(Java - 18) 래퍼(Wrapper) 클래스

자바에서 사용하는 래퍼 클래스에 대해서

게시 2024/01/13

16 분읽는 시간

1. 기본형(Primitive Type)의 한계

int, double, float와 같은 기본향(Primitive Type)는 객체가 아니다. 이런 기본형들은 다음과 같은 한계를 지닌다.

객체가 아니기 때문에, 메서드 제공이 불가능하다
- 객체 참조가 필요한 컬레션 프레임워크를 사용하거나, 제네릭스도 사용 불가능하다
null 값을 가질 수 없다
- 데이터가 없다라는 상태를 표현할 수 없다

코드로 알아보자.

  


public class PrimitiveLimit {
    public static void main(String[] args) {
      
        int value = 10;
      
        int i1 = compareTo(value, 5);
        int i2 = compareTo(value, 10);
        int i3 = compareTo(value, 20);
      
        System.out.println("i1 = " + i1);
        System.out.println("i2 = " + i2);
        System.out.println("i3 = " + i3);
      
    }
  	
    // compareTo()라는 외부 메서드
    public static int compareTo(int value, int target) {
      
        if (value < target) {
            return -1;
        } else if (value > target) {
            return 1;
        } else {
            return 0; }
    }
}

i1 = 1
i2 = 0
i3 = -1

기본형 int인 value는 항상 compareTo()라는 외부 메서드를 사용해서 비교한다
자기 자신인 value와 다른 값을 연산하는 것이기 때문에 항상 자기 자신의 값인 value가 사용된다
만약 객체를 사용했다면, 자기 자신만의 메서드를 가지도록 설계해서 value.compareTo(int target) 같은 형태로 사용 가능
- 쉽게 말해서 객체 자기 자신의 값을 가지고 외부 값과 비교

  


public class PrimitiveLimitNull {
    public static void main(String[] args) {

        int[] intArr = {-1, 0, 1, 2, 3};

        System.out.println(findValue(intArr, -1)); //-1
        System.out.println(findValue(intArr, 0));
        System.out.println(findValue(intArr, 1));
        System.out.println(findValue(intArr, 100)); //-1
    }

    private static int findValue(int[] intArr, int target) {
        // 배열에 찾는 값이 존재하면 1 반환, 없으면 -1 반환
        for (int value : intArr) {
            if (value == target) {
                return value;
            }
        }
        return -1;
    }
}

-1
0
1
-1

findValue() 는 배열에 찾는 값이 있으면 해당 값을 반환하고, 찾는 값이 없으면 -1을 반환한다
findValue() 는 결과로 int 를 반환한다, 그러나 int 와 같은 기본형은 항상 값이 있어야 한다
- 반환할 값을 찾지 못한다면 보통 -1 또는 0 을 사용해서 반환한다
- 숫자를 반환할 때의 문제는 -1 또는 0이 있어서 반환한 것인지, 찾지 못해서 반환한 것인지 명확하지가 않다
- 객체를 사용할 경우 데이터가 없다는 것을 표현하기 위해 null이라는 명확한 값이 존재한다
  - 물론 NPE의 발생을 주의하면서 사용해야 한다

2. 자바 래퍼 클래스(Wrapper Class)

래퍼 클래스 소개

자바는 기본형을 객체로 사용할 수 있도록 해당 기본형에 대응하는 래퍼 클래스를 제공해준다.

byte → Byte
short → Short
int → Int
long → Long
float → Float
double → Double
boolean → Boolean
char → Character

기본 래퍼 클래스들은 불변(immutable)이며, equals()로 비교를 해야 한다.

코드로 알아보자.

  


public class WrapperTest1 {
    public static void main(String[] args) {
        // Boxing(박싱)
        Integer newInteger = new Integer(10); // deprecated, valueOf() 사용
        Integer integerObj = Integer.valueOf(10); // -128 ~ 127 캐싱

        Long longObj = Long.valueOf(100);
        Double doubleObj = Double.valueOf(0.5);

        System.out.println("newInteger = " + newInteger);
        System.out.println("integerObj = " + integerObj);
        System.out.println("longObj = " + longObj);
        System.out.println("doubleObj = " + doubleObj);

        System.out.println("--내부 값 읽기--");
        int intValue = integerObj.intValue();
        System.out.println("intValue = " + intValue);
        long longValue = longObj.longValue();
        System.out.println("longValue = " + longValue);

        System.out.println("--비교--");
        System.out.println("(newInteger == integerObj) = " + (newInteger == integerObj));
        System.out.println("newInteger.equals(integerObj) = " + newInteger.equals(integerObj));

    }
}

newInteger = 10
integerObj = 10
longObj = 100
doubleObj = 0.5
--내부 값 읽기--
intValue = 10
longValue = 100
--비교--
(newInteger == integerObj) = false
newInteger.equals(integerObj) = true

