Java 문법 종합 1주차

Java란?

A언어의 기능 + B 언어의 기능 + C 언어의 기능에 Java 언어의 기능을 추가한 언어

핵심 기능

C 언어 기능
공통 실행환경
클래스
객체

JVM

Java Virtual Machine의 약자로 "자바 가상 머신"이라는 뜻.
가상 머신이란 가상의 기기를 만드는 것.
여러 기기 위에 Java 프로그램을 실행시킬 수 있는 가상의 기기를 만드는 것.

바이트 코드

Java 프로그램 변환 코드

작성한 코드가 운영 체제가 읽을 수 있는 코드로(.class 파일) Java 컴파일러가 변환한 코드

인터프리터

Java.class 코드 해석기

운영체제가 읽은 바이트 코드를 기기가 실행할 수 있는 기계어로 번역

JIT 컴파일러

빠른 Java.class 코드 해석기

운영 체제로부터 JVM이 할당받은 메모리 영역

클래스 로더

Java.class 바이트 코드를 메모리 영역에 담는 운반기

JVM으로 class를 불러와서 메모리에 저장

가비지 컬렉터

Java 쓰레기 청소기

메모리 영역에서 안쓰는 데이터를 주기적으로 흡수해가는 청소기

JVM에서 프로그램이 동작하는 흐름

개발환경 구성

JRE

JVM을 설치하는 방법은 JRE를 설치하는 것
- JRE는 Java Runtime Enviornment(자바 실행 환경)
- JRE만 있을 경우 Java 프로그램을 실행만 시킬 수 있다.
- JRE는 .class 파일만 실행 가능 (JDK가 javac 명령을 통해 .java 파일을 실행 가능한 .class 파일로 변환)

JDK

Java 프로그램을 개발할 수 있음
- JDK는 Java Developement Kit(자바 개발 키트)
- Java 프로그램을 개발하기 위해 JDK 설치가 필요
- JDK는 JRE(JVM)의 기능을 포함하고 있음
- JDK는 .java 파일들을 .class 파일들로 변환해주는 Java Compiler(javac) 기능이 있음
- JDK는 코드 디버깅하는 jdb 등의 기능이 있음
JDK 디버깅 기능
- Java 프로그램 실행은 Java 코드를 한 줄씩 실행하면서 명령을 수행하는 것을 의미
- 개발한 코드들을 한 줄씩 객체와 메소드를 수행하면서 변수들도 변하는 과정을 볼 수 있도록 JDK는 코드를 따라가면서 변수를 볼 수 있는 "디버깅" 기능을 제공함
- 작성한 코드 라인에 "중단점"을 설정하고 "디버그" 모드로 프로그램 실행 시, 프로그램이 중단점의 코드라인을 수행할 때 프로그램 흐름이 일시정지되며 변수들을 볼 수 있게 도와줌

Intellij 와 JDK를 활용한 디버깅

디버깅할 때 일시정지할 중단점 코드라인의 왼쪽 숫자 옆을 클릭
상단의 재생 버튼 옆의 버그 버튼을 눌러주면 디버깅 시작
디버깅이 시작되면 중단점에서 멈췄을 때 라인이 파란색으로 바뀜
일시정지된 상태에서 변수에 들어있는 값 확인 가능

main 메서드에 대한 이해

// 클래스 정의
// public : 클래스 경로 외부에서 실행시킬 수 있다고 표시해주는 접근 제어자
public class Main {
// Main : 클래스 명, 파일 이름과 일치 시켜야 됨(그래야 javac가 바이트 코드 변환 시 파일 확장명과(.class)로 일치)
    public static void main(String[] args) {
    // main : 메서드 정의
    // public : 접근 제어자
    // static : javac가 바이트 코드로 변환할 때 미리 정의되는 메서드 표기
    // void : 메서드의 응답값을 정의하는 곳(void는 값이 없다는 정의)
    // (String[] args) : 메서드가 넘겨받을 데이터들(변수)
    // String[] : 문자열 데이터 타입
    // args : String[] 데이터의 이름
        System.out.println("Hello world"); // "Hello world"라는 문구 출력 후 줄바꿈
    }
}

