15-2.박싱과 언박싱

15-2-1.박싱

자바의 타입은 크게 기본형과 참조형으로 나누어지는데 특성이 워낙 달라 섞어서 사용하기 어렵다. 그래서 문제가 생기는 경우가 종종 있다.

int i = 1234;

String str = i.toString();

System.out.println(str);

이 코드의 의도는 정수형 변수 i에 담긴 1234 값을 문자열로 바꾸어 출력하는 것이다. 양쪽의 타입이 달라 str = i; 식으로 바로 대입할 수 없다. 그래서 i.toString()으로 정수를 문자열로 바꾼 후 대입하려 했는데 이 구문도 될 것 같지만 역시 안된다.

자바의 모든 클래스는 Object의 후손이지만 이는 어디까지나 참조형의 경우에만 그렇다. 기본 타입의 변수는 객체가 아니기 때문에 Object의 후손도 아니며 toString 메서드도 지원하지 않는다. 만약 정수가 Object의 후손이라면 1234.toString() 같은 구문도 가능해야 하는데 보다시피 뭔가 어색하지 않은가?

이 문제의 근본 원인은 str = i; 대입문의 좌변은 참조형이고 우변은 기본형이라는 데 있다. 대입이 가능하려면 양쪽의 타입을 맞추어야 한다. str은 대입을 받는 쪽이니 바꿀 수 없고 기본형인 i를 참조형으로 바꾸어야 하는데 이럴 때 래퍼 클래스를 사용한다. 래퍼(Wrapper) 클래스는 기본형의 값을 감싸는 참조형이며 각 기본형에 대해 다음과 같은 래퍼 클래스가 제공된다.

기본 타입	래퍼 클래스
byte	Byte
short	Short
char	Character
int	Integer
long	Long
float	Float
double	Double
boolean	Boolean

기본 타입과 철자는 거의 같되 약자 대신 단어 전체를 다 쓰며 첫 자가 대문자이다. 사용 방법은 거의 비슷하니 Integer 위주로 연구해 보자. 래퍼 클래스의 생성자로 기본형의 변수나 리터럴을 전달하면 이 값을 감싸는 참조형 객체가 힙에 생성된다.

이렇게 생성된 래퍼는 객체이므로 Object의 후손이며 Object의 모든 메서드를 호출할 수 있다. 단, 값을 감싸기만 할 뿐이며 연산을 위한 수치형 타입이 아니어서 기본형처럼 값을 변경하거나 증감시킬 수는 없다. 래퍼를 사용하면 정수를 문자열로 쉽게 바꿀 수 있다.

intbox	실행결과
class JavaTest { public static void main(String[] args) { int i = 1234; Integer wrapint = new Integer(i); String str = wrapint.toString(); System.out.println(str); } }	1234

Integer의 생성자로 정수형 변수 i를 전달하여 wrapint 객체를 생성했다. 이 생성문에 의해 메모리에 다음 객체가 생성된다. Integer의 객체는 힙에 생성되어 1234라는 값을 가지며 이 객체를 스택의 wrapint 참조형 변수가 가리키고 있는 상황이다.

wrapint 객체는 참조형이며 이 객체의 toString 메서드를 호출하여 문자열로 변환한 후 출력했다. 변환 과정을 연구하기 위한 예제이며 출력만을 목적으로 한다면 그냥 i를 println으로 바로 전달하는 것이 더 간편한데 사실 println 내부에서 위와 유사한 코드가 실행된다. 생성자를 호출하는 대신 더 간편한 방법으로 래퍼 객체를 생성할 수 있다. 다음 세 코드는 모두 효과가 같다.

Integer wrapint = new Integer(i);

Integer wrapint = i;

Integer wrapint = Integer.valueOf(i);

래퍼 객체에 기본형 변수를 바로 대입하는 것이 더 간편하다. valueOf 정적 메서드는 생성자와 기능이 거의 같지만 같은 값에 대해 래퍼를 또 생성하면 힙에 이미 생성된 래퍼를 돌려 주어 메모리를 절약하는 효과가 있다. 자바9 이후에는 이 방식을 더 권장하여 생성자 호출을 경고로 처리하여 사용 자재를 유도한다. 래퍼의 생성자는 문자열로 된 값도 받아들인다.

strliteral	실행결과
class JavaTest { public static void main(String[] args) { Integer wrapint = new Integer("629"); String str = wrapint.toString(); int i = Integer.parseInt(str); System.out.println(i); } }	629