기본형 → 래퍼 클래스로 변경한느 것을 박싱(Boxing)이라고 부른다
new Integer()는 deprecated, 대신에 valueOf()를 사용하면 된다
- valueOf() 내부에는 자주 사용하는 값인 -128~127을 캐싱해놓은 최적화를 적용
- 최적화 기법은 미래에 변할 수 있다
래퍼 클래스에 들어있는 기본형 값을 꺼내는 것을 언박싱(Unboxing)이라고 한다
- intValue()
래퍼 클래스는 객체이기 때문에 내부의 값을 비교하기 위해서는 equals()를 사용해야 한다
- ==는 참조값 비교
래퍼 클래스에 리터럴로 값을 초기화 할 때 타입 접미사를 붙여준다
- 예) Long longValue = 400L;
- 예) Double doubleValue = 3.14d;

오토박싱(Autoboxing)

이전의 기본형을 래퍼 클래스로 변환하거나, 래퍼 클래스를 기본형으로 변환하는 코드를 살펴보자.

  
// Primitive -> Wrapper
int value = 7;
Integer boxedValue = Integer.valueOf(value);

// Wrapper -> Primitive
int unboxedValue = boxedValue.intValue();

boxedValue = 7
unboxedValue = 7

박싱 : valueOf()
언박싱: xxxValue() (예: intValue() , doubleValue() )

박싱과 언박싱을 진행하는 코드를 사용하는 것이 귀찮다는 것을 알 수 있다. 박싱과 언박싱은 개발하면서도 자주 사용되기 때문에, 자바는 자바 1.5 부터 오토박싱을 지원한다.

코드로 알아보자.

  


public class WrapperTest2 {
    public static void main(String[] args) {

        // 1. Auto-boxing : Primitive -> Wrapper
        int value = 10;
        Integer boxedValue = value;

        // 2. Auto-unboxing : Wrapper -> Primitive
        int unboxedValue = boxedValue;

        System.out.println("boxedValue = " + boxedValue);
        System.out.println("unboxedValue = " + unboxedValue);
        
    }
}

boxedValue = 10
unboxedValue = 10

래퍼 클래스의 메서드

래퍼 클래스가 제공하는 주요 메서드들을 살펴보자.

  


public class WrapperTest3 {
    public static void main(String[] args) {

        Integer int1 = Integer.valueOf(10);
        Integer int2 = Integer.valueOf("20"); // 문자열 -> 래퍼 객체

        int intValue = Integer.parseInt("30");

        // 비교 연산
        int compareResult = int1.compareTo(int2); // int1 = 10, int2 = 20
        System.out.println("compareResult = " + compareResult);

        // 산술 연산
        System.out.println("Integer.sum(10,20) = " + Integer.sum(10,20));
        System.out.println("Integer.max(10,20) = " + Integer.max(10,20));
        System.out.println("Integer.min(10,20) = " + Integer.min(10,20));
    }
}

compareResult = -1
Integer.sum(10,20) = 30
Integer.max(10,20) = 20
Integer.min(10,20) = 10

valueOf() : 래퍼 타입을 반환한다. 숫자, 문자열을 모두 지원한다
parseInt() : 문자열을 기본형으로 변환한다
compareTo() : 객체 자신의 값과 인수로 넘어온 값을 비교한다
- 내 값이 크면 1
- 같으면 0
- 내 값이 작으면 -1
Integer.sum() , Integer.min() , Integer.max() : 합, 작은 값, 큰 값 연산을 수행
- static 메서드이다

래퍼 클래스의 성능

래퍼 클래스와 기본형의 성능에 대해서 알아보자.

보통의 경우 기본형 연산이 래퍼 클래스의 연산보다 빠르다 (대략 3~5배)
기본형의 경우 단순히 그 크기 만큼만 공간을 차지한다
- int : 4byte 차지
래퍼 객체의 경우, 내부 필드로 가지고 있는 값 + 객체를 다루는데 필요한 메타데이터를 포함한다
- 대략 8~16 byte 차지
일반적인 애플리케이션을 만드는 관점에서 볼때 기본형과 래퍼 클래스의 사용을 최적화하는 것은 미미한 영향을 끼친다
만약 cpu 연산이 아주 많이 수행되는 특수한 경우이거나, 수십만번 이상 연속해서 수행해야하는 연산이라면 기본형 사용을 통한 최적화 고려
그렇지 않으면 보통 유지보수가 편한 래퍼 클래스 사용

3. System, Math, Random 클래스

System 클래스

System 클래스는 시스템과 관련된 기본 기능들을 제공한다.

코드로 알아보자.

