2. 기본형과 참조형

기본형 vs 참조형1 - 기본

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.
• 하나의 값을 여러 변수에서 절대로 공유하지 않는다.

참조형(Reference Type)

• Student student1, int[] students와 같이 데이터에 접근하기 위한 참조(주소)를 저장하는 데이터 타입을 참조형이라 한다. 참조형은 객체 또는 배열에 사용된다.
• 하나의 객체를 참조값을 통해 여러 변수에서 공유할 수 있다.

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.

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 통해서 메모리 상에 생성된 객체를 찾아가야 사용할 수 있다.
• 배열은 []를 통해서 메모리 상에 생성된 배열을 찾아가야 사용할 수 있다.

기본형 vs 참조형 - 계산

• 기본형은 들어있는 값을 그대로 계산에 사용할 수 있다.
  • 예) 더하고 빼고, 사용하고 등등, (숫자 같은 것들은 바로 계산할 수 있음)
• 참조형은 들어있는 참조값을 그대로 사용할 수 없다. 주소지만 가지고는 할 수 있는 게 없다. 주소지에 가야 실체가 있다!
  • 예) 더하고 빼고 사용하고 못함! 참조값만 가지고는 계산 할 수 있는 것이 없음!

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 String 은 특별하다. String은 사실은 클래스다. 따라서 참조형이다.

그런데 기본형처럼 문자 값을 바로 대입할 수 있다. 문자는 매우 자주 다루기 때문에 자바에서 특별하게 편의 기능을 제공한다.

실제 문자를 만들면 그 문자는 메모리 어딘가에 만들어지고 그 문자가 있는 메모리의 위치를 가리키는 참조값이 Strng에 들어가 있다.

기본형 vs 참조형2 - 변수 대입

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 참조형 둘다 값을 복사하는데 참조형은 참조값을 복사해서 같은 인스턴스를 바라볼 수 있다.

기본형 대입

int a = 10;
int b = a;

• 변수 a자체가 b에 들어가는게 아니라 a에 들어 있는 값을 복사해서 b에 넣는다.

참조형 대입

Student s1 = new Student();
Student s2 = s1;

• new Student()을 하면 객체가 생성돼서 메모리에 인스턴스 영역이 할당된다
• 해당 영역을 가리키는 주소값이 반환되서 s1에 들어간다.
• Student s2 = s1;을 하면 s1의 주소값을 복사해서 s2에 넣는다. 또 다른 객체가 생성돼서 s2에 넣는 게 아니다.

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.

참조형과 변수 대입

코드 예시

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);
	}
}

실행결과

dataA 참조값=ref.Data@x001
dataB 참조값=ref.Data@x001
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

 

그림을 통해 자세히 알아보자.

Data dataA = new Data()
dataA.value = 10

• Data객체를 생성하고, 참조값을 dataA에 저장한다. 그리고 객체의 value 변수에 값 10을 저장했다.

Data dataB = dataA

 

dataA의 참조 값이 복사가 되서 dataB에 들어간다. 이렇게 되면 dataB도 x001 주소를 참조할 수가 있다.

따라서 x001을 참조하는 변수가 2개가 됐다.

 

여기서 핵심은 Data dataB = dataA라고 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 참조형3 - 메서드 호출

이번에는 기본형과 참조형이 메서드 호출에 따라서 어떻게 달라지는지 알아보자.

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.

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.

참조형과 메서드 호출

코드예시

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);
	  changeReference(dataA);
	  System.out.println("메서드 호출 후: dataA.value = " + dataA.value);
	}
	
	static void changeReference(Data dataX) {
		dataX.value = 20;
	}
}

 

1. 메서드 호출

changeReference(dataA); 코드는 다음과 같이 해석할 수 있다.

Data dataX = dataA

변수 dataA 는 참조값 x001을 가지고 있으므로 참조값을 복사해서 dataX에 전달했다.

변수 dataA, dataX 둘다 같은 참조값인 x001을 가지게 된다. 이제 dataX를 통해서도 x001에 있는 Data 인스턴스에 접근할 수 있다.

2. 메서드 안에서 값을 변경

메서드 안에서 dataX.value = 20 으로 새로운 값을 대입한다.

매개변수인 dataX 에는 인자로 전달 받은 x001 참조값이 있다. 따라서 이 참조값을 통해 x001 인스턴스에 접근하고 그 안에 있는 value의 값을 20으로 변경했다.

dataA, dataX 모두 같은 x001 인스턴스를 참조하기 때문에 dataA.value 와 dataX.value는 둘 다 20이라는 값을 가진다.

