조건문과 반복문

이 글은 남궁성님의 자바의 정석 3/e을 기반으로 공부한 내용을 정리한 글입니다.

조건문 if switch

코드의 실행흐름은 무조건 위에서 아래로 한 문장씩 순차적으로 진행된다. 하지만 조건에 따라 문장을 건너뛰고, 같은 문장을 반복해서 수행해야할 때가 있다. 이렇게 프로그램의 흐름(flow)를 바꾸는 역할을 하는 문장들을 제어문(control statement)라고 한다.

제어문 중에서 조건에 따라 다른 문장이 수행되도록 하는 문장을 조건문이라고 한다.

1.1 if문

if문은 가장 기본적인 조건문이며, ‘조건식’과 ‘괄호 {}’로 이루어져 있다. if의 뜻은 ‘만일 ~ 이라면…‘이므로 ‘만일(if) 조건식이 참(true)이면 괄호 { }안의 문장들을 수행하라.’라는 의미이다.

  if(조건식) {
    // 조건식이 true일 때 수행될 문장
  }

조건식

if문에 사용되는 조건식은 일반적으로 비교연산자와 논리연산자로 구성된다. 조건식을 작성할 때 등가비교 연산자 대신 대입 연산자를 사용하는 실수를 하기 쉽다. 조건식의 결과는 항상 true 또는 false이어야 한다.

블럭 { }

괄호 { }를 이용해서 여러 문장을 하나의 단위로 묶을 수 있는데, 이것을 ‘블럭(block)’이라고 한다. 블럭은 {로 시작해서 }로 끝나는데, } 다음에 문장의 끝을 의미하는 ;를 붙이지 않는다.

블럭 안에는 보통 여러 문장을 넣지만, 한 문장만 넣거나 아무런 문장도 넣지 않을 수 있다. 블럭 내의 문장이 하나뿐 일 때는 괄호를 생략할 수 있다. 한 줄로 쓸 수도 있다.

1.2 if-else문

if문의 변형인 if-else문은 if문에 else블럭이 추가된 것이다. else는 ‘그 밖의 다른’이라는 뜻으로 조건식의 결과가 거짓일 때 else블럭의 문장을 수행하라는 뜻이다.

  if(조건식) {
    // 조건식이 참일 경우 수행될 문장들
  } else {
    // 조건식이 거짓일 경우 수행될 문장들
  }

조건식의 결과에 따라 두 개 중 하나의 블럭의 내용이 수행되고 전체 if문에서 벗어나게 된다. 두 블럭 모두 수행되거나 아무것도 수행되지 않는 경우는 없다.

두 개의 if문을 항상 if-else문으로 바꿀 수 있는 것이 아니라 두 조건식이 서로 상반된 관계에 있어야만 바꿀 수 있다.

if-else문 역시 블럭 내의 문장이 하나뿐인 경우 괄호를 생략할 수 있다.

1.3 if-else if문

if-else문은 두 가지 경우 중 하나가 수행되는 구조이다. 처리해야할 경우가 셋 이상일 때는 한 문장에 여러 개의 조건식을 쓸 수 있는 if-else if문을 사용한다.

  if(조건식 1) {
    // 조건식 1의 연산결과가 참일 때 수행될 문장
  } else if(조건식 2) {
    // 조건식 2의 연산결과가 참일 때 수행될 문장
  } else if(조건식 3) {
    // 조건식 3의 연산결과가 참일 때 수행될 문장
  } else {
    // 위의 어느 조건식도 만족하지 않을 때 수행될 문장
  }

else if는 여러 개 사용할 수 있고, 마지막 else는 생략할 수 있다.

if-else if 역시 여러 개의 if문을 합쳐 놓은 것이지만, 조건식을 바꾸지 않고 if문으로 쪼개놓으면 전혀 다른 코드가 된다.

