[JAVA] - 필드란 (Field)

필드의 개념 정리 및 선언 방법

1. 필드란

필드는 클래스에 포함된 변수를 의미합니다. 즉, 객체의 속성을 정의하는 공간입니다.
어떠한 데이터를 저장하기 위한 역할을 담당하며 클래스 내부의 생성자와 메소드 밖에 정의가 됩니다.
- 여기서 어떤한 데이터는 객체의 고유 데이터, 객체가 가져야할 부품, 현재 상태 데이터 등을 의미합니다.
- 자동차 객체라고 한다면 제작회사, 모델, 색깔, 엔진 등을 필드라고 할 수 있습니다.
필드는 클래스 내 전체에서 사용합니다.
자바에서 변수는 크게 클래스 변수(CV : Class Variable), 인스턴스 변수(IV : Instance Variable), 지역 변수(LV : Local Variable)가 있습니다. 필드에서 다루는 변수는 클래스 변수(CV)와 인스턴스 변수(IV)입니다. 이 둘은 static 키워드를 통해 구분할 수 있습니다.

2. 필드 종류

클래스 변수 : 필드 내에서 static 키워드와 함께 선언된 변수입니다.
(static 변수 또는 공유 변수라고도 합니다.)
인스턴스 변수 : 필드 내에서 선언된 변수입니다.
(static 키워드가 없습니다.)
지역 변수 : 메소드 내에 포함된 모든 변수입니다.

class Variable {
    static int classVariable; // 클래스 변수(static 변수 또는 공유변수)
    int instanceVariable;     // 인스턴스 변수

    void variableMethod() {
        int localVariable;      // 지역변수, 메서드 내에서만 사용 가능
    }
}

세 가지 유형의 변수들은 서로 다른 유효 범위(scope)를 가집니다.

3. 필드 선언 방법

필드 선언
- 필드를 선언할 때 접근제어자, 타입, 이름, 세가지를 정해주어야 합니다.
  - 접근제어자는 public, private, protected, private가 있습니다.
  - 필드명은 동일한 이름을 사용할 수 없습니다.
- 필드의 선언은 어디에서나 할 수 있습니다.
  - 생성자, 메소드 앞이나 뒤 모두 가능합니다.
- 생성자나 메소드 블록 안에서 선언된 것은 필드 변수가 아니라 로컬 변수입니다.
  - 로컬 변수 : 해당 블록 안에서만 사용할 수 있는 변수로 우리가 흔히 말하는 변수가 로컬 변수입니다.
  - 필드 변수 : 클래스 블록 내에서 선언된 변수입니다.
필드 사용
- 필드를 사용한다는 것은 필드 값을 읽고 변경하는 작업을 말합니다.
- 클래스 내부 생성자나 메소드에서 사용하는 경우에는 필드 이름으로 읽고 변경합니다.
- 클래스 외부에서 사용하는 경우에는 클래스로부터 객체를 생성한 뒤 객체명.필드명 형태로 필드를 사용해야 합니다.
  - 필드는 객체에 소속된 데이터이므로 객체가 존재하지 않으면 필드도 존재하지 않기 때문입니다.
  - Car car = new Car(); -> 인스턴스화
  - car.필드명 이렇게 접근하여 사용해야 합니다.
  - 도트 연산자는 객체 접근 연산자로 객체가 가지고 있는 필드나 메소드를 사용할 때 사용됩니다.
- 만약 메소드 안에 지역 변수와 필드 변수가 같다면 지역 변수가 우선시 되며, 필드를 사용하고 싶다면 변수명 앞에 this를 붙여 필드 변수를 사용할 수 있습니다.

4. 각 필드 특징

인스턴스 변수 (IV : Instance Variable)
- 인스턴스(클래스를 통해 생성된 객체)가 가지는 속성을 저장하기 위한 변수입니다.
  따라서 new 생성자()를 통해 인스턴스가 생성될 때 만들어집니다.
  따라서 인스턴스를 생성한 뒤, 인스턴스명.인스턴스변수명을 통해 사용할 수 있습니다.
- 인스턴스는 힙 메모리의 독립적인 공간에 저장되고, 동일한 클래스로부터 생성 되었지만 객체의 고유한 개별성을 가집니다.
  - ```
  class Variable {
      int instanceVariable = 10; // 클래스 변수 초기화
  
      public static void main(String[] args) {
          Variable instance = new Variable();
          System.out.println(instance.instanceVariable); // 10 출력
      }
  }
```
클래스 변수 (CV : Class Variable)
- 클래스 변수는 인스턴스 변수와 다르게 공통된 저장공간을 공유합니다.
  즉, 한 클래스로부터 생성되는 모든 인스턴스들이 특정한 값을 공유해야 하는 경우 static 키워드를 사용하여 선언하게 됩니다.
  클래스 변수는 인스턴스를 생성하지 않고도 클래스명.클래스변수명을 통해 사용이 가능합니다.
  - ```
  class Variable {
      static int classVariable = 10; // 클래스 변수 초기화
  
      public static void main(String[] args) {
          System.out.println(Variable.classVariable); // 10 출력
      }
  }
```
지역 변수 (LV : Local Variable)
- 지역 변수는 멤버 변수 (클래스 변수, 인스턴스 변수)와는 구분됩니다.
  지역 변수는 메소드 내에 선언되며 메소드 안에서만 사용이 가능합니다.
- 또한 멤버 변수와 다르게 지역 변수는 스택 메모리에 저장되어 메소드가 종료되는 동시에 소멸됩니다.
  - ```
  class Variable {
      public static void main(String[] args) {
          int localVariable = 10;
          System.out.println(localVariable); // 10 출력
  	}
  }
```

