클래스는 객체의 설계도이다. 클래스 멤버(필드, 메소드)는 당연히 객체에도 포함되어 있어야 한다. 하지만 이것이 과연 효율적인지를 따져봐야 한다.
클래스로부터 객체(인스턴스)는 하나가 아니라 여러 개가 만들어질 수 있다. 이 경우 클래스 멤버들은 객체마다 모두 가지고 있을 필요가 있는지부터 따져봐야 한다.
객체마다 필드값이 달라져야 한다면 해당 필드는 객체마다 가지고 있는 것이 맞다. 하지만 객체의 필드값이 모두 같아야 한다면 이 필드를 객체마다 가지고 있을 필요는 없다. 만약 객체가 갖고 있다면 메모리 낭비가 되며, 모든 객체의 필드값을 같게 맞추는 추가적인 작업이 필요할 수 있다. 오히려 이런 필드는 한 곳에 위치시키고 객체들이 공유하는 것이 좋을 수도 있다.
자바는 이런 경우를 위해 클래스 멤버를 인스턴스 멤버와 정적 멤버로 구분하여 선언할 수 있도록 하고 있다.
인스턴스 멤버는 객체마다 갖고 있는 멤버를 말하고, 정적 멤버는 클래스에 위치시키고 객체들이 공유하는 멤버를 말한다.
인스턴스 멤버와 this
인스턴스 멤버란 객체(인스턴스)를 생성한 후 사용할 수 있는 필드와 메소드를 말하는데, 이들을 각각 인스턴스 필드, 인스턴스 메소드 라고 부른다. 인스턴스 필드와 메소드는 객체에 소속된 멤버이기 때문에 객체 없이는 사용할 수 없다.
인스턴스 멤버 선언
인스턴스 필드와 메소드를 선언하는 방법은 아래와 같다.
public class Car{
// 필드
int gas;
//메소드
public void setSpeed(int speed){
...
}
}gas 필드와 setSpeed() 메소드는 인스턴스 멤버이기 때문에 외부 클래스에서 사용하기 위해서는 우선 Car 객체를 생성하고 참조 변수 myCar 또는 yourCar로 접근해야 한다.
Car myCar = new Car();
myCar.gas = 10;
myCar.setSpeed(60);
Car yourCar = new Car();
yourCar.gas = 20;
yourCar.setSpeed(80);위 코드가 실행된 후 메모리를 살펴보면 인스턴스 필드 gas는 객체마다 따로 존재하고, 인스턴스 메소드 setSpeed() 는 메소드 영역에 저장되고 공유된다.
인스턴스 메소드는 객체에 소속된 멤버인데, 객체 내부에 존재하지 않고 메소드 영역에 존재하는 이유는 메소드는 코드 블록이므로 객체마다 동일한 코드 블록을 가지고 있을 필요가 없기 때문이다. 그렇다면 인스턴스라는 용어가 붙은 이유에 대해 알아보자면 그 이유는 메모리 블록 내부에 인스턴스 필드 등이 사용되는 경우가 있기 때문이다. 인스턴스 필드가 사용되면 메소드 역시 객체 없이는 실행될 수 없다.
this
객체 외부에서 인스턴스 멤버에 접근하기 위해 참조 변수르 사용하는것과 마찬가지로 객체 내부에서도 인스턴스 멤버에 접근하기 위해 this를 사용할 수 있다. 우리가 자신을 '나' 라고 가리키듯이 객체는 자신을 this 라고 한다. 따라서 this.model은 자신이 가지고 있는 model 필드를 의미한다. this는 주로 생서아와 메소드의 매개 변수 이름이 필드와 동일한 경우, 인스턴스 멤버인 필드임을 명시하고자 할 때 사용한다.
아래는 매개 변수 model의 값을 필드 model에 저장하는 코드이다.
Car(String model){
this.model = model;
}
void setModel(String model){
this.model = model;
}
정적 멤버와 static
정적은 '고정된' 이라는 의미이다. 정적 멤버는 클래스에 고정된 멤버로서 객체를 생성하지 않고 사용할 수 있는 필드와 메소드를 말한다. 이들은 각각 정적 필드, 정적 메소드 라고 부른다.
