java lang패키지와 유용한 클래스

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

• java lang 패키지
• 유용한 클래스

java lang 패키지

java.lang패키지는 기본이 되는 클래스들을 포함하고 있다. 따라서 import문 없이도 사용할 수 있게 되어 있다.

1.1 Object 클래스

Object클래스는 모든 클래스의 최고 조상이기 때문에 멤버들을 모든 클래스에서 바로 사용 가능하다.

멤버변수는 없고 11개의 메서드만 가지고 있다. 이 메서드들은 모든 인스턴스가 기본적으로 가져야 할 것들이다.

equals(Object obj)

매개변수로 객체의 참조변수를 받아서 비교하여 결과를 boolean값으로 알려주는 역할을 한다.

  public boolean equals(Object obj) {
    return (this == obj);
  }

두 객체의 같고 다름을 참조변수의 값으로 판단한다.

상속받은 equals메서드는 두 개의 참조변수가 같은 객체를 참조하고 있는지, 즉 저장된 값(주소값)이 같은지를 판단한다. value값을 비교하기 위해선 오버라이딩하여 주소가 아닌 객체에 저장된 내용을 비교하도록 변경해야 한다.

hashCode()

해싱(hashing)기법에 사용되는 ‘해시함수(hash function)’을 구현한 메서드이다. 해싱은 데이터관리기법 중의 하나로 다량의 데이터를 저장하고 검색하는 데 유용하다.

해시함수는 찾고자하는 값을 입력하면, 그 값이 저장된 위치를 알려주는 해시코드(hash code)를 반환한다.

일반적으로는 해시코드가 같은 두 객체가 존재할 수 있지만, Object클래스에 정의된 hashCode메서드는 객체의 주소값을 이용하기 때문에 결코 같은 해시코드를 가질 수 없다.

String클래스는 문자열의 내용이 같으면, 동일한 해시코드를 반환하도록 오버라이딩되어 있다.

toString()

인스턴스에 대한 정보를 문자열(String)로 제공할 목적으로 정의된 메서드이다. 인스턴스에 대한 정보를 제공한다는 것은 인스턴스 변수에 저장된 값들을 문자열로 표현한다는 뜻이다.

  public String toString() {
    return getClass().getName()+"@"+Integer.toHexString(hashcode());
  }

클래스를 작성할 때 오버라이딩하지 않는다면, 클래스이름에 16진수의 해시코드를 얻게 된다.

clone()

자신을 복제하여 새로운 인스턴스를 생성하는 메서드이다. 원래의 인스턴스는 보존하고 clone메서드를 이용해서 새로운 인스턴스를 생성하여 작업하면 작업 이전의 값이 보존되므로 실패하여도 원래의 상태로 되돌리거나 변경하기 전의 값을 참고하는데 도움이 된다.

Object클래스에 정의된 clone()은 단순히 인스턴스변수의 값만을 복사하기 때문에 참조타입의 인스턴스변수가 있는 클래스는 완전한 인스턴스 복제가 이루어지지 않는다.

clone()을 사용하려면 복제할 클래스가 Cloneable인터페이스를 구현해야하고, clone()을 오버라이딩하면서 접근 제어자를 protected에서 public으로 변경해야 한다.

  public class Object {
      ...
    protected native Object clone() throws CloneNotSupportedException;
      ...
  }

| 참고 | Object클래스의 clone()은 Cloneable을 구현하지 않은 클래스 내에서 호출되면 예외를 발생시킨다.

마지막으로 조상클래스의 clone()을 호출하는 코드가 포함된 try-catch문을 작성한다.

인스턴스의 데이터를 보호하기 위해서 Cloneable인터페이스를 구현한 클래스의 인스턴스만 복제가 가능하다.

얕은 복사와 깊은 복사

객체배열을 clone()으로 복제하는 경우에는 원본과 복제본이 같은 객체를 공유한다. 이러한 복제(복사)를 ‘얕은 복사(shallow copy)’라고 한다. 얕은 복사에서는 원본을 변경하면 복사본도 영향을 받는다.