주석 : 설명을 달아 놓는 기능
- 실제 프로그램 실행에 영향이 없는 코드
- 코드에 대한 설명을 추가하거나 주의사항을 적을 때 사용

저장공간의 종류(변수 타입)

저장공간은 변수와 상수로 나뉘지만 대부분 변수 용도로 쓰임

기본형 변수

boolean: True/ False 값만 저장
char: 'A', '1' 같은 문자 한 개만 저장
정수형 변수
- byte, short, int, long
실수형 변수
- float, double

정수형 리터럴 구분값(리터럴 = 데이터값)

int 와 long 의 데이터값을 구분하기 위한 구분자로 long으로 담을 숫자 뒤에 L을 붙임 (데이터 뒤에 붙이는 구분값을 "접미사"라고 함)

정수형 변수 표현 범위

byte : -128 ~ 127 (1byte, 2⁸)
short : -32,768 ~ 32,767 (2byte, 2¹⁶)
int : -2,147,483,648 ~ 2,147,483,647 (약 20억) (4byte, 2³²)
long : -9,223,372,036,854,775,808 ~ 9,223,372,036,854,775,807 (8byte, 2⁶⁴)

실수형 변수 표현 범위

float : 대략 -3.4E38 ~ 3.4E38, 7자리 정밀도 (4byte, 2³²)
double : 대략 -1.7E308 ~ 1.7E308, 15자리 정밀도 (8byte, 2⁶⁴)

주의 사항

각 변수 표현 범위를 넘는 숫자를 넣게되면 오버플로우가 발생하고, 해당 숫자를 출력해보면 입력값과 다른 값으로 표현 됨(변수의 표현 범위에 맞게 사용해야 버그가 발생하지 않는다).

float 타입이 long 타입보다 더 넓은 범위를 표현하는 이유

부동 소수점 방식으로 숫자를 저장하기 때문에 더 넓은 범위를 표현함.

부동 소수점 방식: 가수와 지수를 구분해서 저장하고 이값들을 곱한 값을 저장(표현)하는 방식

참조형 변수

문자열 변수 : String
- "Apple", "글자"와 같은 문장을 저장함.
그 외: Object, Array, List, ...
- 객체, 배열, 리스트와 같은 단일 저장공간에 담을 수 없는 값을 저장함.

래퍼 클래스 변수(Wrapper Class)

기본형 변수 클래스를 한 번 랩핑(감싸는) 변수

기본형 변수 타입명에서 첫 글자를 대문자로 바꾸어서 래퍼 클래스를 정의
박싱 vs 언박싱
- 박싱 : 기본 타입에서 래퍼 클래스 변수로 변수를 감싸는 것
- 언박싱 : 래퍼 클래스 변수를 기본 타입 변수로 가져오는 것
- 모든 기본 타입에는 래퍼 클래스가 있음

래퍼 클래스 사용 이유?

클래스는 객체지향 언어인 Java의 핵심 기능, 클래스로 변수를 관리하면 객체지향의 많은 기능을 사용할 수 있기 때문에 사용.

아스키 코드

저장공간에 문자 저장하기 위해 문자를 숫자로 매핑해서 표현하는 규칙

문자와 문자열

char(문자) : ' ' 를 사용하여 문자 값을 저장함.
String(문자열) : " "를 사용하여 문자 여러 개를 문장형태로 저장함.

저장 방식의 차이

문자는 뒤에 \0(널문자)가 없음, 문자열의 경우 \0(널문자)가 함께 저장됨.