정적 멤버 선언
정적 필드와 정적 메소드를 선언하려면 필드와 메소드 선언 시 static 키워드를 추가적으로 붙이면 된다.
아래는 정적 필드와 정적 메소드를 선언하는 방법이다.
public class 클래스{
// 정적 필드
static 타입 필드 [= 초기값];
// 정적 메소드
static 리턴 타입 메소드(매개변수선언, ...){
...
}
}
정적 필드와 정적 메소드는 클래스에 고정된 멤버이므로 클래스 로더가 클래스(바이트 코드)를 로딩해서 메모리 영역에 적재할 때 클래스별로 관리된다. 따라서 클래스의 로딩이 끝나면 바로 사용할 수 있다.
필드를 선언할 때는 인스턴스 필드로 선언할 것인가 아니면 정적 필드로 선언할 것인가의 판단 기준이 필요하다. 객체마다 가지고 있어야 할 데이터라면 인스턴스 필드로 선언하고, 객체마다 가지고 있을 필요가 없는 공용 데이터라면 정적 필드로 선언하는 것이 좋다.
예를 들어 Calculator 클래스에서 원의 넓이나 둘레를 구할 때 필요한 파이(𝝅)는 Calculator 객체 마다 가지고 있을 필요가 없는 변하지 않는 공용 데이터이므로 정적 필드로 선언하는 것이 좋다. 그러나 Calculator 별로 색깔이 다르다면 color는 인스턴스 필드로 선언해야 한다.
public class Calculator{
Stirng color; // 계산기별로 색깔이 다를 수 있다.
static double pi = 3.141592; // 계산기에서 사용하는 파이(𝝅) 값은 동일하다
}
메소드 역시 인스턴스 메소드로 선언할 것인가, 아니면 정적 메소드로 선언할 것인가의 판단 기준이 필요하다. 인스턴스 필드를 포함하고 있다면 인스턴스 메소드로 선언하고, 인스턴스 필드를 포함하고 있지 않다면 정적 메소드로 선언한다.
예를 들어 Calculator 클래스의 덧셈, 뺄셈 기능은 인스턴스 필드를 이용하기보다는 외부에서 주어진 매개값들을 가지고 덧셈과 뺄셈을 수행하므로 정적 메소드로 선언하는 것이 좋다. 그러나 인스턴스 필드인 색깔을 변경하는 메소드는 인스턴스 메소드로 선언해야 한다.
public class Calculator{
String color;
void setColor(String color){
this.color = color;
}
static int plus(int x, int y){
return x + y;
}
static int minus(int x, int y){
return x - y;
}
}
정적 멤버 사용
클래스가 메모리로 로딩되면 정적 멤버를 바로 사용할 수 있는데, 클래스 이름과 함께 도트(.) 연산자로 접근한다.
클래스.필드;
클래스.메소드(매개값, ...);
예를 들어 Calculator 클래스가 아래와 같이 작성되어 있다면
public class Calculator{
static double pi = 3.141592;
static int plus(int x, int y){
return x + y;
}
static int minus(int x, int y){
return x - y;
}
}정적 필드인 pi와 정적 메소드 plus(), minus()는 아래와 같이 사용할 수 있다.
double result = 10 * 10 * Calculator.pi;
int result2 = Calculator.plus(10, 20);
int result3 = Calculator.minus(10, 5);
정적 필드와 정적 메소드는 윈칙적으로는 클래스 이름으로 접근해야 하지만 아래와 같이 객체 참조 변수로도 접근이 가능하다.
Calculator myCalc = new Calculator();
double result1 = 10 * 10 * myCalc.pi;
int result2 = myCalc.plus(10, 20);
int result3 = myCalc.minus(10, 5);하지만 정적 요소는 클래스 이름으로 접근하는 것이 좋다.
정적 메소드 선언 시 주의할 점
객체가 없어도 실행된다는 특징 때문에 정적 메소드를 선언할 때는 이들 내부에 인스턴스 필드나 인스턴스 메소드를 사용할 수 없다. 또한 객체 자신의 참조인 this 키워드도 사용이 불가능하다.
정적 메소드에서 인스턴스 멤버를 사용하고 싶다면 객체를 먼저 생성하고 참조 변수로 접근해야 한다.
main() 메소드도 동일한 규칙이 적용된다. main() 메소드도 정적 메소드이므로 객체 생성 없이 인스턴스 필드와 인스턴스 메소드를 main() 메소드에서 바로 사용할 수 없다.