1.4 중첩 if문

if문 블럭 내에 또 다른 if문을 포함시키는 것이 가능한데, 이를 중첩 if문이라고 부르며 중첩 횟수에는 거의 제한이 없다.

  if(조건식 1) {
    // 조건식 1의 연산결과가 true일 때
    if(조건식 2) {
      // 조건식 1과 조건식 2 모두 true일 때
    } else {
      // 조건식 1은 true, 조건식 2는 false일 때
    }
  } else {
    // 조건식 1이 false일 때
  }

내부 if문은 외부 if문보다 안쪽으로 들여쓰기를 해서 범위가 구분되도록 해야 한다.

괄호가 생략되었을 경우 else는 가까운 if문에 속한 것으로 간주되기 때문에 중첩 if문에서는 괄호를 넣어서 관계를 확실히 해주는 것이 좋다.

1.5 switch문

if문은 조건식의 결과가 참과 거짓 두 가지 밖에 없기 때문에 경우의 수가 많아질수록 복잡해지고, 처리시간도 많이 걸린다.

switch문은 단 하나의 조건식으로 많은 경우의 수를 처리할 수 있고, 표현도 간결해 알아보기 쉽다. 단, 제약조건이 있기 때문에, 경우의 수가 많아도 어쩔 수 없이 if문으로 작성해야하는 경우가 있다.

switch문은 조건식을 먼저 계산한 다음, 결과와 일치하는 case문으로 이동한다. 이동한 case문 아래에 있는 문장들을 수행하며, break문을 만나면 전체 switch문을 빠져나가게 된다.

➀ 조건식을 계산한다. ➁ 조건식의 결과와 일치하는 case문으로 이동한다. ➂ 이후의 문장들을 수행한다. ➃ break문이나 switch문의 끝을 만나면 switch문 전체를 빠져나간다.

  switch(조건식) {
    case 값1 :
      // 조건식의 결과 == 값 1
      break;
    case 값2 :
      // 조건식의 결과 == 값 2
      break;
    ...
    default :
      // 조건식의 결과와 일치하는 case문이 없을 때
  }

만일 조건식의 결과와 일치하는 case문이 하나도 없는 경우에는 default문으로 이동한다. 보통 마지막에 놓기 때문에 break문을 쓰지 않아도 된다.

break문은 각 case문의 영역을 구분하는 역할을 하는데, 생략하게되면 case문 사이의 구분이 없어져 다른 break문을 만나거나 switch문 블럭의 끝을 만날 때까지 나오는 모든 문장을 수행한다. 따라서 각 case문의 마지막에 break문을 빼먹지 않도록 해야한다.

경우에 따라 고의적으로 break문을 생략하는 경우도 있다.

  switch (level) {
    case 3 :
      grantDelete(); // 삭제권한
    case 2 :
      grantWrite(); // 쓰기권한
    case 1 :
      grantRead(); // 읽기권한
  }

| 참고 | 위 코드는 사용자에게 각 권한을 주는 기능의 grantRead(), grantWrite(), grantDelete()가 존재한다는 가정 하에 작성되었다.

로그인한 사용자의 등급(level)을 체크하여, 등급에 맞게 권한을 부여하는 방식이다. 제일 높은 등급인 3은 모든 권한을 가지고, 제일 낮은 등급인 1은 읽기 권한만 가지게 된다. 예를 들어 값이 2인 경우, case 2로 이동해서 문장을 수행한다. break문이 없기 때문에 case 1까지 수행하고 더 이상 문장이 없으므로 switch문을 빠져나온다.

switch문의 제약조건

switch문의 조건식은 결과값이 반드시 정수이어야 하며, 이 값과 일치하는 case문으로 이동하기 때문에 case문의 값은 정수이고 중복되지 않아야 한다. 또한 case문의 값은 반드시 상수이어야 한다. 변수나 실수, 문자열은 값으로 사용할 수 없다.

switch문의 제약조건
1. switch문의 조건식 결과는 정수 또는 문자열이어야 한다.
2. case문의 값은 정수 상수만 가능하며, 중복되지 않아야 한다.

| 참고 | JDK1.7이전에는 switch문의 조건식에 문자열이 허용되지 않았다.

switch문의 중첩

if문처럼 switch문도 중첩이 가능하다. break문을 빼먹지 않도록 주의해야한다.

