06-5. 인스턴스 멤버와 정적 멤버

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06. 클래스

06-5. 인스턴스 멤버와 정적 멤버

인스턴스(instance) 멤버

객체마다 가지고 있는 멤버

객체(인스턴스)를 생성한 후 사용할 수 있는 필드와 메소드

• 인스턴스 필드 : 힙 영역의 객체마다 가지고 있는 필드로, 객체마다 다른 데이터를 저장한다.
• 인스턴스 메소드 : 객체가 있어야 호출 가능한 메소드로, 클래스코드(메소드 영역)에 위치하지만 이해하기 쉽도록 객체마다 가지고 있는 메소드라고 생각할 수 있다.

 

정적(static) 멤버

객체와 상관없는 멤버, 클래스에 고정된 멤버

클래스코드(메소드 영역)에 위치한다.

• 정적 필드 및 상수 : 객체없이 클래스만으로도 사용 가능한 필드
• 정적 메소드 : 객체없이 클래스만으로도 호출 가능한 메소드

 

06-5-1. 인스턴스 멤버와 this

인스턴스 필드는 객체마다 따로 존재하고, 인스턴스 메소드는 메소드 영역에 저장되고 공유된다.

인스턴스 메소드는 객체에 소속된 멤버인데 왜 객체 내부에 존재하지 않고 메소드 영역에 존재할까?

메소드는 코드 블록이므로 객체마다 동일한 코드 블록을 가지고 있을 필요가 없기 때문이다.

하지만 메모리 블록 내부에서 인스턴스 필드가 사용되는 경우에는 메소드 역시 객체 없이는 실행할 수 없기 때문에 인스턴스라는 용어가 앞에 붙게 된 것이다.

 

this

객체 외부에서 인스턴스 멤버에 접근하기 위해 참조 변수를 사용하는 것과 마찬가지로, 객체 내부에서도 인스턴스 멤버에 접근하기 위해 this를 사용할 수 있다.

객체는 자신을 가리킬 때 this라고 한다.

this는 주로 생성자와 메소드의 매개 변수 이름이 필드와 동일한 경우, 인스턴스 멤버인 필드임을 명시하고자 할 때 사용된다.

 

06-5-2. 정적 멤버와 static

static(정적)은 '고정된'이란 의미다.

정적 멤버는 클래스에 고정된 멤버로서 객체를 생성하지 않고 사용할 수 있는 필드와 메소드를 말한다.

정적 필드와 정적 메소드는 클래스에 고정된 멤버이므로 클래스 로더가 클래스(바이트 코드)를 로딩해서 메소드 메모리 영역에 적재할 때 클래스별로 관리된다.

따라서 클래스의 로딩이 끝나면 바로 사용할 수 있다.

 

정적 멤버 선언

정적 필드와 정적 메소드를 선언하려면 필드와 메소드 선언 시 static 키워드를 추가적으로 붙이면 된다.

public class 클래스 {
    //정적 필드
    static 타입 필드 [= 초기값];
    
    //정적 메소드
    static 리턴타입 메소드이름(매개변수 선언, ...) { ... };
}

 

필드를 선언할 때 인스턴스 필드로 선언할 것인가 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.

 

메소드 역시 인스턴스 메소드로 선언할 것인가 정적 메소드로 선언할 것인가의 판단 기준이 필요하다.

인스턴스 필드를 포함하고 있다면 인스턴스 메소드로 선언하고, 인스턴스 필드를 포함하고 있지 않다면 정적 메소드로 선언한다.

 

정적 멤버 사용

클래스 이름과 함께 도트연산자(.)로 접근한다.

 

예시1. 정적 멤버 사용

public class Calculator {

    static double pi = 3.14159;
    
    static int plus(int x, int y) {
        return x + y;
    }
    
    static int minus(int x, int y) {
        return x - y;
    }
}

 

예시2. 정적 멤버 사용

public class CalculatorExample {

    public static void main(String[] args) {

        double result1 = 10 * 10 * Calculator.pi;
        int result2 = Calculator.plus(10, 5);
        int result3 = Calculator.minus(10, 5);
        
        System.out.println("result1 : " + result1);
        System.out.println("result2 : " + result2);
        System.out.println("result3 : " + result3);
    }
}

result1 : 314.159

result2 : 15

result3 : 5

 

정적 메소드 선언 시 주의할 점

객체가 없어도 실행된다는 특징 때문에 정적 메소드를 선언할 때에는 이들 내부에 인스턴스 필드나 인스턴스 메소드를 사용할 수 없다.

또한 객체 자신의 참조인 this 키워드도 사용이 불가능하다.