싱글톤
가끔 전체 프로그램에서 단 하나의 객체만 만들도록 보장해야 하는 경우가 있다. 단 하나만 생성된다고 해서 이 객체를 싱글톤 이라고 한다.
싱글톤을 만들려면 클래스 외부에서 new 연산자로 생성자를 호출할 수 없도록 막아야 한다. 생성자를 호출한 만큼 객체가 생성되기 때문이다. 생성자를 외부에서 호출할 수 없도록 하려면 생성자 앞에 private 접근 제한자를 붙여주면 된다.
그리고 자신의 타입인 정적 필드를 하나 선언하고 자신의 객체를 생성해 초기화 한다. 참고로 클래스 내부에서는 new 연산자로 생성자 호출이 가능하다. 정적 필드도 private 접근 제한자를 붙여 외부에서 필드값을 변경하지 못하도록 막는다. 대신 외부에서 호출할 수 있는 정적 메소드인 getInstance() 를 선언하고 정적 필드에서 참조하고 있는 자신의 객체를 리턴해준다.
아래는 싱글톤을 만드는 코드이다.
public class 클래스{
// 정적 필드
private static 클래스 singleton = new 클래스();
// 생성자
private 클래스(){
}
// 정적 메소드
static 클래스 getInstance(){
return singleton;
}
}
외부에서 객체를 얻는 유일한 방법은 getInstance() 메소드를 호출하는 방법이다. getInstance() 메소드는 단 하나의 객체만 리턴하기 때문에 아래 코드에서 변수1과 변수2는 동일한 객체를 참조한다.
클래스 변수1 = 클래스.getInstance();
클래스 변수2 = 클래스.getInstance();
final 필드와 상수
final 필드
final은 '최종적' 이라는 뜻을 가지고 있다. final 필드는 초기값이 저장되면 이것이 최종적인 값이 되어서 프로그램 실행 도중 값을 수정할 수 없다는 것이다.
final 필드는 아래와 같이 선언한다.
final 타입 필드 [=초기값];
final 필드의 초기값을 줄 수 있는 방법은 딱 두가지밖에 없다. 첫 번째는 필드 선언 시에 주는 방법이고, 두 번째는 생성자에서 주는 방법이다. 단순 값이라면 필드 선언 시에 주는 것이 제일 간단하지만 복잡한 초기화 코드가 필요하거나 객체 생성 시에 외부 데이터로 초기화해야 한다면 생성자에서 초기값을 지정해야 한다. 생성자는 final 필드의 최종 초기화를 마쳐야 하는데, 만약 초기화되지 않은 final 필드를 그대로 남겨두면 컴파일 에러가 발생한다.
상수
일반적으로 불변의 값을 상수 라고 부른다. 불변의 값은 수학에서 사용되는 원쥬일 파이(𝝅)나 지구의 무게 및 둘레 등이 해당된다. 이런 불변의 값을 저장하는 필드를 자바에서는 상수라고 한다.
final 필드는 한 번 초기화 되면 수정할 수 없는 필드라고 했다. 하지만 final 필드를 상수라고 부르진 않는다. 그 이유는 불변의 값은 객체마다 저장할 필요가 없는 공용성을 띄고 있으며, 여러 가지 값으로 초기화될 수 없기 때문이다. final 필드는 객체마다 저장되고, 생성자의 매개값을 통해서 여러 가지 값을 가질 수 있기 때문에 상수가 될 수 없다.
상수는 static 이면서 final이어야 한다. static final 필드는 객체마다 존재하지 않고 클래스에만 존재한다. 그리고 한번 초기값이 저장되면 변경할 수 없다.
static final 타입 상수 = 초기값;
상수 이름은 모두 대문자로 작성하는 것이 관례이다. 만약 다른 단어가 혼합된 이름이라면 언더바(_) 로 단어들을 연결해야 한다.
아래는 상수 필드를 올바르게 선언한 예시이다.
static final double PI = 3.141592;
static final double EARCH_RADIUS = 6400;
static final double EARTH_AREA = Math.PI * EARTH_RADIUS * EARTH_RADIUS;