3. 메서드 종료

메서드 종료후 dataA.value의 값을 확인해 보면 다음과 같이 20으로 변경된 것을 확인할 수 있다.

메서드 호출 전: dataA.value = 10
메서드 호출 후: dataA.value = 20

기본형과 참조형의 메서드 호출

자바에서 메서드의 매개변수(파라미터)는 항상 값에 의해 전달된다. 그러나 이 값이 실제 값이냐, 참조(메모리 주소)값 이냐에 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.

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;
}

name, age, grade는 멤버 변수이다.

 

지역 변수 예시

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

student1, student2는 지역 변수이다.

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 후: a = " + a);
	 }
	 
	 public static void changePrimitive(int x) {
			 x = 20; 
	 }
}

a, x(매개변수)는 지역 변수이다.

지역 변수는 이름 그대로 특정 지역에서만 사용되는 변수라는 뜻이다. 예를 들어서 변수 x는 changePrimitive() 메서드의 블록에서만 사용된다. changePrimitive() 메서드가 끝나면 제거된다. a변수도 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(null값은 참조할 대상이 없다는 뜻으로 사용된다.)
• 개발자가 초기값을 직접 지정할 수 있다.

지역 변수: 수동 초기화

• 지역 변수는 항상 직접 초기화해야 한다.

실제 멤버 변수와 지역 변수 초기화를 테스트 해보기 위해 아래와 같이 코드를 작성하면 이미지에서 보이는 것과 같이 지변 변수 a가 초기화되지 않아 오류가 발생한다. 실제 코드를 실행하면 java: variable a might not have been initialized 오류가 발생한다.

 

멤버 변수의 초기화 예시

public class InitData {
	int value1; //초기화 하지 않음
	int value2 = 10; //10으로 초기화
}

• value1은 초기값을 지정하지 않았고, value2는 초기값을 10으로 지정했다.
• value1은 초기값을 지정하지 않았지만 멤버 변수는 자동으로 초기화된다. 숫자는 0으로 초기화된다.
• value2는 10으로 초기값을 지정해 두었기 때문에 객체를 생성할 때 10으로 초기화된다

null

택배를 보낼 때 제품은 준비가 되었지만, 보낼 주소지가 아직 결정되지 않아서, 주소지가 결정될 때까지는 주소지를 비워두어야 할 수 있다.

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

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);        
	}
}

1. Data data = null

Data 타입을 받을 수 있는 참조형 변수 data를 만들었다.

그리고 여기에 null 값을 할당했다.

따라서 data 변수에는 아직 가리키는 객체가 없다는 뜻이다.

 

2. data = new Data()

이후에 새로운 Data 객체를 생성해서 그 참조값을 data 변수에 할당했다.

이제 data 변수가 참조할 객체가 존재한다.

 

3. data = null

마지막에는 data에 다시 null 값을 할당했다.

이렇게 하면 data 변수는 앞서 만든 Data 인스턴스를 더는 참조하지 않는다.

null의 의미는 참조하지 않는다 이다.

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 때까지 계속 생존한다. 그런데 중간에 해당 객체를 참조하는 곳이 모두 사라지면 그때 JVM은 필요 없는 객체로 판단다고 GC(가비지 컬렉션)를 사용해서 제거한다.

NullPointerException

택배를 보낼 때 주소지 없이 택배를 발송하면 어떤 문제가 발생할까? 만약 참조값 없이 객체를 찾아가면 어떤 문제가 발생할까?

이 경우 NullPointerException이라는 예외가 발생하는데, 개발자를 가장 많이 괴롭히는 예외이다. NullPointerException 은 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. NullPointerException 은 이처럼 null에 .(dot)을 찍었을 때 발생한다.

정리

NullPointerException이 발생하면 null 값에 .(dot)을 찍었다고 생각하면 문제를 쉽게 찾을 수 있다.

참고

김영한의 실전 자바 기본 편 강의를 보고 정리한 내용입니다.

https://www.inflearn.com/course/%EA%B9%80%EC%98%81%ED%95%9C%EC%9D%98-%EC%8B%A4%EC%A0%84-%EC%9E%90%EB%B0%94-%EA%B8%B0%EB%B3%B8%ED%8E%B8/dashboard