import java.util.*;

class Flow {
  public static void main(String[] args) {
    System.out.print("당신의 주민번호를 입력해주세요. >");

    Scanner sc = new Scanner(System.in);
    String regNo = sc.nextLine();
    char gender = regNo.charAt(7);

    switch(gender) {
      case '1' : case '3' :
        switch(gender) {
          case '1' :
            System.out.println("2000년 이전 출생 남자입니다.");
            break;
          case '3' :
            System.out.println("2000년 이후 출생 남자입니다.");
        }
        break;
      case '2' : case '4' :
        switch(gender) {
          case '2' :
            System.out.println("2000년 이전 출생 여자입니다.");
            break;
          case '4' :
            System.out.println("2000년 이후 출생 여자입니다.");
        }
        break;
      default :
        System.out.println("유효하지 않은 주민번호입니다.");
    }
  }
}

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반복문 for while do-while

반복문은 어떤 작업이 반복적으로 수행되도록 할 때 사용되며, 반복문의 종류로는 for문, while문, 그리고 while문의 변형인 do-while문이 있다.

for문이나 while문에 속한 문장은 조건에 따라 한 번도 수행되지 않을 수 있지만, do-while문은 최소 한 번의 수행을 보장한다. 반복문은 주어진 조건을 만족하는 동안 반복 수행하므로 조건문을 포함하며, 조건식이 true이면 참, false이면 거짓로 간주한다.

for문과 while문은 구조와 기능이 유사하여 어느 경우에나 서로 변환이 가능하다.

2.1 for문

for문은 주로 반복 횟수를 알고 있을 때 적합하다. 구조가 조금 복잡하지만 직관적이라 오히려 이해하기 쉽다.

  for(int i = 1; i <= 5; i++) {
    System.out.println("I can do it");
  }

변수 i에 1을 저장한 다음, 매 반복마다 i의 값을 1씩 증가시킨다. 그러다가 i의 값이 5를 넘으면 조건식 i <= 5가 거짓이 되어 반복을 마친다. i의 값이 1부터 5까지 1씩 증가하므로 5번 반복한다.

for문의 구조와 수행순서

for문은 ‘초기화’, ‘조건식’, ‘증감식’, ‘블럭 { }’ 모두 4부분으로 이루어져 있으며, 조건식이 참인 동안 블럭 내의 문장들을 반복하다 거짓이 되면 반복문을 벗어난다.

  for(초기화; 조건식; 증감식) {
    // 조건식이 참일 때
  }

| 참고 | 반복하려는 문장이 단 하나일 때는 괄호 { }를 생략할 수 있다.

초기화

반복문에 사용될 변수를 초기화하는 부분이며 처음에 한번만 수행된다. 보통 변수 하나로 for문을 제어하지만, 둘 이상의 변수가 필요할 때는 콤마 ,를 구분자로 변수를 초기화하면 된다. 단, 두 변수의 타입은 같아야 한다.

조건식

조건식의 값이 true면 반복을 계속하고 false면 반복을 중단하고 for문을 벗어난다. for의 뜻이 ‘~하는 동안’이므로 조건식이 ‘참인 동안’ 반복을 계속한다고 생각하면 된다.

조건식을 잘못 작성하면 블럭 { } 내의 문장이 한 번도 수행하지 않거나 영원히 반복되는 무한반복에 빠지기 쉬우니 주의해야 한다.

증감식

반복문을 제어하는 변수의 값을 증가 또는 감소시키는 식이다. 매 반복마다 변수의 값이 증감식에 의해서 변하다가 조건식이 거짓이 되면서 for문을 벗어나게 된다. 변수의 값을 1씩 증가시키는 연산자 ++이 증감식에 주로 사용된다.

증감식도 쉼표를 이용해서 두 문장 이상을 하나로 연결해서 쓸 수 있다.

