[Java] 배열 이래도 이해가 안된다고?

배열이 필요한 이유에 대해서 알아보기 위해서 학생의 점수를 출력하는 간단한 프로그램을 작성해보겠습니다.

 

만약 학생을 몇 명 더 추가해야 한다면 변수를 선언하는 부분과 점수를 출력하는 부분의 코드도 추가해야 합니다.

학생을 몇명 더 추가하는 것은 개발자가 코딩으로 해결할 수 있겠지만, 학생을 수백 명 이상 추가해야 한다면 코드가

상당히 길어질 것 입니다. 결국 학생 수가 증가함에 따라 코딩 양이 비례해서 증가하는 문제가 발생합니다. 

 

변수를 선언하는 부분을 보면 학생 수가 증가함에 따라 int형 변수를 계속해서 추가해야 한다는 것이고,

학생 수가 5명이면 int형 변수를 5개 선언해야 하고, 학생 수가 100명이라면 int형 변수를 100개 선언해야 합니다.

결국 비슷한 변수를 반복해서 선언하는 문제가 발생합니다.

 

for (int i = 0; i < 6; i++){
            System.out.println("학생" + i + "점수: " + student1);
        }

 

이런식으로 반복문으로 해결할 수 있을 것 같지만,

점수를 출력하는 부분을 보면 각각 변수의 이름이 다르기 때문에 반복문도 적용할 수 없습니다.

 

이렇게 같은 타입의 변수를 반복해서 선언하고 반복해서 사용하는 문제를 해결하는 것이 바로 배열입니다.

 

 

배열의 선언과 생성

 

배열은 같은 타입의 변수를 사용하기 편하게 하나로 묶어둔 것입니다.

이전 예제를 단계적으로 구조를 변경해 배열을 사용하도록 변경해보겠습니다.

 

1. 배열 변수 선언

int[] student; //배열 변수 선언

 

• 배열을 사용하려면 int[ ] student; 와 같이 배열 변수를 선언해야 한다.
• 일반적인 변수와 차이점은 int[ ]처럼 타입 다음에 대괄호( [ ] )가 들어간다는 점이다.
• 배열 변수를 선언한다고 해서 아직 사용할 수 있는 배열이 만들어진 것은 아니다.

• int a에는 정수를, double b에는 실수를 담을 수 있다.
• int[ ] student와 같은 배열 변수에는 배열을 담을 수 있다.
• 배열 변수에는 10,20 같은 값이 아니라 배열이라는 것을 담을 수 있다.

2. 배열 생성

student = new int[5]; //배열 생성

 

• 배열을 사용하려면 배열을 생성해야 한다.
• new int[5]라고 입력하면 위에 그럼과 같이 총 5개의 int형 변수가 만들어진다.
• new는 새로 생성한다는 뜻이고, int[5]는 int형 변수 5개라는 뜻이다.                                                                           
• 따라서 int형 변수 5개를 다룰 수 있는 배열을 새로 만든다는 뜻이다.

앞서 int student1, int student2  · · · int student5 까지 총 5개의 변수를 직접 선언 했었습니다.

배열을 사용하면 이런 과정을 한번에 깔끔하게 처리할 수 있겠죠?

 

배열의 초기화

• new int[5] 라고 하면 총 5개의 int형 변수가 만들어진다.
• 자바는 배열을 생성할 때 그 내부값을 자동으로 초기화한다.
• 숫자는 0, boolean은 false, String은 null로 초기화 된다.

 

3. 배열 참조값 보관

student = x001; //배열 참조값 보관

여기서 x001 이라고 표현한 것은 참조값이다.

 

• new int[5]로 배열을 생성하면 배열의 크기만큼 메모리를 확보한다. (4byte * 5 => 20byte)
• 배열을 생성하고 나면 자바는 메모리 어딘가에 있는 이 배열에 접근할 수 있는 참조값(주소)(x001)을 반환한다.
• 앞서 선언한 배열 변수인 int[ ] student에 생성된 배열의 참조값(x001)을 보관한다.
• int[ ] student 변수는 new int[5]로 생성한 배열의 참조값을 가지고 있다.
• int[ ] student 변수의 참조값을 통해 메모리에 있는 실제 배열에 접근하고 사용할 수 있다. (참조값을 통한 배열 참조)

참고로 배열을 생성하는 new int[5] 자체에는 아무런 이름이 없습니다. 그냥 int형 변수를 5개 연속으로 만드는 것 입니다.

