[Java] java.lang패키지

java.lang 패키지

• 자바 프로그래밍에서 가장 기본이 되는 클래스들을 포함

  • import문 없이 사용할 수 있음

• 자주 사용되는 클래스

  • Object 클래스 / String 클래스 / StringBuffer & StringBuilder 클래스 / Math 클래스 / 래퍼(wrapper)클래스

Object 클래스

• 모든 클래스의 최고 부모(조상/시조)클래스

• Object 클래스의 멤버들은 모든 클래스에서 바로 사용 가능

• 멤버변수는 없고 11개의 메서드만 가지고 있음

Object 클래스 - clone의 사용 예

int[] arr = {1, 2, 3, 4, 5};

// clone을 이용한 복사
int[] arrCloneA = arr.clone();

// System.arraycopy()를 이용한 복사
int[] arrCloneB = new int[arr.length];              // 배열 생성
System.arraycopy(arr, 0, arrCloneB, 0, arr.length); // 배열 복사


/* clone을 이용한 복사 대상
 * array(배열)
 * java.util 패키지의 Vector, ArrayList, LinkedList, HashSet, TreeSet
 *                   , HashMap, TreeMap, Calendar, Data
 * Cloneable 인터페이스를 구현한 클래스
 */
ArrayList listA = new ArrayList();
              ...
ArrayList listB = (ArrayList)list.clone();

Object 클래스 - class 객체

• 클래스의 모든 정보를 담고 있음

• 클래스 당 1개만 존재

• 클래스 파일이 클래스로더(ClassLoader)에 의해 메모리에 올라갈 떄 자동으로 생성됨

• 클래스로더(ClassLoader)

  • 실행 시에 필요한 클래스를 동적으로 메모리에 로드

  • 기존에 생성된 클래스 객체가 메모리에 존재하는지 확인

  • 메모리에 존재하면 객체의 참조를 반환
    메모리에 존재하지 않으면 클래스 패스(classpath)에 지정된 경로를 따라서 클래스 파일을 찾음

  • 클래스 파일을 찾으면 해당 클래스 파일을 읽어서 Class 객체로 변환
    클래스 파일을 못찾으면 ClassNotFoundException 발생

  • 클래스 파일을 메모리에 로드하고 변환

• 파일 형태로 저장되어 있는 클래스를 읽어서 Class 클래스에 정의된 형식으로 변환하는 것

• 클래스 파일을 읽어서 사용하기 편한 형태로 저장해놓은 것

/* Class 객체 얻기 */
Class cObj = new Sunny().getClass(); // 생성된 객체로부터 얻기
Class cObj = Sunny.class;            // 클래스 리터럴(.*class)로부터 얻기
Class cobj = Class.forName("Sunny"); // 클래스 일므으로 부터 얻기

/* 객체 생성하기 */
Sunny s = new Sunny();               // new 연산자를 이용해 객체 생성
Sunny s = Sunny.class.newInstance(); // Class 객체를 이용해 객체 생성
  //newInstance()는 InstantiationException 발생 가능하므로 예외처리 필요

// 추가 동적으로 객체 생성 및 메서드를 호출하는 방법 : 리플렉션API(reflection API) 검색
// Java API문서에서 Class 객체를 찾아보면 클래스의 정보를 얻을 수 있는 많은 수의 메서드가 있음

String 클래스

• Java에서 제공하는 문자열을 위한 클래스

  • 문자열을 저장하고 이를 다루는데 필요한 메서드를 제공

• 변경 불가능한(immutable) 클래스

  • 앞에 final이 붙어있으므로 상속 불가

  • String클래스는 문자열을 저장하기 위해서 문자열 배열 변수(char[]) value를 인스턴스 변수로 정의

  • 인스턴스 생성 시 생성자의 매개변수로 입력받는 문자열은 이 인스턴스 변수(value)에 문자형 배열(char[])로 저장

  • 한번 생성된 String 인스턴스가 갖고 있는 문자열은 읽어올 수만 있고, 변경할 수는 없음

String 클래스 - 문자형 결합

• 새로운 문자열이 담긴 String 인스턴스를 생성하는 것 → 결합 횟수를 줄이는 것이 좋음

• 문자열을 다루는 작업이 많이 필요하다면

  • String 사용시 새로운 인스턴스를 계속 생성하여 메모리공간을 차지

  • StringBuffer클래스를 사용하는 것이 좋음(문자열 변경 가능하기 때문)