스태틱 (static)

자바 프로그래밍에서 모든 객체와 메모리를 공유할 때 static 키워드를 사용합니다.
static은 클래스 변수와 인스턴스 변수를 구분하기 위해 사용하며 static 키워드가 붙은 변수는 클래스 변수입니다
즉, static은 클래스의 구성 요소인 필드, 메소드, 이너 클래스에서 사용하기 위한 변수입니다.

이를 클래스 멤버(필드, 메소드, 이너 클래스)에서 사용한다고 하여 정적 멤버라 부릅니다.
클래스 변수는 접근 제어자에 따라 다른 클래스에서도 바로 사용이 가능합니다.

class Variable {
    public static void main(String[] args) {
        // 다른 클래스
        System.out.println(StaticMember.num);
        System.out.println(StaticMember.str);
        System.out.println(StaticMember.pi);
	}
}
class StaticMember {
    static int num = 10;
    static String str = "안녕하세요";
    static double pi = 3.14;
}

정적 필드는 객체 간의 공유 변수 성질이 있습니다. 이는 메소드에서도 동일하게 적용됩니다. 일반적으로 메소드 앞에 static 키워드를 사용하면 이는 정적 메소드입니다.

즉, 정적 메소드에서 여러 인스턴스들을 통해 클래스 변수를 사용하며 서로 공유합니다.

public class StaticInstanceTest {
    public static void main(String[] args) {
        StaticInstance object1 = new StaticInstance();
        StaticInstance object2 = new StaticInstance();

        // 객체의 인스턴스 변수 접근
        object1.number1 = 10;
        object2.number1 = 50;
        System.out.println(object1.number1); // 10 출력
        System.out.println(object2.number1); // 50 출력

        // 객체의 클래스 변수 접근
        object1.number2 = 10;
        object2.number2 = 50;
        System.out.println(object1.number2); // 50 출력
        System.out.println(object2.number2); // 50 출력
    }
}

class StaticInstance {
	int number1 = 0;
	int static number2 = 0;
}

클래스 메소드 (정적 메소드)의 경우 인스턴스 변수 또는 인스턴스 메소드를 사용할 수 없습니다.
또한, 클래스 메소드(정적 메소드)는 인스턴스 생성 없이 호출이 가능합니다.

반대로, 인스턴스 메소드에서 인스턴스 변수를 사용할 수 있습니다.

public class CarTest2 {
    public static void main(String[] args) {
    	System.out.println(Car.str1); // 클래스 변수 바로 사용 가능
    	// System.out.println(Car.str2); // 인스턴스 변수 바로 사용 불가능

    Car.ClassMethod(); // 클래스 메서드 바로 사용 가능
    // Car.InstanceMethod(); // 인스턴스 메서드 바로 사용 불가능

        // 객체는 클래스 변수와 클래스 메서드를 공유한다.
        Car car1 = new Car();
        Car car2 = new Car();

        // 클래스 변수는 모든 메모리를 공유한다.
        // 따라서 객체를 통해 수정해도 다른 객체나 직접 접근해도 수정된 결과를 출력한다.
        car.str1 = "클래스 변수입니다."; // 객체를 통해 클래스 변수 변경
        System.out.println(car1.str1); // 클래스 변수입니다. 출력
        System.out.println(car2.str1); // 클래스 변수입니다. 출력
        System.out.println(car.str1);  // 클래스 변수입니다. 출력

        // 반면, 인스턴스 변수는 독립적인 메모리를 가지고 있다.
        // 변경한 인스턴스만 수정된 상태로 출력
        car1.str1 = "인스턴스 변수입니다.";
        System.out.println(car1.str2); // 인스턴스 변수입니다. 출력
        System.out.println(car2.str2); // 인스턴스 변수 출력

    }
}

class Car {
    public static String str1 = "클래스 변수";
    public String str2 = "인스턴스 변수";

    public static void ClassMethod() { // 정적 메서드(클래스 메서드)
    	System.out.println(str1); // 클래스 변수 사용 가능
    	// System.out.println(str2); 인스턴스 변수 사용 불가능
    }

    public void InstanceMethod() { // 인스턴스 메서드
    	System.out.println(str1); // 클래스 변수 사용 가능
    	System.out.println(str2); // 인스턴스 변수 사용 가능
    }
}

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