중첩 for문

for문 안에 또 다른 for문을 포함시키는 것이 가능하다. 그리고 중첩의 횟수는 거의 제한이 없다.

class Flow {
  public static void main(String[] args) {
    for(int i = 1; i <= 5; i++) {
      for(int j = 1; j <= 10; j++) {
        System.out.print("*");
      }
      System.out.println();
    }
  }
}

중첩 for문의 예제로 대표적인 별을 찍는 예제이다. 위의 예제는 사각형 모양의 별이 출력되는데 삼각형 모양의 별을 출력하는 예제는 다음과 같다.

class Flow {
  public static void main(String[] args) {
    for(int i = 0; i < 5; i++) {
      for(int j = 0; j <= i; j++) {
        System.out.print("*");
      }
      System.out.println();
    }
  }
}

사각형일 때와 다르게 조건식에 숫자 대신 변수 i를 넣고 i값이 증가하는 for문 안에 넣었다.

향상된 for문(enhanced for statement)

JDK 1.5부터 배열과 컬렉션에 저장된 요소에 접근할 때 기존보다 편리한 방법으로 처리할 수 있도록 for문의 새로운 문법이 추가되었다.

  for(타입 변수명 : 배열 또는 컬렉션) {
    // 반복할 문장
  }

타입은 배열 또는 컬렉션의 요소의 타입이어야 한다. 배열 또는 컬렉션에 저장된 값이 매 반복마다 하나씩 순서대로 읽혀서 변수에 저장된다. 반복문의 괄호 { }내에서는 이 변수를 사용해서 코드를 작성한다.

향상된 for문은 for문보다 간결하나, 배열이나 컬렉션에 저장된 요소들을 읽어오는 용도로만 사용할 수 있다.

2.2 while문

for문에 비해 while문은 구조가 간단하다. if문처럼 조건식과 블럭 { }만으로 이루어져 있다. 다만 if문과 달리 while문은 조건식이 true인 동안, 즉 조건식이 거짓이 될 때까지 블럭 내의 문장을 반복한다.

  while(조건식) {
    // 조건식의 연산결과가 true인 동안
  }

while문은 먼저 조건식을 평가해서 조건식이 거짓이면 문장 전체를 벗어나고, 참이면 블럭 { } 내의 문장을 수행하고 다시 조건식으로 돌아간다. 거짓이 될 때까지 계속 반복된다.

for문과 while문의 비교

1부터 10까지의 정수를 순서대로 출력하는 for문과 while문을 비교했다.

  for(int i = 1; i < 11; i++) {
    System.out.println(i);
  }

  int i = 1;

  while(i < 11) {
    System.out.println(i);
    i++;
  }

위의 두 코드는 동일하다. for문은 초기화, 조건식, 증감식을 한 곳에 모아 놓은 것일 뿐, while문과 다르지 않다. 만일 초기화나 증감식이 필요하지 않은 경우라면, while문이 더 적합하다.

while문의 조건식은 생략불가

while문은 for문과 달리 조건식을 생략할 수 없다. while문의 조건식이 항상 참이 되도록 하려면 반드시 true를 넣어야한다.

| 참고 | 무한 반복문은 반드시 블럭 { } 안에 조건문을 넣어서 특정 조건을 만족하면 무한 반복문을 벗어나도록 해야 한다.

class Flow {
  public static void main(String[] args) {
    int i = 5;

    while(i-- != 0) {
      System.out.println(i);
    }
  }
}

변수 i의 값만큼 블럭 { }을 반복하는 예제이다. i의 값이 5이므로 5번(4 ~ 0) 출력된다. 조건식이 i-- != 0인데 i의 값이 0이 아닌 동안 true이고, 0이 되는 순간 while문을 벗어난다.

i--는 후위형이므로 조건식이 평가된 후 i의 값이 감소된다. i값이 1일 때 조건식을 참으로 판단하고 i의 값을 1 감소시켜 0으로 만든 뒤 출력한다. 즉, 아래 코드와 같다.

class Flow {
  public static void main(String[] args) {
    int i = 5;

    while(i != 0) {
      i--;
      System.out.println(i);
    }
  }
}

반대로 --i와 같은 전위형은 감소 연산자가 조건식에서 분리되면 전혀 다른 문장이 된다.

  while(--i != 0) {
    System.out.println(i);
  }

  --i;
  while(i != 0) {
    System.out.println(i);
  }

위와 같이 i가 감소된 후 출력이 되기 때문에 후위형과 다르게 0이 출력되지 않는다.

