[JAVA] - 인스턴스 멤버와 정적 멤버

인스턴스 멤버, 정적 멤버

1. 용어정리

• 인스턴스 멤버 : 객체를 생성한 후 사용할 수 있는 필드와 메서드 (인스턴스 필드와 인스턴스 메서드)
• this : 객체 내부에서도 인스턴스 멤버에 접근하기 위해 this를 사용할 수 있습니다.
  • 주로 생성자와 메서드의 매개변수 이름이 필드와 동일한 경우, 인스턴스 멤버인 필드임을 명시하기 위해 사용합니다.
• 정적 멤버 : 클래스에 고정된 멤버로서 객체를 생성하지 않고 사용할 수 있는 필드와 메서드입니다.
• static : 정적 멤버를 선언할 때마다 사용하는 키워드입니다.
• 싱글톤 : 전체 프로그램에서 단 하나의 객체만 만들도록 보장해야 하는 경우 사용하는 코드 패턴입니다.
• final 필드 : 초기값이 저장되면 이것이 최종값이 되어 프로그램 실행 도중 수정할 수 없는 필드입니다.
• 상수 : 불변의 값을 저장하는 정적 필드, final static 키워드로 선언입니다.

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2. 인스턴스 멤버와 정적 멤버

• 인스턴스 멤버 : 객체마다 가지고 있는 멤버
  • 인스턴스 필드 : 힙 영역의 객체마다 가지고 있는 멤버, 객체마다 다른 데이터를 저장합니다.
  • 인스턴스 메서드 : 객체가 있어야 호출 가능한 메서드, 클래스 코드(메서드 영역)에 위치하지만, 이해하기 쉽도록 객체마다 가지고 있는 메서드라고 생각해도 됩니다.
• 정적 멤버 : 객체와 상관없이 클래스당 하나씩 생기는 멤버입니다. -> 동일한 클래스의 모든 객체들에 의해 공유됩니다.
  • 정적 필드 및 상수 : 객체 없이 클래스만으로도 사용 가능한 필드입니다.
  • 정적 메서드 : 객체 없이 클래스만으로도 호출 가능한 메서드입니다.

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3. 인스턴스 멤버 및 정적 멤버와 static 실습

• 인스턴스 멤버 : 객체를 생성한 후 사용할 수 있는 필드와 메서드

  • // 인스턴스 멤버 예시
    public class Member {
        // 필드
        int InstanceMember;
    
        // 메서드
        String setInstanceMember (String instanceMember) {
            return instanceMember;
        }
    }
    
    public class Main {
        public static void main(String[] args) {
            Member member = new Member();
            System.out.println(member.InstanceMember = 10);
            System.out.println(member.setInstanceMember("인스턴스 멤버"));
        }
    }
    
    // 출력 : 10
    // 출력 : 인스턴스 멤버

• 정적 멤버와 static
  • 클래스에 고정된 멤버로서 객체 생성하지 않고, 사용할 수 있는 필드와 메서드입니다.
  • static과 함께 선언합니다.
  • 메인 실행 파일에서 객체 생성 없이 도트연산자로 접근하여 사용합니다.
  • 인스턴스 필드가 있는 클래스의 객체를 생성하면 객체마다 인스턴스 필드에 새로운 메모리를 할당합니다.
    하지만 static 정적 필드의 경우 클래스 자체에 붙어 있는 것으로 아무리 객체를 많이 생성하더라도 메모리는 한 번만 할당됩니다.
    즉, 정적 필드의 경우 해당 클래스의 모든 객체는 단 하나의 메모리를 참조하고 있는 것입니다.
  • static 메서드는 객체 없이도 존재하기 때문에 this 사용이 불가능하고 static 멤버에만 접근할 수 있습니다.
    이러한 문제는 static 메서드, 필드가 객체 없이도 사용할 수 있어야만 하기 때문에 생기는 문제입니다.

  • // 정적 (static) 멤버
    public class Member {
    	// 정적 필드
        static int staticMember;
    
    	// 정적 메서드
        static String setStaticMember (String staticMember) {
            return staticMember;
        }
    }
    
    public class Main {
        public static void main(String[] args) {
            System.out.println(Member.staticMember = 100);
            System.out.println(Member.setStaticMember("정적 멤버"));
        }
    }
    
    // 출력 : 100
    // 출력 : 정적 멤버

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4. 멤버 선택 기준

• 객체마다 다를 수 있는 필드값 -> 인스턴스 필드로 선언합니다.
• 객체마다 다른 필요 없는 값 -> 정적 필드로  선언합니다.
• 메서드 블록에 인스턴스 필드 또는 인스턴스 메서드를 사용할 경우 -> 인스턴스 메서드로 선언합니다.
• 메서드 블록에 인스턴스 멤버 (필드, 메서드)를 사용하지 않을 경우 (매개변수, 메서드 내 변수만 사용) -> 정적 메서드로 선언합니다.

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5. 정적 메서드 선언 시 주의점

• 정적 메서드 선언 시 그 내부에 인스턴스 필드 및 메서드 사용 불가합니다.
• 정적 메서드 선언 시 그 객체 자신 참조인 this 키워드 사용 불가합니다.
• 정적 메서드에서 인스턴스 멤버를 사용하려는 경우 -> 객체 우선 생성 후 참조 변수로 접근합니다.