String 클래스 - 문자형 비교 방법 2가지

• 문자열 리터럴을 지정

• 이미 존재하는 리터럴을 재사용함

  • String strA = “abc”; // 문자열 리터럴 “abc”의 주소가 strA, strB에 저장됨
    String strB = “abc”; // 같은 주소값 저장

  • strA.equals(strB) → true : 값 비교
    strA==strB → true : 주소값 비교

• String 클래스의 생성자를 사용

  • new 연산자에 의해서 메모리 할당이 이루어짐 (늘 새로운 String 인스턴스)

  • String strA = new String(“abc”); // 새로 String 인스턴스가 생성되기 때문에
    String strB = new String(“abc”); // 다른 주소값

  • strA.equals(strB) → true : 값 비교
    strA==strB → false : 주소값 비교

String 클래스 - 문자열 리터럴

• 자바 소스파일에 포함된 모든 문자열 리터럴은 컴파일 시에 클래스 파일에 저장

  • 클래스파일에 소스파일에 포함된 모든 리터럴의 목록이 있음

  • 해당 클래스파일이 클래스 로더에 의해 메모리에 올라갈 때, 이 리터럴의 목록에 있는 리터럴들이 JVM내에 있는 상수 저장소(constant pool)에 저장

• 같은 내용의 문자열 리터럴은 한 번만 저장

  • 문자열 리터럴도 String 인스턴스이고, 한 번 생성하면 내용을 변경할 수 없으니 하나의 인스턴스를 공유하면 되기 때문

String 클래스 - 빈 문자열(empty string)

• char형 배열도 길이가 0인 배열을 생성할 수 있고, 이 배열을 내부적으로 가지고 있음

  • (길이가 0인 배열은 존재할 수 있음 - C언어는 불가)

• String s = “”; 일 때, 참조변수 s가 참조하고 있는 String 인스턴스는 내부에 ‘new char[0]’같이 길이가 0인 char형 배열을 저장

  • char c = ‘‘;는 불가 → char는 반드시 한 개의 문자를 지정해야 함 > char c = ‘ ‘;

• String의 초기화

  • 보통 각 타입의 기본값으로 초기화함

  • String은 기본값인 null보다는 빈 문자열로, char는 기본값인 ‘\u000’대신 공백으로 초기화하는 것이 보통

String 클래스 - 자주 쓰는 생성자와 메서드

String 클래스 - join()과 StringJoiner (JDK 1.8~)

• join : 여러 문자열 사이에 구분자를 넣어서 결합

  • split과 반대의 작업

• StringJoiner : 구분자, 시작문자, 끝문자 지정해놓고 문자열을 add해서 추가

/* String의 join(String str) 메서드 */
String weather = "Sunny,Cloudy,Windy";
String[] arr = weather.split(",");  // weather 문자열을 ','를 구분자로 나눠서 배열에 저장
String str = String.join("&", arr); // arr 배열의 문자열을 "&"로 구분 결합
System.out.println(str);            // Sunny-Cloudy-Windy

/* java.util.StringJoiner 클래스 */
import java.util.StringJoiner // import 필요

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

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

System.out.println(sj.toString()); // [AAA,BBB,CCC]

String 클래스 - 유니코드의 보충문자

• String의 매개변수 타입이 char인 것이 있고 int 인 것이 있음

  • char ch : 문자 지원

  • int ch: 문자 지원 + 보충문자 지원

• 보충문자(supplementary characters)

  • 유니코드는 원래 2byte, 즉 16bit 문자체계인데, 이걸로 모자라서 20비트로 확장하게 됨(JDK 1.5~)