참조형 변수

참조형 변수 = 주소형 변수?
- 기본형 변수가 실제 값을 저장하며, 참조형 변수는 실제 값이 아닌 원본 값의 주소 값을 저장
- 참조형 변수는 주소 값을 저장하는 주소형 변수
저장 관점에서의 차이점
- 기본형 변수 : 원본 값이 stack 영역에 있음
- 참조형 변수 : 원본 값이 Heap 영역에 있음
  - Stack 영역에는 따로 저장해둔 원본 값의 Heap 영역 주소를 저장

Stack, Heap

Stack : 정적으로 할당 된 메모리 영역
- 크기 가 정해져 있는 기본형 변수를 저장
- 크기가 정해져 있는 참조형 변수의 주소 값도 저장
Heap : 동적으로 할당된 메모리 영역(참조형 변수를 위한 별도의 공간)
- 크기가 계속 늘어날 수 있는 참조형 변수의 원본을 저장

입출력

import java.util.Scanner;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        // 입력
        Scanner scanner = new Scanner(System.in); // Scanner 객체를 new 명령어로 생성
        String input = scanner.next(); // .next()로 input 변수에 입력한 글자를 저장
        
        // 출력
        System.out.println("입력 값: " + input); // 입력한 글자를 출력
    }
}

형변환(변수의 타입 바꾸기)

문자열로 입력받은 변수를 숫자로 변환해서 계산을 하고 싶거나 문자열에 숫자 값을 추가 하고 싶은 경우 등, 변수형을 다른 형으로 변환이 필요한 경우 사용.

형변환 : 정수 ↔ 실수 ↔ 문자

Casting 예제

// 자동 형변환
package casting;

public class Casting1 {

    public static void main(String[] args) {
        int intValue = 10;
        long longValue;
        double doubleValue;
        
        longValue = intValue;
        System.out.println("longValue = " + longValue);

        doubleValue = intValue;
        System.out.println("doubleValue = " + doubleValue);

        doubleValue = 20L;
        System.out.println("doubleValue2 = " + doubleValue);
    }
}


// 명시적 형변환
package casting;

public class Casting2 {

    public static void main(String[] args) {
        double doubleValue = 1.5;
        int intValue;

        // intValue = doubleValue; // 컴파일 오류 발생
        intValue = (int) doubleValue; // 명시적 형변환
        System.out.println("intValue = " + intValue);
    }
}


// 오버플로우
package casting;

public class Casting3 {

    public static void main(String[] args) {
        long maxIntValue = 2147483647; // int 최고 값
        long maxIntOver = 2147483648L; // int 최고 값 + 1(초과)
        int intValue = 0;

        intValue = (int) maxIntValue; // 형변환
        System.out.println("maxIntValue casting = " + intValue);

        intValue = (int) maxIntOver; // 형변환
        System.out.println("maxIntOver casting = " + intValue);
    }
}


// 계산과 형변환
package casting;

public class Casting3 {

    public static void main(String[] args) {
        long maxIntValue = 2147483647; // int 최고 값
        long maxIntOver = 2147483648L; // int 최고 값 + 1(초과)
        int intValue = 0;

        intValue = (int) maxIntValue; // 형변환
        System.out.println("maxIntValue casting = " + intValue);

        intValue = (int) maxIntOver; // 형변환
        System.out.println("maxIntOver casting = " + intValue);
    }
}

자동형변환
- 작은 크기의 타입에서 큰 크기의 타입으로 저장될 때 큰 크기로 형 변환이 발생
- 작은 크기의 타입이 큰 크기의 타입과 계산될 때 자동으로 큰 크기의 타입으로 형변환이 발생
명시적 형변환(강제 형변환)
- 큰 타입에서 작은 타입으로 형 변환 시 값의 손실이 발생함, 개발자가 선택하여 형 변환함.

1주차 숙제 - 요리 레시피 입출력 프로그램 (반복문, 조건문 미 사용)

입력
- 요리 제목 입력
- 요리 별점 1~5 사이의 실수
- 요리 레시피 10문장을 1문장씩 입력
출력
- 입력이 끝나면 요리 제목을 괄호로 감싸서 먼저 출력
- 요리 별점을 소수점 제외 정수로 출력
- 바로 뒤에 정수 별점을 5점 만점의 퍼센트로 표현 값을 실수로 출력
- 레시피 10문장을 문장 앞에 번호를 붙여서 모두 출력

package javatraining;

import java.util.Scanner;

public class Recipe {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);