2.3 do-while문

do-while문은 while문의 변형으로 기본적인 구조는 while문과 같으나 조건식과 블럭 { }의 순서를 바꿔놓은 것이다. 그래서 while문과 반대로 블럭 { }이 먼저 수행한 후에 조건식을 평가한다. 따라서 최소한 한번은 수행될 것을 보장한다.

  do {
    // 조건식의 연산결과가 true일 때
  } while(조건식);

반복적으로 사용자의 입력을 받아서 처리할 때 유용하다.

import java.util.*;

class Flow {
  public static void main(String[] args) {
    int input = 0, answer = 0;

    answer = (int)(Math.random() * 100) + 1;
    Scanner sc = new Scanner(System.in);

    do {
      System.out.print("1과 100 사이의 정수를 입력하세요. >");
      input = sc.nextInt();

      if(input > answer) {
        System.out.println("더 작은 수로 다시 시도해보세요.");
      } else if(input < answer) {
        System.out.println("더 큰 수로 다시 시도해보세요.");
      }
    } while(input != answer);

    System.out.println("정답입니다.")
  }
}

임의의 수를 맞추는 예제이다. 사용자 입력 input과 변수 answer가 같으면 반복을 종료한다.

2.4 break문

switch문에서 break문을 사용한 것처럼 반복문에서도 break문을 사용할 수 있다. 자신이 포함된 가장 가까운 반복문을 벗어나게 하는데, 주로 if문과 함께 사용되어 특정 조건을 만족할 때 쓰인다.

class Flow {
  public static void main(String[] args) {
    int sum = 0;
    int i = 0;

    while(true) {
      if(sum > 100) break;
      ++i;
      sum += i;
    }

    System.out.println("i = " + i);
    System.out.println("sum = " + sum);
  }
}

1부터 계속 더해 나가서 몇까지 더하면 합이 100을 넘는지 알아내는 예제이다. sum이 100을 넘으면 break문이 수행되어 반복문을 벗어난다.

| 참고 | sum += i;와 ++i; 두 문장을 sum += ++i;와 같이 한 문장으로 줄여 쓸 수 있다.

2.5 continue문

continue문은 반복문 내에서만 사용될 수 있으며, 반복이 진행되는 도중에 continue문을 만나면 반복문의 끝으로 이동하여 다음 반복으로 넘어간다. for문의 경우 증감식으로 이동하며, while문과 do-while문은 조건식으로 이동한다.

continue문은 반복문 전체를 벗어나지 않고 다음 반복을 계속한다는 점에서 break문과 다르다. if문과 함께 사용되어 특정 조건을 만족하는 경우에 continue문 이후의 문장들을 수행하지 않고 다음 반복으로 넘어가서 계속 진행하도록 한다. 특정 조건을 만족하는 경우를 제외하고자 할 때 유용하다.

class Flow {
  public static void main(String[] args) {
    for(int i = 0; i <= 10; i++) {
      if(i % 3 == 0) continue;
      System.out.println(i);
    }
  }
}

1에서 10까지 출력하되 3의 배수는 제외하는 예제이다. i의 값이 3의 배수인 경우, if문의 조건식이 true가 되어 continue문에 의해 반복문의 블럭 끝으로 이동한다.

2.6 이름 붙은 반복문

break문은 근접한 단 하나의 반복문만 벗어날 수 있기 때문에, 여러 개의 반복문이 중첩된 경우에는 break문으로 완전히 벗어날 수 없다. 이때는 중첩 반복문 앞에 이름을 붙이고 break문이나 continue문에 이름을 지정해서 하나 이상의 반복문을 벗어나거나 반복을 건너뛸 수 있다.

  outer:
  while(true) {
    ...
    for(;;) {
      ...
      if(num == 0)
        break;
      if(num == 99)
        break outer;
      ...
    } // for(;;)
  } // while(true)

이름을 지정해준 break문은 지정된 이름의 반복문을 벗어나고 지정하지 않은 break문은 가장 가까운 반복문을 벗어난다.

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