원본이 참조하고 있는 객체까지 복제하는 것을 ‘깊은 복사(deep copy)’라고 하며, 원본과 복사본이 서로 다른 객체를 참조하기 때문에 원본의 변경이 복사본에 영향을 미치지 않는다.

getClass()

자신이 속한 클래스의 Class객체를 반환하는 메서드이다. Class객체는 이름이 Class인 클래스의 객체이다.

  public final class Class implements ... {
      ...
  }

Class객체는 클래스의 모든 정보를 담고 있으며, 클래스 당 1개만 존재한다. 클래스 파일이 ‘클래스 로더(ClassLoader)’에 의해서 메모리에 올라갈 때, 자동으로 생성된다.

클래스 로더는 실행 시에 필요한 클래스를 동적으로 메모리에 로드하는 역할을 한다. 기존에 생성된 클래스 객체가 메모리에 존재하는지 확인하고, 있으면 객체의 참조를 반환하고 없으면 클래스 패스(classpath)에 지정된 경로를 따라서 클래스 파일을 찾는다.

못 찾으면 ClassNotFoundException이 발생하고, 찾으면 해당 클래스 파일을 읽어서 Class객체로 변환한다.

Class객체를 얻는 방법

클래스의 정보가 필요할 때, 먼저 Class객체에 대한 참조를 얻어 와야 하는데, 해당 Class객체에 대한 참조를 얻는 방법은 여러 가지가 있다.

특히 forName()은 특정 클래스 파일을 메모리에 올릴 때 주로 사용한다.

Class객체를 이용하면 클래스에 대한 모든 정보를 얻을 수 있기 때문에 보다 동적인 코드를 작성할 수 있다.

1.2 String클래스

변경 불가능한(immutable) 클래스

String클래스에는 문자열을 저장하기 위해서 문자형 배열 변수(char[]) value를 인스턴스 변수로 정의해놓고 있다. 인스턴스 생성 시 생성자의 매개변수로 입력받는 문자열을 인스턴스변수(value)에 문자형 배열(char[])로 저장되는 것이다.

| 참고 | String클래스는 앞에 final이 붙어 있으므로 다른 클래스의 조상이 될 수 없다.

문자열간의 결합이나 추출 등 문자열을 다루는 작업이 많이 필요한 경우 StringBuffer클래스를 사용하는 것이 좋다. StringBuffer인스턴스에 저장된 문자열은 변경이 가능하므로 하나의 StringBuffer인스턴스만으로도 문자열을 다루는 것이 가능하다.

문자열의 비교

문자열을 생성하는 방법은 문자열 리터럴을 지정하는 방법과 String클래스의 생성자를 사용해서 만드는 방법, 두 가지가 있다.

생성자를 이용한 경우에는 new연산자에 의해 메모리할당이 이루어지기 때문에 항상 새로운 String인스턴스가 생성된다. 반면 문자열 리터럴은 이미 존재하는 것을 재사용하는 것이다.

equals()를 사용했을 때 문자열의 내용을 비교하기 때문에 두 경우 모두 true를 얻는다. 하지만 인스턴스의 주소를 등가비교연산자 ==로 비교했을 때는 결과가 다르다.

문자열 리터럴

자바 소스파일에 포함된 모든 문자열 리터럴은 컴파일 시에 클래스 파일에 저장된다. 이 때 같은 내용의 문자열 리터럴은 한번만 저장된다. 문자열 리터럴도 String인스턴스이고, 한번 생성하면 내용을 변경할 수 없으니 하나의 인스턴스를 공유하면 되기 때문이다.

빈 문자열(empty string)

String s = "";과 같은 문장이 있을 때, 참조변수 s가 참조하고 있는 String인스턴스는 내부에 new char[0]과 같이 길이가 0인 char형 배열을 저장하고 있다. 그러나 char형 변수에는 반드시 하나의 문자를 지정해야 한다.

String클래스의 생성자와 메서드

자주 쓰이는 생성자와 메서드들이 있는데 기능에 대한 것은 공식 문서에서 확인하면 된다.

join()과 StringJoiner

join()은 여러 문자열 사이에 구분자를 넣어서 결합한다. split()과 반대의 작업을 한다.

java.util.StringJoiner클래스를 사용해서 문자열을 결합할 수도 있는데, 사용 예시는 아래와 같다.