  • public class Member {
        static class InstanceClass {
            // 인스턴스 필드와 메서드
            int instanceMember;
            void instaceMethod() {}
        }
    
        // 정적 필드와 메서드
        static int staticMember;
        static void staticMethod() {
    
        }
    
        // 정적 메서드
        static void Method1 () {
    //        this.instanceMember = 10; // 컴파일 에러
    //        this.instaceMethod(); // 컴파일 에러
        staticMember = 10; // 가능
        staticMethod(); // 가능
        }
    
        // 정적 메서드에서 인스턴스 멤버 사용
        static void Method () {
            InstanceClass instanceClass = new InstanceClass();
            instanceClass.instanceMember = 10;
            instanceClass.instaceMethod();
        }
    }

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6. 싱글톤

• 전체 프로그램에서 단 하나의 객체만 만들도록 보장하는 코딩 기법
  • 작성법
    1. 클래스 외부에서 new 연산자를 통해 생성자를 호출하는 것을 불가하도록 private 접근 제어자 사용합니다.
    2. 자신의 타입인 정적 필드를 선언한 후 자신의 객체를 생성해 초기화합니다.
    3. 외부에서 호출할 수 있는 getInstance() 선언합니다.
    4. 정적 필드에서 참조하는 자신의 객체를 리턴합니다.
  • 정리하자면, 싱글톤은 단 하나의 객체만 만들도록 하는 기법이므로 해당 클래스 파일에서 생성자는 private으로 해주고 정적 필드에 해당 생성자를 이용하여 객체를 만듭니다. 그러면 이제 객체는 단 하나만 있는 상황입니다.
    이때 외부에서 이 객체를 호출할 수 있도록 정적 메서드 getInstance를 선언하여 리턴값으로 해당 객체를 줍니다. 결과적으로 해당 클래스에 해당하는 객체는 단 하나가 되는 것입니다.

    • // 클래스 파일
      public class SingletonClass {
          // 정적 필드
          // 자기 자신의 타입의 필드를 정적으로 선언하고 자기 자신의 객체를 생성합니다.
          // class 내부에서는 private으로 선언된 생성자를 이용해서 객체를 만들 수 있습니다.
          private static final SingletonClass singletonClass = new SingletonClass();
      
          // 생성자
          private SingletonClass () {
      
          }
      
          // 정적 메서드
          // 외부에서 호출할 수 있어야 하므로 private을 붙이면 안됩니다.
          // 자기 자신의 타입을 리턴타입으로 설정합니다.
          static SingletonClass getInstance() {
              return singletonClass;
              // 자기 자신의 타입을 리턴해야 하므로 위에 선언한 필드를 리턴합니다ㅣ.
          }
      }
      
      public class SingletonMain {
          public static void main(String[] args) {
              SingletonClass singletonClass = SingletonClass.getInstance();
          }
      }

  • 단 하나의 객체만 존재하므로 결국 같은 곳을 참조합니다.

    • 

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7. final 필드와 상수

• 초기값이 저장되면 최종값이 되어 프로그램 실행 도중 수정이 불가능한 필드입니다.
• final 필드의 초기값 주는 방법
  • 단순 값일 경우 필드 선언 시 초기화합니다. (주로 정적 필드 (상수)일 경우)
  • 객체 생성 시 외부 데이터로 초기화 필요한 경우 생성자에서 초기화합니다. (주로 인스턴스 필드일 경우)
• 인스턴스 final 필드
  • 객체에 한번 초기화된 데이터를 변경 불가로 만들 경우
  • final 타입 필드;
• 정적 final 필드
  • static final로 선언된 필드는 대부분 상수이기 때문에 불변의 상수 값을 저장하는 변수명은 관례적으로 대문자입니다.
  • 불변의 값인 상수를 만들 경우
  •  static final 타입 상수 (변수명) = 초기값;

• public class FinalClass {
      final String nation = "Korean";
      final String phone;
      final String name;
  
      FinalClass(String phone, String name) {
          this.phone = phone;
          this.name = name;
      }
  }
  
  public class FinalClass2 {
      static final double EARTH_RADIUS = 6400;
      static final double EARTH_AREA = 4 * Math.PI * EARTH_RADIUS * EARTH_RADIUS;
  }
  
  public class FinalMain {
      public static void main(String[] args) {
          FinalClass finalClass = new FinalClass("010-1234-5678", "namji");
          System.out.println(finalClass.nation);
          System.out.println(finalClass.phone);
          System.out.println(finalClass.nation);
          System.out.println(finalClass.nation + " : " + finalClass.name + ", " + finalClass.phone);
  
  //        finalClass.nation = "USA" // 컴파일 에러 (final)
  
  		// 출력 : Korean
          // 출력 : 010-1234-5678
          // 출력 : namji
          // 출력 : Korean
          // 출력 : Korean : namji, 010-1234-5678
  
          System.out.println("지구의 반지름 : " + FinalClass2.EARTH_RADIUS + "KM");
          System.out.println("지구의 표면적 : " + FinalClass2.EARTH_AREA + "KM^2");
          
          // 출력 : 지구의 반지름 : 6400.0KM
  		// 출력 : 지구의 표면적 : 5.147185403641517E8KM^2
      }
  }