따라서 생성한 배열에 접근하는 방법이 필요하는데,  따라서 배열을 생성할 때 반환되는 참조값을 어딘가에 보관해두어야

합니다. 앞서 int[ ] student 변수에 참조값(x001)을 보관해두었습니다. 이 변수를 통해서 이 배열에 접근할 수 있습니다.

 

int[] student = new int[5]; //1. 배열생성
int[] student = x001; //2. new int[5]의 결과로 x001 참조값 반환
student = x001 //3. 참조값 보관

 

참조값을 확인해 보고 싶다면 다음과 같이 배열의 변수를 출력해보면 됩니다.

System.out.println(student);

 

[ I는 int형 배열을 뜻한다. @뒤에 16진수는 참조값을 뜻한다.

 

지금은 생성한 배열을 참조할 수 있는, 메모리의 주소를 나타내는 특별한 값이 있다는 정도만 이해하면 충분합니다.

 

배열 사용

인덱스

배열은 변수와 사용법이 비슷한데, 차이점이 있다면 다음과 같이 [ ] 사이에 숫자 번호를 넣어주면 됩니다.

배열의 위치를 나타내는 숫자를 인덱스(index)라고 합니다.

//변수 값 대입 (배열은 0번 부터 시작)
student[0] = 90;
student[1] = 80;

//변수 값 사용
System.out.println("학생1 점수: " + student[0]);
System.out.println("학생1 점수: " + student[1]);

 

 

배열은 0부터 시작한다

 

new int[5]와 같이 5개의 요소를 가지는 int형 배열을 만들었다면 인덱스 0,1,2,3,4가 존재합니다.

여기서 주의해야 할 점이 있는데 인덱스는 0부터 시작한다는 것입니다. 배열의 요소를 5개로 생성했지만,

인덱스는 0부터 시작하는데, 따라서 사용 가능한 인덱스의 범위는 0 ~ (n-1)이 됩니다.

그래서 student[4]가 배열의 마지막 요소입니다.

 

만약 student[5]와 같이 접근 가능한 배열의 인덱스 범위를 넘어가면 다음과 같은 오류가 발생합니다.

 

인덱스 허용 범위를 넘어설 때 발생하는 오류

 

배열에 값 대입

배열에 값을 대입하든 배열의 값을 사용하든 간에 일반적인 변수와 사용법은 같습니다.

추가로 [ ]를 통해 인덱스만 넣어주면 됩니다.

student[0] = 90; //1. 배열에 값을 대입
x001[0] = 90; //2. 변수에 있는 참조값을 통해 실제 배열에 접근.
// 인덱스를 사용해서 해당 위치의 요소에 접근, 값 대입

student[1] = 80; //1. 배열에 값을 대입
x001[1] = 80; //2. 변수에 있는 참조값을 통해 실제 배열에 접근.
// 인덱스를 사용해서 해당 위치의 요소에 접근, 값 대입

 

배열에 값 읽기

배열을 사용하면 이렇게 참조값을 통해서 실제 배열에 접근하고 인덱스를 통해서 원하는 요소를 찾습니다.

// 1. 변수 값 읽기
System.out.println("학생1 점수: " + student[0]);
// 2. 변수에 있는 참조값을 통해 실제 배열에 접근. 인덱스를 사용해서 해당 위치의 요소에 접근
System.out.println("학생1 점수: " + x001[0]);
// 3. 배열의 값을 읽어옴
System.out.println("학생1 점수: " + 90);

 

 

기본형 vs 참조형

자바의 변수 데이터 타입을 가장 크게 보면 기본형과 참조형으로 분류할 수 있다. 사용하는 값을 직접 넣을 수 있는 기본형,

그리고 방금 본 배열 변수와 같이 메모리의 참조값을 넣을 수 있는 참조형으로 분류할 수 있습니다.

• 기본형(Primitive Type): 우리가 지금까지 봤던 int, long, double, boolean처럼 변수에 사용할 값을                          직접 넣을 수 있는 데이터 타입을 기본형(Primitive Type)이라 한다.
• 참조형(Reference Type): int[ ] student와 같이 데이터에 접근하기 위한 참조(주소)를 저장하는 데이터 타입을            참조형(Reference Type)이라 한다. 뒤에서 학습하는 객체나 클래스를 담을 수 있는 변수들도 모두 참조형이다.

배열은 왜 이렇게 복잡하게 참조형을 사용할까? 지금까지 배운 변수처럼 단순히 그 안에 값을 넣고 사용하면 되는 것

아닐까? 기본형은 모두 사이즈가 명확하게 정해져 있습니다.

int i; //4byte
long l; //8byte
double d; //8byte

 

그런데 배열은 다음과 같이 동적으로 사이즈를 변경할 수 있습니다.

int size = 10000; // 사용자가 입력한 값을 넣었다고 가정해보자.
new int[size]; // 이 코드가 실행되는 시점에서 배열의 크기가 정해진다.