  • 확장한 문자는 하나의 char타입으로 다루지 못하고, int 타입으로밖에 다루지 못함

String 클래스 - 문자 인코딩 변환

• getBytes(String charsetName)를 사용하면, 문자열의 문자 인코딩을 다른 인코딩으로 변경할 수 있음

• 문자 인코딩

  • 자바 : UTF-16 사용

  • 문자열 리터럴에 포함되는 문자 : OS의 인코딩

  • 한글 윈도우즈 : CP949(MS949) 사용

• 한글 인코딩

  • UTF-8 : 한글 한 글자를 3 byte로 표현 / ‘가’ : ‘0xEAB080’

  • CP949(MS949) : 한글 한 글자를 2 byte 표현 / ‘가’ : ‘0xB0A1’

• 사용 가능한 문자 인코딩 목록

  • System.out.println(java.nio.charset.Charset.availableCharsets());로 모두 출력 가능

• 문자열을 UTF-8로 변경하기

  • byte[] utf8_str = “가”.getBytes(“UTF-8”); // 문자열을 UTF-8로 변환

  • String str = new String(utf8_str, “UTF-8”); // byte 배열을 문자열로 변환

String 클래스 - String.format()

• 형식화된 문자열을 만들어내는 간단한 방법

• pritnf와 사용법이 완전히 동일

• 예제

String str = String.format("%s는 %s입니다.", "날씨", "맑음");
System.out.println(str) → 날씨는 맑음입니다.

String 클래스 - 기본형 값을 String으로 변환

• 숫자 + ““(빈 문자열)

  • 사용이 편리 (많이 씀)

• valueOf(숫자)

  • 성능이 더 좋음

String 클래스 - 참조형 값을 String으로 변환

• 참조변수 + String

  • 참조변수가 가리키는 인스턴스의 toString()을 호출하여 String을 얻어온 후 결합

StringBuffer & StringBuilder 클래스 - StringBuffer 개념

• String 클래스는 인스턴스 내부를 수정할 수 없지만 StringBuffer는 변경 가능

  • 내부적으로 문자열 편집을 위한 버퍼(buffer)를 가지고 있음

  • StringBuffer 인스턴스 생성시 크기 지정 가능

• Buffer 크기는 문자열 길이를 고려하여 적당히 잡아줘야 함

  • 편집중인 문자열이 버퍼의 길이를 넘어서면, 길이를 늘려주는 작업이 추가로 수행되어야 하기 때문에 효율이 떨어짐

  • 버퍼가 너무 크면, 메모리를 많이 차지

• String 클래스와 비슷하게 문자열을 저장하기 위한 char형 배열의 참조변수를 인스턴스 변수로 선언

• StringBuffer 인스턴스가 생성될 때, char형 배열이 생성되고, 이 때 생성된 char형 배열을 인스턴스변수가 참조하게 됨

StringBuffer & StringBuilder 클래스 - StringBuffer 생성자

• StringBuffer클래스의 인스턴스를 생성

  • 적절한 길이의 char형 배열이 생성

  • 문자열을 저장하고 편집하기 위한 공간(buffer)으로 사용

• 생성시에는 생성자 StringBuffer(int length)를 사용하여 충분히 여유있는 크기로 지정하는 것이 좋음

  • 지정하지 않을 경우 16개의 문자를 저장할 수 있는 크기의 버퍼 생성

  • StringBuffer(String str)을 사용하면 문자열의 길이 + 16개의 문자를 저장할 수 있는 크기의 버퍼 생성

• 버퍼의 크기가 사용하려는 것보다 작으면

  • 배열의 길이는 변경될 수 없으므로 새로운 길이의 배열을 생성한 후 이전 배열의 값을 복사

StringBuffer & StringBuilder 클래스 - StringBuffer 변경

• String과 달리 StringBuffer는 내용을 변경할 수 있음

• StringBuffer명.append(String str);

  • StringBuffer명에 str를 추가함

  • 반환타입은 StringBuffer : 자신의 주소를 반환(값 반환 X)

StringBuffer & StringBuilder 클래스 - StringBuffer 비교

• equals

  • String클래스 : equals 메서드를 오버라이딩해서 문자열의 내용을 비교하도록

  • StringBuffer클래스 : equals 메서드를 오버라이딩하지 않음

  • equals와 ==이 결과가 같음

• toString()

  • StringBuffer클래스 : 오버라이딩 되어있음

  • 담고 있는 문자열을 String으로 변환

• StringBuffer 인스턴스끼리 문자열을 비교하려면?