"629" 문자열 리터럴을 Integer의 생성자로 전달하여 정수 래퍼로 변환해서 저장한다. 래퍼 객체의 toString을 호출하면 래퍼가 가진 정수를 문자열로 바꾸어 문자열 변수에 대입할 수 있다. 문자열을 다시 기본형 값으로 바꿀 때는 각 래퍼의 다음 정적 메서드를 사용한다.

static int parseInt(String s [, int radix])

static long parseLong(String s [, int radix])

static float parseFloat(String s)

static double parseDouble(String s)

문자열 str에서 정수값을 다시 추출하여 출력했다. 이때 출력되는 629는 정수형의 값이다. 위 코드는 문자열을 정수로, 정수를 다시 문자열로, 그리고 문자열에서 다시 정수를 추출하는 쓸데없는 짓을 하고 있다. 하지만 이런 타입의 변환을 꼭 해야 하는 경우가 있다. 다음 예제를 보자.

stringint	실행결과
class JavaTest { public static void main(String[] args) { String a = "12", b = "34"; System.out.println(a + b); System.out.println(Integer.parseInt(a) + Integer.parseInt(b)); } }	1234 46

명령행 인수나 사용자가 직접 입력한 정보는 문자열이어서 기본 타입으로 변환해야 한다. a에 "12"가, b에 "34"가 저장된 상태에서 두 값을 더하고 싶을 때 a + b 하면 될 것 같지만 문자열끼리 연결되어 1234가 될 뿐 산술적인 덧셈은 하지 않는다. parseInt 메서드로 문자열에서 정수를 추출하여 더해야 한다. parseInt 메서드로 추출한 정수값은 연산식에 사용할 수 있다.

15-2-2.언박싱

기본형을 참조형으로 변환하는 것을 박싱(Boxing)이라고 하는데 값을 박스로 포장하여 객체로 만든다는 뜻이다. 이와 반대로 참조형을 기본형으로 변환하는 것을 언박싱(Unboxing)이라고 한다. 언박싱은 래퍼에 저장되어 있는 기본형의 값을 다시 끄집어 내는 것이며 다음 메서드를 호출한다.

메서드	설명
byteValue	byte 타입으로 추출한다.
shortValue	short타입으로 추출한다.
intValue	int 타입으로 추출한다.
longValue	long 타입으로 추출한다.
floatValue	float 타입으로 추출한다.
doubleValue	double 타입으로 추출한다.
charValue	char 타입으로 추출한다.
booleanValue	boolean 타입으로 추출한다.

이 메서드는 모든 래퍼 클래스에 정의되어 있어 꼭 저장된 타입으로만 언박싱해야 하는 것은 아니다. 박싱할 때는 정수로 넣고 언박싱할 때는 실수로 빼낼 수도 있다.

unbox	실행결과
class JavaTest { public static void main(String[] args) { Integer wrapint = new Integer(629); int i = wrapint.intValue(); System.out.println(i); Double wrapdouble = new Double("3.14"); int di = wrapdouble.intValue(); System.out.println(di); } }	629 3

위쪽 코드는 629라는 리터럴을 래퍼에 넣었다가 다시 빼낸다. 래퍼의 값을 다시 정수형으로 바꾸고 싶으면 intValue 메서드를 호출한다. 두 번째 코드는 실수를 래퍼에 넣어 놓고 정수 타입으로 빼낸다.

언박싱 과정에서 소수점 이하가 떨어져 나가고 정수부만 출력된다. 래퍼를 사용하면 타입끼리 변환이 가능한데 굳이 이렇게 해야 할 이유는 없다. 실수형을 정수형으로 바꾸고 싶었다면 그냥 캐스트 연산자를 사용하는 것이 더 편리하다.

15-2-3.자동 박싱

박싱과 언박싱은 대개의 경우 자동으로 수행되어 직접 해야 할 경우는 드물다. 자바 5 이후에는 컴파일러가 필요하다고 판단할 때 알아서 박싱과 언박싱을 수행하는데 이 기능을 자동 박싱(Auto boxing)이라고 한다. 자동 박싱의 예는 어디서나 흔히 볼 수 있는데 대표적인 예가 다음 메서드 호출문이다.