  


public class SystemTest1 {
    public static void main(String[] args) {

        // 현재 시간 (milli second)
        long currentTimeMs = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("(밀리초)currentTimeMs = " + currentTimeMs);

        // 현재 시간 (nano second)
        long currentItemNs = System.nanoTime();
        System.out.println("(나노초)currentItemNs = " + currentItemNs);

        // 환경 변수 읽기
        Map<String, String> getEnv = System.getenv();
        System.out.println("getEnv = " + getEnv);

        // 시스템 속성 읽기
        System.out.println("properties = " + System.getProperties());
        System.out.println("Java Version = " + System.getProperty("java.version"));

        // 배열 빠르게 복사 - 시스템 레벨에서 최적화된 메모리 복사 연산 사용, 반복문 보다 훨씬 빠름
        char[] originalArray = {'J', 'A', 'V', 'A', '!'};
        char[] copiedArray = new char[5];

        System.arraycopy(originalArray, 0, copiedArray, 0, originalArray.length);

        System.out.println("copiedArray = " + copiedArray);
        System.out.println("Arrays.toString(copiedArray) = " + Arrays.toString(copiedArray));

        // 프로그램 종료
        System.exit(0);
        
    }
}

(밀리초)currentTimeMs = 1711887249669
(나노초)currentItemNs = 535655169572916
getEnv = {PYENV_SHELL=zsh, PATH=/opt/homebrew/Cellar/pyenv-virtualenv/1.2.1/shims: .. 생략 ..
properties = {java.specification.version=17, sun.jnu.encoding=UTF-8, java.class.path=/Users .. 생략 ..
Java Version = 17.0.10
copiedArray = [C@a09ee92
Arrays.toString(copiedArray) = [J, A, V, A, !]

System.in , System.out , System.err은 각각 표준 입력, 표준 출력, 표준 오류 스트림을 나타낸다
System.getenv() : OS에서 설정한 환경 변수의 값을 얻을 수 있다
System.getProperties() : 현재의 시스템 속성들을 얻을 수 있다
- System.getProperty(String key)로 특정 속성을 얻을 수 있다
- 시스템 속성 : 자바에서 사용하는 설정값들
System.exit(int status) : 프로그램 종료
- OS에 프로그램 종료 상태 코드 전달
- 0 : 정상 종료
- 이외의 수는 오류나 예외적인 종료, 특정 코드로 설정해서 로깅하는 방식을 사용할 수도 있음(이런 경우가 많지는 않음)

Math 클래스

Math 클래스는 여러가지 수학적 연산을 해결할 수 있도록 메서드를 지원한다.

자바 Math API 문서 - https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/lang/Math.html

연산에는 다음과 같은 연산들이 포함된다.(일부만 적음, 메서드들이 굉장히 많기 때문에 필요한 경우 API 문서 참고.)

기본 연산
- abs(x) : 절대값
- max(a, b) : 최대값
지수, 로그 연산
- pow(a, b) : a^b 연산
- log(x) : 자연 로그
반올림, 정밀도 연산
- ceil(x) : 올림
- floor(x) : 내림
- rint(x) : 가장 가까운 정수로 반올림
- round(x) : 반올림
삼각 함수 연산
- sin(x) : 사인
기타
- sqrt(x) : 제곱근
- random() : 0.0과 1.0 사이의 무작위 값 생성

Random 클래스

Random 클래스를 통해 다양한 랜덤값을 얻을 수 있다. Math.random()도 내부적으로 Random 클래스를 이용한다

Random은 java.util 패키지 소속이다.

코드로 알아보자.

  


public class RandomTest {
    public static void main(String[] args) {
      
        Random random = new Random();
        //Random random = new Random(777); // 시드(seed)가 같은 경우 랜덤의 결과가 똑같게 나온다

        int randomInt = random.nextInt();
        System.out.println("randomInt = " + randomInt);

        double randomDouble = random.nextDouble();
        System.out.println("randomDouble = " + randomDouble);

        boolean randomBoolean = random.nextBoolean();
        System.out.println("randomBoolean = " + randomBoolean);

        // 범위 조회
        int randomRange1 = random.nextInt(10); // 0 ~ 9의 범위에서 랜던한 값
        System.out.println("0 ~ 9 = " + randomRange1);

        int randomRange2 = random.nextInt(10) + 1; // 1 ~ 10의 범위에서 랜던한 값
        System.out.println("1 ~ 10 = " + randomRange2);
    }
}

randomInt = 1114421447
randomDouble = 0.687605609327408
randomBoolean = false
0 ~ 9 = 1
1 ~ 10 = 10

random.nextInt() : 랜덤 int 값을 반환한다
nextDouble() : 0.0d ~ 1.0d 사이의 랜덤 double 값을 반환한다
nextInt(int bound) : 0 ~ bound 미만의 숫자를 랜덤으로 반환

시드(Seed)에 관하여

랜덤은 내부에서 씨드(Seed)값을 사용해서 랜덤 값을 구한다. 그래서 시드값을 고정시키면 항상 같은 결과가 출력된다.

new Random()을 이용하면 System.nanoTime()을 이용한 복잡한 알고리즘에 의해 시드값을 생성하기 때문에, 랜덤을 역추정하는 것을 크게 걱정하지 않아도 된다

시드를 고정하면 테스트 코드 같은 곳에서 같은 결과를 반복적으로 검증할 수 있다

2. 프로그래밍 언어(Programming Language), Java

java

1. 기본형(Primitive Type)의 한계

2. 자바 래퍼 클래스(Wrapper Class)

래퍼 클래스 소개

오토박싱(Autoboxing)

래퍼 클래스의 메서드

래퍼 클래스의 성능

3. System, Math, Random 클래스

System 클래스

Math 클래스

Random 클래스

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