  • StringBuffer인스턴스의 toString() 메소드 호출 후 equals 메서드로 비교

StringBuffer & StringBuilder 클래스 - 생성자와 메서드

• String클래스와 유사한 메서드가 많음

• 추가, 변경, 삭제와 같이 저장된 내용을 변경할 수 있는 메서드들이 추가로 제공

StringBuffer & StringBuilder 클래스 - StringBuilder

• StringBuffer vs StringBuilder

  • StringBuffer : 멀티쓰레드에 안전(thread safe)하도록 동기화

  • 동기화가 StringBuffer의 성능을 떨어뜨림

  • 멀티쓰레드로 작성된 프로그램이 아닌 경우, 동기화는 불필요하게 성능만 떨어뜨림

  • 충분히 성능이 좋기 때문에 성능 향상이 반드시 필요한 경우를 제외하면 굳이 StringBuilder로 바꿀 필요는 없음

• StringBuilder : StringBuffer에서 쓰레드 동기화 제거

  • 기능은 동일

Math 클래스

• 기본적인 수학계산에 유용한 메서드로 구성

• 생성자의 접근제어가 private이므로 다른 클래스에서 Math인스턴스 생성 불가

• 메서드는 모두 static

• 상수 2개 선언되어 있음

  • 자연로그의
    public static final double E = 2.7182818284590452354;

  • 원주율
    public static final double PI = 3.14159265358979323846;

• 삼각함수와 지수, 로그

  • sqrt() : 제곱근 계산

  • pow() : n제곱 계산

  • 삼각함수 제공

Math 클래스 - 예외를 발생시키는 메서드

• 메서드 이름에 ‘Exact’가 포함된 메서드들이 JDK 1.8부터 새로 추가

• 일반 연산자와 차이

  • 일반 연산자 : 단지 결과를 반환할 뿐, 오버플로우의 발생여부에 대해 알려주지 않음

  • 예외를 발생시키는 메서드 : 오버플로우 발생시 예외(ArimeticException)를 발생

• 종류

  • int addExact(int a, int b) // a + b

  • int subtractExact(int a, int b) // a - b

  • int multiplyExact(int a, int b) // a * b

  • int incrementExact(int a) // a++

  • int decrementExact(int a) // a–

  • int negateExact(int a) // -a - 부호를 바꾸는 식은 -a +1이니까 오버플로우 발생가능

  • int toIntExact(long value) // (int)value - int로의 형변환

Math 클래스 - StrictMath클래스

• Math클래스는 최대한의 성능을 얻기 위해 JVM이 설치된 OS의 메서드를 호출해서 사용

• 즉, OS 의존적

• 부동소수점 계산을 예로 들면, 반올림의 처리방법 설정이 OS마다 다를 수 있기 때문에 자바로 작성된 프로그램임에도 컴퓨터마다 결과가 다를 수 있음

• Math 클래스의 위와 같은 차이를 없애기 위해 성능을 다소 포기하는 대신,
  어떤 OS에서 실행되어도 항상 같은 결과를 얻도록 Math클래스를 재작성한 것이 StrictMath 클래스

Math 클래스 - 자주 쓰이는 메서드

래퍼(wrapper) 클래스 - 서론(JAVA)