• 기본형은 선언과 동시에 크기가 정해진다. 따라서 크기를 동적으로 바꾸거나 할 수는 없다. 반면에 앞서본 배열과 같은 참조형은 크기를 동적으로 할당할 수 있다. 예를 들어 위에 코드처럼 Scanner를 사용해서 사용자 입력에 따라 size  변수의 값이 변하고, 생성되는 배열의 크기도 달라질 수 있다. 이런 것을 동적 메모리 할당이라 한다. 기본형은 선언과 동시에 사이즈가 정적으로 정해지지만, 참조형을 사용하면 이처럼 동적으로 크기가 변해서 유연성을 제공할 수 있다.                              
• 기본형은 사용할 값을 직접 저장한다. 반면에 참조형은 메모리에 저장된 배열이나 객체의 참조를 저장한다. 이로 인해 참조형은 더 복잡한 데이터 구조를 만들고 관리할 수 있다. 반면 기본형은 더 빠르고 메모리를 효율적으로 처리한다.

배열 리펙토링

배열 리펙토링 - 변수 값 사용

이제 배열을 사용해서 코드를 단계별로 리펙토링 해봅시다.

리펙토링
리펙토링(Refactoring)은 기존의 코드 기능은 유지하면서 내부 구조를 개선하여 가독성을 높이고, 유지보수를 용이하게 하는 과정을 뜻한다. 이는 중복을 제거하고, 복잡성을 줄이며, 이해하기 쉬운 코드로 만들기 위해 수행된다. 리펙토링은 버그를 줄이고, 프로그램의 성능을 향상시킬 수도 있으며, 코드의 설계를 개선하는 데에도 도움이 된다.
쉽게 이야기해서 작동하는 기능은 똑같은데, 코드를 개선하는 것을 리펙토링이라 한다.

 

먼저 변수의 값을 사용한 부분을 변경해보자.

//변수 값 사용
System.out.println("학생1 점수: " + student[0]);
System.out.println("학생2 점수: " + student[1]);
System.out.println("학생3 점수: " + student[2]);
System.out.println("학생4 점수: " + student[3]);
System.out.println("학생5 점수: " + student[4]);

 

변수명이 student로 같기 때문에 숫자가 반복되는 부분만 해결하면 반복문을 도입할 수 있을 것 같습니다.

for문을 사용해서 문제를 해결해볼까요?

반복문을 사용해서 배열을 통해 값을 사용하는 부분을 효과적으로 변경했다.

 

• 배열의 인덱스는 0부터 시작하기 떄문에 반복문에서 i = 0 초기값으로 사용했다.

student.length

• 배열의 길이를 제공하는 특별한 기능이다.
• 참고로 이 값은 조회만 할 수 있다. 대입을 할 수 없다.
• 현재 배열의 크기가 5이기 때문에 여기서는 5가 출력된다.

• for문의 조건이 i < student.length이기 때문에 i는 0, 1, 2, 3, 4까지만 반복된다.
• i가 5가 되면 5 < 5가 되면서 조건이 거짓이 되고, 반복을 종료한다.

배열 리펙토링 - 초기화

배열은 { }를 사용해서 생성과 동시에 편리하게 초기화 하는 기능을 제공합니다.

 

오류

int[] student;
student = new int[5]{90, 80, 70, 60, 50};

 

배열 리펙토링 - 간단한 배열 생성

 

배열은 { }만 사용해서 생성과 동시에 편리하게 초기화 하는 기능을 제공한다.

 

배열의 편리한 초기화

int[] student = {90, 80, 70, 60, 50};

 

단 이때는 예제와 같이 배열 변수의 선언을 한 줄에 함께 사용할 때만 가능하다.

물론 이렇게 하더라도 자바가 내부에서 배열 요소의 크기를 보고 new int[5]를 사용해서 배열을 생성한다.

따라서 기존 코드를 조금 더 편리하게 사용할 수 있는 편의 기능이라 생각하면 된다.

 

오류

int student;
student = {90, 80, 70, 60, 50};

 

 

이제 학생의 점수를 추가해도 {90, 80, 70 ,60, 50}의 내용만 변경하면 나머지 코드는 변경하지 않아도 됩니다.

배열을 사용한 덕분에 프로그램을 전체적으로 잘 구조화 할 수 있었습니다.