  StringJoiner sj = new StringJoiner(",", "[", "]");
  String[] strArr = { "aaa", "bbb", "ccc" };

  for(String s : strArr)
    sj.add(s.toUpperCase());

  System.out.println(sj.toString());

String.format()

format()은 형식화된 문자열을 만들어내는 간단한 방법이다. printf()와 사용법이 동일하다.

  String str = String.format("%d 더하기 %d는 %d이다.", 3, 5, 3 + 5);
  System.out.println(str);

기본형 값을 String으로 변환

기본형을 문자열로 변경하는 방법은 간단하다. 숫자에 빈 문자열 “ “을 더해주기만 하면 된다. 또는 valueOf()를 사용해도 된다. 빈 문자열을 더하는 편이 훨씬 편하기 때문에 성능향상이 필요한 경우에만 valueOf()를 쓰는 편이 좋다.

String을 기본형 값으로 변환

valueOf()를 쓰거나 혹은 parseInt()를 사용하면 된다.

  int i = Integer.parseInt("100");
  int i = Integer.valueOf("100");

valueOf()의 반환 타입은 int가 아니라 Integer인데, 오토박싱에 의해 Integer가 int로 자동 변환된다.

1.3 StringBuffer클래스와 StringBuilder클래스

String클래스는 인스턴스를 생성할 때 지정된 문자열을 변경할 수 없지만 StringBuffer클래스는 변경이 가능하다. 내부적으로 문자열 편집을 위한 Buffer를 가지고 있으며, 인스턴스를 생성할 때 크기를 지정할 수 있다.

StringBuffer클래스는 String클래스와 유사한 점이 많다.

StringBuffer의 생성자

StringBuffer클래스의 인스턴스를 생성할 때, 적절한 길이의 char형 배열이 생성되고, 이 배열은 문자열을 저장하고 편집하기 위한 공간(buffer)으로 사용된다.

인스턴스로 문자열을 다루는 작업을 할 때, 버퍼의 크기가 작업하려는 문자열의 길이보다 작을 때는 내부적으로 버퍼의 크기를 증가시키는 작업이 수행된다. 배열의 길이는 변경될 수 없기 때문에 새로운 배열을 생성해서 이전 배열의 값을 복사해야 한다. 따라서 작업효율이 떨어지기 때문에 처음 생성할 때 충분히 여유있는 크기를 지정해줘야 한다.

StringBuffer의 변경

append()는 반환타입이 StringBuffer인데 자신의 주소를 반환한다. 따라서 아래와 같은 코드를 실행할 경우, sb와 sb2는 같은 주소를 가진다. 즉, 같은 인스턴스를 가리키고 있으며 같은 내용을 출력한다.

  StringBuffer sb = new StringBuffer("abc");
  sb.append("123");
  StringBuffer sb2 = sb.append("ZZ");
  System.out.println(sb);
  System.out.println(sb2);

| 참고 | StringBuffer클래스에는 append()처럼 객체 자신을 반환하는 메서드들이 많다.

StringBuffer의 비교

String클래스에서는 equals메서드를 오버라이딩해서 문자열의 내용을 비교하도록 구현되어 있지만, StringBuffer클래스는 오버라이딩하지 않아서 등가비교연산자로 비교한 것과 같은 결과를 얻는다.

반면에 toString()은 오버라이딩되어 있어서 StringBuffer인스턴스에 호출하면, 담고있는 문자열을 String으로 반환한다. 따라서 문자열을 비교하기 위해서는 toString()으로 호출해서 String인스턴스를 얻은 다음, 여기에 equals메서드를 사용해야 한다.

StringBuilder란?

StringBuffer에서 쓰레드의 동기화를 제거한 것이 StringBuilder이다. 완전히 똑같은 기능으로 작성되어 있어서 참조변수를 선언한 부분과 생성자만 바꾸면 된다. 성능향상이 반드시 필요한 경우를 제외하면 어느 쪽을 쓰든 상관없다.

1.4 Math클래스

Math클래스의 생성자는 접근 제어자가 private이기 때문에 다른 클래스에서 인스턴스를 생성할 수 없도록 되어있다. 메서드는 모두 static이며, 자연로그의 밑 E와 원주율 PI만 정의해 놓았다.

