬 구조가 아닌 계단식 구조를 가질 수 있다.
• 이런 형태의 배열에서 주의할 점?
  • 배열의 정확한 길이를 알고 인덱스를 사용해야 한다.

 

객체를 참조하는 배열

• 기본 타입 배열은 각 항목에 직접 값을 갖고 있지만, 참조 타입(클래스, 인터페이스)은 각 항목에 객체의 번지를 가지고 있다.
• 따라서 String[] 배열의 항목도 결국 Stirng 변수와 동일하게 취급되어야 한다.

String[] strArray = new String[3];
strArray[0] = "Java";
strArray[1] = "Java";
strArray[2] = new String("Java");

System.out.println(strArray[0] == strArray[1]); // true(같은 객체를 참조)
System.out.println(strArray[0] == strArray[2]); // false(다른 객체를 참조)
System.out.println(strArray[0].equals(strArray[2])); // true(문자열이 같음)

 

배열 복사

• 배열은 크기를 변경할 수 없기 때문에 더 많은 저장공간이 필요하다면 더 큰 배열을 새로 만들고 이전 값들을 복사해야 한다.
  • for문을 사용하여 복사
  • Systme.arraycopy() 메소드를 사용하여 복사

System.arraycopy(Object src, int srcPos, Object dest, int destPos, int length);
// 순서대로 원본 배열,
// 원본 배열에서 복사할 항목의 시작 인덱스,
// 새 배열,
// 새 배열에서 붙여넣을 시작 인덱스,
// 복사 할 개수

 

향상된 for문 == forEach문

• 루프 카운터변수와 증감식을 사용하지 않고 배열 및 컬렉션 항목의 개수만큼 반복한다.

for(타입 변수:배열) {
... 실행문;
}

 

 

 

※ 이 내용은 책 [혼자 공부하는 자바]를 보고 정리한 내용입니다.