System.out.println(i);

지금까지 계속 사용해 왔던 문장인데 여기서 박싱이 일어난다. 콘솔에 문자열을 출력하는 println은 정수를 문자열로 바꾼 후 출력한다. 내부에서 i를 Integer 객체로 포장한 후 toString 메서드를 호출하여 문자열로 바꾸는 처리가 수행된다. 다음은 자동 언박싱이 일어나는 예이다.

int i = wrapint;

정수형 변수에 정수 래퍼를 대입하면 이때는 래퍼에 저장된 값을 꺼내 대입한다. 굳이 intValue 메서드를 호출하지 않아도 래퍼의 값이 잘 추출된다. 꼭 필요한 곳에 대해 컴파일러가 알아서 박싱과 언박싱을 처리하므로 기본형과 참조형을 섞어서 사용해도 큰 무리없이 잘 실행된다.

래퍼는 기본형의 값을 감싸는 참조 타입이지 수학적인 수치를 저장하는 값이 아니어서 값을 증감시킬 수 없으며 연산에 직접 사용할 수 없다. 그러나 자동 박싱에 의해 이것이 가능한 것처럼 보이기도 한다. 다음 예제의 동작을 연구해 보자.

autobox	실행결과
class JavaTest { public static void main(String[] args) { Integer a = new Integer(3); Integer b = new Integer(4); int c = a + b; System.out.println(c); Integer d = new Integer(12); d++; System.out.println(d); } }	7 13

두 개의 정수 래퍼를 + 연산자로 더해 정수형 변수 c에 대입했다. 참조형인 래퍼는 + 연산자와 함께 쓸 수 없는 것이 원칙이지만 컴파일러는 이 구문에서 a와 b에 대해 자동 언박싱을 수행하여 수치형값을 꺼낸 후 더한다. 결국 이 연산문은 내부적으로 다음과 같이 처리된다.

int c = a.intValue() + b.intValue();

아래쪽의 코드는 12라는 정수값을 가진 d 래퍼를 1 증가시킨다. 래퍼에 대해 ++ 연산자를 적용하는 것도 말이 안되지만 자동 언박싱과 박싱이 동시에 일어나 이 구문이 가능해진다. 컴파일러는 d++을 다음과 같이 처리한다.

d = new Integer(d.intValue() + 1);

d에 저장된 정수값을 언박싱한 후 여기에 1을 더하고 그 결과를 다시 박싱하여 d에 다시 대입함으로써 결국 d에 저장된 값이 1 증가한다.

15-2-4.래퍼의 멤버

래퍼에는 대응되는 타입의 특성을 설명하는 여러 가지 상수가 정의되어 있다. 다음은 Integer 클래스에 정의되어 있는 상수인데 다른 타입의 래퍼도 비슷하다.

상수	설명
BYTES	차지하는 바이트 수
SIZE	차지하는 비트 수
MIN_VALUE	표현할 수 있는 최소값
MAX_VALUE	표현할 수 있는 최대값
TYPE	Class 객체

이 상수를 통해 타입의 크기와 표현 범위를 상세히 조사할 수 있다. 이 정보는 언어 스펙에 분명히 명시되어 있지만 플랫폼에 따라 약간씩 차이가 있어 직접 조사하는 것이 정확하다. 다음 예제는 정수 타입의 여러 가지 정보를 조사하여 출력한다.

intinfo
class JavaTest { public static void main(String[] args) { System.out.printf("int 타입의 크기 = %d, 최소값 = %d, 최대값 = %d\n", Integer.SIZE, Integer.MIN_VALUE, Integer.MAX_VALUE); System.out.printf("short 타입의 크기 = %d, 최소값 = %d, 최대값 = %d\n", Short.SIZE, Short.MIN_VALUE, Short.MAX_VALUE); System.out.printf("long 타입의 크기 = %d, 최소값 = %d, 최대값 = %d\n", Long.SIZE, Long.MIN_VALUE, Long.MAX_VALUE); } }
실행결과	int 타입의 크기 = 32, 최소값 = -2147483648, 최대값 = 2147483647 short 타입의 크기 = 16, 최소값 = -32768, 최대값 = 32767 long 타입의 크기 = 64, 최소값 = -9223372036854775808, 최대값 = 9223372036854775807

같은 정수라도 크기에 따라 표현 범위가 다르다. Integer와 Long에 정의되어 있는 toBinaryString 정적 메서드는 기본형 값을 이진수로 출력한다. 이 메서드를 사용하면 변수의 내부 포맷을 들여다볼 수 있다. 실수는 이진수로 바로 출력할 수 없어 Integer나 Long으로 바꾼 후 출력한다. 부동 소수점의 비트 구조를 연구할 때 아주 유용한 기능이다.