정적 메소드에서 인스턴스 멤버를 사용하고 싶다면 먼저 객체를 생성하고, 참조 변수로 접근해야 한다.

 

06-5-3. 싱글톤(Singleton)

전체 프로그램에서 단 하나의 객체만 만들도록 보장해야 하는 경우가 있다.

단 하나만 생성된다고 해서 이 객체를 싱글톤(Singleton)이라고 한다.

 

싱글톤을 만드려면 클래스 외부에서 new 연산자로 생성자를 호출할 수 없도록 막아야 한다.

생성자를 호출한 만큼 객체가 생성되기 때문이다.

생성자를 외부에서 호출할 수 없도록 막으려면 생성자 앞에 private 접근 제한자를 붙여주면 된다.

그리고 자신의 정적 타입인 정적 필드를 하나 선언하고 자신의 객체를 생성해 초기화한다.

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.

 

예시1. 싱글톤

public class Singleton {

    //정적 필드
    private static Singleton singleton = new Singleton();
    
    //생성자
    private Singleton() {}
    
    //정적 메소드
    static Singleton getInstance() {
        return singleton;
    }
}

외부에서 객체를 얻는 유일한 방법은 getInstance() 메소드를 호출하는 방법이다.

 

예시2. 싱글톤 객체

public class SingletonExample {

    public static void main(String[] args) {

        Singleton obj1 = Singleton.getInstance();
        Singleton obj2 = Singleton.getInstance();
        
        if(obj1 == obj2) {
            System.out.println("같은 Singleton 객체입니다.");
        } else {
            System.out.println("다른 Singleton 객체입니다.");
        }
    }
}

같은 Singleton 객체입니다.

 

06-5-4. final 필드와 상수

final 필드

초기값이 저장되면 이것이 최종적인 값이 되어서 프로그램 실행 도중에 값을 수정할 수 없는 필드를 말한다.

 

final 필드는 다음과 같이 선언한다.

final 타입 필드 [= 초기값];

 

final 필드의 초기값을 주는 방법은 딱 두 가지가 있다.

첫 번째는 필드 선언 시에 주는 방법이다.

단순 값이라면 필드 선언 시에 주는 것이 제일 간단하다.

두 번째는 생성자에서 주는 방법이다.

복잡한 초기화 코드가 필요하거나 객체 생성 시에 외부 데이터로 초기화해야 한다면 생성자에서 초기값을 지정해야 한다.

 

예시1. final 필드 선언과 초기화

public class Person {

    final String nation = "대한민국";
    final String ssn;
    String name;
    
    public Person(String ssn, String name) {
        this.ssn = ssn;
        this.name = name;
    }
}

 

예시2. final 필드 테스트

public class PersonExample {

    public static void main(String[] args) {

        Person p1 = new Person("123456-1234567", "홍길동");
        
        System.out.println(p1.nation);
        System.out.println(p1.ssn);
        System.out.println(p1.name);
        
        //p1.nation = "미국";
        //p1.ssn = "654321-7654321";
        p1.name = "홍길서";
    }
}

대한민국

123456-1234567

홍길동

 

상수(constant)

일반적으로 불변의 값을 상수(static final)라고 한다.

수학에서 사용되는 원주율 파이(π)나 지구의 둘레, 무게 등이 해당된다.

이러한 불변의 값을 저장하는 필드를 자바에서는 상수(constant)라고 한다.

 

final 필드는 한 번 초기화되면 수정할 수 없는 필드이지만 final 필드를 상수라고 부르지는 않는다.

왜냐하면 불변의 값은 객체마다 저장할 필요가 없는 공용성을 띠고 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 static이면서 final이어야 한다.

static final 필드는 객체마다 존재하지 않고 클래스에만 존재한다. 그리고 한 번 초기값이 저장되면 변경할 수 없다.

 

static final 타입 상수 = 초기값;

 

상수 이름은 모두 대문자로 저장하는 것이 관례이며, 만약 서로 다른 단어가 혼합된 이름이라면 언더바(_)로 단어들을 연결해준다.

 

예시1. 상수 선언

public class Earth {

    static final double EARTH_RADIUS = 6400;
    static final double EARTH_AREA = 4 * Math.PI * EARTH_RADIUS * EARTH_RADIUS;
}

 

예시2. 상수 사용

public class EarthExample {

    public static void main(String[] args) {

        System.out.println("지구의 반지름 : " + EARTH_RADIUS + "km");
        System.out.println("지구의 표면적 : " + EARTH_AREA + "km^2");
    }
}

지구의 반지름 : 6400.0 km

지구의 표면적 : 5.147185403641517E8 km^2