        // 요리 레시피 메모장
        // 요리 제목 입력
        System.out.println("좋아하는 요리의 제목을 입력하세요.");
        String foodName = scanner.nextLine();

        // 요리 별점 입출력
        System.out.println("요리 별점을 1~5 사이의 실수로 입력하세요 (ex : 3.5)");
        double foodRank = scanner.nextDouble();
        int foodScore = (int) foodRank;
        double scorePercent = (double) foodScore / 5 * 100;

        // 요리 레시피 입력
        System.out.println("요리 레시피를 한 문장씩 총 10문장 입력해주세요.");
        String foodRecipe1 = scanner.nextLine();
        String foodRecipe2 = scanner.nextLine();
        String foodRecipe3 = scanner.nextLine();
        String foodRecipe4 = scanner.nextLine();
        String foodRecipe5 = scanner.nextLine();
        String foodRecipe6 = scanner.nextLine();
        String foodRecipe7 = scanner.nextLine();
        String foodRecipe8 = scanner.nextLine();
        String foodRecipe9 = scanner.nextLine();
        String foodRecipe10 = scanner.nextLine();

        // 요리 레시피 전체 출력
        System.out.println("요리 제목");
        System.out.println("[ " + foodName + " ]");
        System.out.println("별점 : "+ foodScore + " (" + scorePercent + "%)");
        System.out.println("요리 레시피");
        System.out.println("1. " + foodRecipe1);
        System.out.println("2. " + foodRecipe2);
        System.out.println("3. " + foodRecipe3);
        System.out.println("4. " + foodRecipe4);
        System.out.println("5. " + foodRecipe5);
        System.out.println("6. " + foodRecipe6);
        System.out.println("7. " + foodRecipe7);
        System.out.println("8. " + foodRecipe8);
        System.out.println("9. " + foodRecipe9);
        System.out.println("10. " + foodRecipe10);
    }
}

개선할 수 있는 점

요리 레시피를 받을 때 반복문과 리스트를 활용하여 코드 수를 줄일 수 있음.

정리

JVM : 여러 기기에서 Java 프로그램 실행을 위한 가상 기기를 만드는 것.

구성

바이트 코드 : 운영체제가 읽을 수 있도록 컴파일러가 변환한 코드(.class)
인터프리터 : java.class 코드 해석기
JIT 컴파일러 : 빠른 java.class 코드 해석기, 인터프리터 효율 향상
메모리 영역 : 운영체제로부터 JVM이 할당받은 메모리 영역
클래스 로더 : 바이트 코드를 메모리 영역에 담는 운반기
가비지 컬렉터 : 메모리 영역의 안 쓰는 데이터 청소기

변수와 상수

저장공간의 선언과 초기화(저장)

데이터를 저장해 둘 저장공간 만들기 위해 데이터 타입과 이름을 명시해 선언
선언한 저장공간에 데이터를 담는 것을 저장이라고 함(선언과 동시에 저장하는 것을 초기화라고 한다).

변수 : 변하는 저장 공간

상수 : 변하지 않는 저장 공간

변수의 종류

기본형 변수

boolean : true, false 저장
char : 문자 1개만 저장(' ' 로 감싼다)
정수형 변수 : 정수형 숫자 값 저장
- byte
- short
- int
- long
실수형 변수 : 실수형 숫자 값 저장
- float
- double

참조형 변수 = 주소형 변수

실제 값이 아닌 원본 값의 주소 값을 저장함.

String : 문장을 저장(" "로 감싼다)
Object, List, Array, ... : 단일 저장공간에 담을 수 없는 값을 저장

형변환

데이터를 사용 시 타입을 변환할 때 사용(정수, 실수, 문자)

자동 형변환
- 작은 타입에서 큰 타입으로 값을 넣을 때 자동으로 변환 됨
- 작은 타입의 값이 큰 타입의 값과 계산될 때 자동으로 변환 됨
명시적 형변환(강제 형변환)
- 큰 타입에서 작은 타입으로 값을 넣을 때 오버플로우(값 손실)를 방지하기 위해 개발자가 원하는 타입으로 명령을 통해 변환 가능

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