binarystring
class JavaTest { public static void main(String[] args) { System.out.println(Integer.toBinaryString(1234)); System.out.println(Integer.toBinaryString(Float.floatToRawIntBits(0.1f))); } }
실행결과	10011010010 111101110011001100110011001101

실수는 값의 범위 뿐만 아니라 지수의 범위도 상수로 정의되어 있다. 다음 예제로 두 실수 타입의 기본 정보를 조사해 보자. Float보다는 Double의 지수 범위가 넓다.

floatinfo
class JavaTest { public static void main(String[] args) { System.out.printf("Float의 크기 = %d, 지수 최소값 = %d, 지수 최대값 = %d\n", Float.SIZE, Float.MIN_EXPONENT, Float.MAX_EXPONENT); System.out.printf("Double의 크기 = %d, 지수 최소값 = %d, 지수 최대값 = %d\n", Double.SIZE, Double.MIN_EXPONENT, Double.MAX_EXPONENT); } }
실행결과	Float의 크기 = 32, 지수 최소값 = -126, 지수 최대값 = 127 Double의 크기 = 64, 지수 최소값 = -1022, 지수 최대값 = 1023

실수 타입에는 아주 특별한 세 개의 상수가 정의되어 있다. NaN은 수가 아니라는 뜻(Not a Number)이며 NEGATIVE_INFINITY, POSITIVE_INFINITY는 음양으로 무한대의 값을 의미한다. 다음 예제로 이 상수의 의미에 대해 연구해 보자.

nan	실행결과
class JavaTest { public static void main(String[] args) { System.out.println(3.14/0.0); System.out.println(-3.14/0.0); System.out.println(Math.sqrt(-2)); } }	Infinity -Infinity NaN

정수를 0으로 나누는 연산은 수학적으로 정의되어 있지 않아 불가능한 연산이라는 예외가 발생한다. 이에 비해 실수를 0으로 나누면 무한대가 되는데 자바는 이 상태를 표현하기 위해 음양으로 두 개의 무한대 상수를 정의한다. 양수를 0으로 나누면 양의 무한대가 되며 음수를 0으로 나누면 음의 무한대가 된다.

NaN은 숫자가 아닌 상태를 의미하는데 대표적인 예가 음수의 제곱근이다. 음수의 제곱근은 존재하지 않아 이를 구하는 연산은 에러이며 이 상태를 표현하는 값이 바로 NaN이다. 또한 "1.23a" 식으로 숫자가 아닌 문자열을 수치형으로 변환할 때도 NaN이 리턴된다. 실수가 무한대인지, 유효한 값인지 조사할 때는 Double의 다음 메서드를 사용한다.

boolean isInfinite()

static boolean isFinite(double d)

boolean isNaN()

static boolean isNaN(double v)

Double 객체에 대해 바로 호출할 수 있는 메서드도 있고 임의의 double 값에 대해 조사하는 정적 메서드도 있다. 다음은 isNaN 메서드의 사용예이다.

isnan	실행결과
class JavaTest { public static void main(String[] args) { double d = Math.sqrt(-2); if (Double.isNaN(d)) { System.out.println("숫자가 아님"); } else { System.out.println("숫자가 맞음"); } } }	숫자가 아님

-2의 제곱근을 구한 후 결과가 제대로 계산되었는지 isNaN 메서드로 조사했다. 음수의 제곱근은 없으니 숫자가 아니라고 나오는 것이 정상이다. NaN 여부를 조사할 때 다음과 같이 직접 비교하면 안된다.

if (d == Double.NaN) {

NaN은 수가 아니라 일종의 상태여서 NaN과 수치값을 비교하면 결과는 무조건 false이다. 심지어 다음 문장도 false로 평가된다.

if (Double.NaN == Double.NaN) {

== 연산자의 좌우변이 완전히 일치해도 비교 결과는 false여서 비상식적이다. NaN은 일종의 에러 상황인데 에러가 발생하는 이유는 여러 가지가 있다. 똑같은 이유로 발생한 에러가 아닐 수도 있어 NaN을 NaN과 비교해도 다른 것으로 평가한다. 비교 연산자로는 NaN 여부를 정확히 판단하기 어려워 isNaN이라는 별도의 메서드가 제공된다.