• 객체지향 개념에서는 모든 것이 객체로 다루어져야 하는데, 자바에서는 8개의 기본형을 객체로 다루지 않음

  • 자바가 완전한 객체지향 언어가 아니라는 얘기를 듣는 이유

  • 대신 높은 성능을 얻을 수 있었음

• 기본형(primitive type) 변수를 객체로 다뤄야 하는 경우도 있음 → 객체로 변환하여 작업을 수행해야 함

  • 매개변수로 객체를 요구할 때

  • 기본형 값이 아닌 객체로 저장해야 할 때

  • 객체 간의 비교가 필요할 때

  • etc…

래퍼(wrapper) 클래스

• 기본형 변수를 객체로 변환할 때 사용되는 것

  • 이 클래스들을 이용하면 기본형 값을 객체로 다룰 수 있음

• 8개의 기본형을 대표하는 8개의 래퍼클래스가 있음

• 생성자는 매개변수로 문자열이나 각 자료형의 값들을 인자로 받음

  • (주의) 생성자의 매개변수로 문자열을 제공할 때, 각 자료형에 알맞은 문자열을 사용해야 함

  • 예) Integer면 “1”은 되지만 “1.0”은 실수타입이라 안 됨

• 모두 equals()가 오버라이딩 되어있음

  • 주소값이 아닌 객체가 갖고있는 값을 비교

  • 값을 비교할 땐 비교연산자 사용 불가 → compareTo() 사용

• toString()도 오버라이딩 되어있음

  • 객체가 갖고있는 값을 문자열로 변환

• 공통 static 상수

  • MAX_VALUE, MIN_VALUE, SIZE, TYPE … etc

  • BYTES(JDK 1.8 ~)

래퍼(wrapper) 클래스 - Number클래스

• 추상클래스

• 내부적으로 숫자를 멤버변수로 갖는 래퍼클래스들의 조상

public abstract class Number implements java.io.Serializable {
    public abstract int intValue();
    public abstract long longValue();
    public abstract float floatValue();
    public abstract double doubleValue();
    
    public byte byteValue() {
        return (byte)intValue();
    }
    public short shortValue() {
        return (short)intValue();
    }
}

• 래퍼클래스의 상속 계층도

- Object - Boolean
         - Character
         - Number - Byte, Short, Integer, Long, Float, Double, BigInteger, BigDecimal

BigInteger, BigDecimal

• BigInteger - long으로도 다룰 수 없는 큰 범위의 정수를 처리하기 위한 것

• BigDecimal - double로도 다룰 수 없는 큰 범위의 부동 소수점수를 처리하기 위한 것

• 연산자의 역할을 대신하는 다양한 메서드 제공

• 실제 소스 → 객체가 가지고 있는 값을 숫자와 관련된 기본형으로 반환하는 메서드들을 정의

래퍼(wrapper) 클래스 - 문자열을 숫자로 변환하기

• 첫 번째 방법. int i1 = new Integer(“100”).intValue(); // floatValue(), longValue(), …

  • 오토박싱. 언박싱 도입되어 이렇게 사용 가능하지만 성능은 좀 더 느림

• 두 번째 방법. int i2 = Integer.parseInt(“100”); // 주로 많이 씀

• 세 번째 방법. Integer i3 = Integer.valueOf(“100”);

래퍼(wrapper) 클래스 - 오토박싱(autoboxing) & 언박싱(unboxing)

• (JDK 1.5 이후) 기본형과 참조형 간의 연산이 가능

  • (JDK 1.5 이전) 기본형과 참조형 간의 연산 불가능 → 래퍼 클래스로 기본형을 객체로 만들어서 연산

• 자바 언어의 규칙이 바뀐 것은 아님

• 컴파일러가 자동으로 변환하는 코드를 넣어줌

  • 기본형 ↔ 기본형 Wrapper Class 연산시

  • 형변환이 필요할 때

  • 내부적으로 객체 배열을 가지고 있는 Vector 클래스나 ArrayList 클래스에 기본형 값을 저장해야 할 때
    예시

ArrayList<Integer> list = new ArrayList<Integer>();
list.add(10);             // 오토박싱 10 → new Integer(10)
int value = list.get(0); // 언박싱 new Integer(10) → 10

• 오토박싱(autoboxing)

  • 기본형 값을 래퍼클래스의 객체로 자동 변환해주는 것

• 언박싱(unboxing)

  • 래퍼클래스의 객체를 기본형 값으로 자동변환 해주는 것