올림, 버림, 반올림

소수점 n번째 자리에서 반올림한 값을 얻기 위해서는 round()를 사용해야 하는데, 이 메서드는 항상 소수점 첫째자리에서 반올림을 해서 정수값(long)을 결과로 돌려준다.

n번째 자리 수에서 반올림된 값을 얻기 위해서는 10의 n제곱으로 곱한 후, round()를 사용해 나온 값을 다시 10의 n제곱으로 나누면 된다.

1.5 래퍼(wrapper) 클래스

기본형 값들을 객체로 변환하여 작업을 수행할 때 사용되는 것이 래퍼(wrapper) 클래스이다. 8개의 기본형을 대표하는 8개의 래퍼클래스가 있는데, 이 클래스들을 이용하면 기본형 값을 객체로 다룰 수 있다.

char형과 int형을 제외한 나머지는 자료형 이름의 첫 글자를 대문자로 한 것이 래퍼 클래스의 이름이고, char형은 Character, int형은 Integer가 래퍼 클래스의 이름이다.

래퍼 클래스의 생성자는 매개변수로 문자열이나 각 자료형의 값들을 인자로 받는다. 객체생성 시에 생성자의 인자로 주어진 각 자료형에 알맞은 값을 내부적으로 저장하고 있으며, 이에 관련된 여러 메서드가 정의되어있다.

래퍼 클래스들은 모두 equals()가 오버라이딩되어 있어서 주소값이 아닌 객체가 가지고 있는 값을 비교한다. 오토박싱이 된다고 해도 객체에 비교연산자를 사용할 수 없기 때문에 compareTo()를 제공한다. 그리고 toString()도 오버라이딩되어 있어서 객체가 가지고 있는 값을 문자열로 변환하여 반환한다.

Number 클래스

Number클래스는 추상클래스로 내부적으로 숫자를 멤버변수로 갖는 래퍼 클래스들의 조상으로 기존 래퍼 클래스들 외에도 BigInteger와 BigDecimal 등이 있다. BigInteger는 long으로도 다룰 수 없는 큰 범위의 정수를, BigDecimal은 double로도 다룰 수 없는 큰 범위의 부동 소수점수를 처리하기 위한 것으로 연산자의 역할을 대신하는 다양한 메서드를 제공한다.

문자열을 숫자로 변환하기

타입.parse타입(String s)형식은 반환값이 기본형이고 타입.valueOf()메서드는 래퍼 클래스 타입을 반환한다. 오토박싱 기능이 도입된 이후부터는 반환값이 기본형일 때와 래퍼클래스일 때의 차이가 없어졌다.

오토박싱 & 언박싱(autoboxing & unboxing)

기본형 값을 래퍼 클래스의 객체로 자동 변환해주는 것을 오토박싱(autoboxing)이라고 하고, 반대로 변환하는 것을 언박싱(unboxing)이라고 한다.

기본형과 참조형 간의 형변환 뿐만 아니라, 참조형 간의 연산도 가능하게 해준다. 하지만 단지 컴파일러가 변환해주는 것일 뿐 자바의 원칙이 바뀐 것은 아니다.

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유용한 클래스

2.1 java.util.Scanner 클래스

Scanner는 화면, 파일, 문자열과 같은 입력소스로부터 문자데이터를 읽어오기 위해 추가되었다. 또한 정규식 표현(Regular expression)을 이용한 라인단위의 검색을 지원하며 구분자(delimiter)에도 정규식 표현을 사용할 수 있어서 복잡한 형태의 구분자도 처리가 가능하다.

2.2 java.util.StringTokenizer 클래스

StringTokenizer는 긴 문자열을 지정된 구분자(delimiter)를 기준으로 토큰(token)이라는 여러 개의 문자열로 잘라내는 데 사용된다.

StringTokenizer이외에도 String의 split(String regex)나 Scanner의 useDelimiter(String pattern)를 사용할 수도 있다. 하지만 이 두 가지 방법은 정규식 표현(Regular expression)을 사용해야하므로 정규식 표현이 익숙하지 않은 경우 StringTokenizer를 사용하는 것이 간단하다.

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