JAVA 배열 알아가기 1

메모리 구조

모든 자바 프로그램은 자바 가상 머신(JVM)을 통해서 실행됩니다.
자바 프로그램이 실행되면, JVM은 운영 체제로부터 해당 프로그램을 수행할 수 있도록 필요한 메모리를 할당받습니다.

이렇게 할당받은 메모리를 JVM은 용도에 따라 다음과 같이 구분하여 관리합니다.

 

메소드(method) 영역

메소드(method) 영역은 자바 프로그램에서 사용되는 클래스에 대한 정보와 함께 클래스 변수(static variable)가 저장되는 영역입니다.
JVM은 자바 프로그램에서 특정 클래스가 사용되면 해당 클래스의 클래스 파일(*.class)를 읽어들여, 해당 클래스에 대한 정보를 메소드 영역에 저장합니다.

 

힙(heap) 영역

힙(heap) 영역은 자바 프로그램에서 사용되는 모든 인스턴스 변수가 저장되는 영역입니다.
JVM은 자바 프로그램에서 new 키워드를 사용하여 인스턴스가 생성되면, 해당 인스턴스의 정보를 힙 영역에 저장합니다.
힙 영역은 메모리의 낮은 주소에서 높은 주소의 방향으로 할당됩니다.

 

스택(stack) 영역

스택(stack) 영역은 자바 프로그램에서 메소드가 호출될 때 메소드의 스택 프레임이 저장되는 영역입니다.

JVM은 자바 프로그램에서 메소드가 호출되면, 메소드의 호출과 관계되는 지역 변수와 매개변수를 스택 영역에 저장합니다.
이렇게 스택 영역은 메소드의 호출과 함께 할당되며, 메소드의 호출이 완료되면 소멸합니다.
이렇게 스택 영역에 저장되는 메소드의 호출 정보를 스택 프레임(stack frame)이라고 합니다.

스택 영역은 푸시(push) 동작으로 데이터를 저장하고, 팝(pop) 동작으로 데이터를 인출합니다.
이러한 스택은 후입선출(LIFO, Last-In First-Out) 방식에 따라 동작하므로, 가장 늦게 저장된 데이터가 가장 먼저 인출됩니다.
스택 영역은 메모리의 높은 주소에서 낮은 주소의 방향으로 할당됩니다.

 

배열(array)이란?

배열(array)은 같은 타입의 변수들로 이루어진 유한 집합으로 정의할 수 있습니다.
배열을 구성하는 각각의 값을 배열 요소(element)라고 하며, 배열에서의 위치를 가리키는 숫자를 인덱스(index)라고 합니다.
자바에서 인덱스는 언제나 0부터 시작하며, 0을 포함한 양의 정수만을 가질 수 있습니다.

배열은 같은 종류의 데이터를 많이 다뤄야 하는 경우에 사용할 수 있는 가장 기본적인 자료 구조입니다.

배열은 선언되는 형식에 따라 1차원 배열, 2차원 배열뿐만 아니라 그 이상의 다차원 배열로도 선언할 수 있습니다.
하지만 현실적으로 이해하기가 쉬운 2차원 배열까지가 많이 사용됩니다.

 

1차원 배열

1차원 배열은 가장 기본적인 배열로 다음과 같은 문법에 따라 선언합니다.

문법

1. 타입[] 배열이름;
2. 타입 배열이름[];

타입은 배열 요소로 저장되는 변수의 타입을 명시합니다.
배열 이름은 배열이 선언된 후에 배열에 접근하기 위해 사용됩니다.

※ 자바에서는 배열을 만들기 위해 위의 두 가지 방법을 모두 사용할 수 있지만, 될 수 있으면 첫 번째 방법만을 사용하는 것이 좋습니다.

위와 같이 선언된 배열은 new 키워드를 사용하여 실제 배열로 생성할 수 있습니다.

문법

배열이름 = new 타입[배열길이];

배열의 길이는 해당 배열이 몇 개의 배열 요소를 가지게 되는지 명시합니다.

또한, 다음과 같이 배열의 선언과 생성을 동시에 할 수도 있습니다.

문법

타입[] 배열이름 = new 타입[배열길이];

자바에서는 이러한 배열도 모두 객체이므로, 각각의 배열은 모두 자신만의 필드와 메소드를 가지고 있습니다.

다음 예제는 int형 데이터를 3개 저장할 수 있는 배열을 선언과 동시에 생성하고 있습니다.

예제

int[] grade1 = new int[3]; // 길이가 3인 int형 배열의 선언 및 생성
int[] grade2 = new int[3]; // 길이가 3인 int형 배열의 선언 및 생성
grade1[0] = 85; // 인덱스를 이용한 배열의 초기화
grade1[1] = 65;
grade1[2] = 90;
grade2[0] = 85; // 배열의 길이보다 적은 수의 배열 요소만 초기화
for (int i = 0; i < grade1.length; i++) {
    System.out.print(grade1[i] + " "); // 인덱스를 이용한 배열로의 접근
}
for (int i = 0; i < grade2.length; i++) {
    System.out.print(grade2[i] + " "); // 인덱스를 이용한 배열로의 접근
}

실행 결과

85 65 90 
85 0 0

위의 예제처럼 0부터 시작하는 인덱스(index)를 이용하면 각각의 배열 요소에 따로 접근할 수 있습니다.
또한, 배열 grade2처럼 배열의 길이보다 적은 수의 배열 요소만을 초기화할 경우, 나머지 배열 요소들은 배열의 타입에 맞게 자동으로 초기화될 것입니다.

배열의 타입	초깃값
char	'\u0000'
byte, short, int	0
long	0L
float	0.0F
double	0.0 또는 0.0D
boolean	false
배열, 인스턴스 등	null

하지만 다음 예제처럼 해당 배열의 길이를 초과하는 인덱스를 사용하면, ArrayIndexOutOfBounds 예외가 발생할 것입니다.

예제

int[] grade = new int[3];   // 길이가 3인 int형 배열의 선언 및 생성
grade[0] = 85;              // 인덱스를 이용한 배열의 초기화
grade[1] = 65;
grade[2] = 90;
System.out.print(grade[4]); // ArrayIndexOutOfBounds 예외 발생

※ 위의 예제에서 사용한 length는 배열의 길이를 저장하고 있는 배열 객체의 필드입니다.

 

배열의 초기화

자바에서는 변수와 마찬가지로 배열도 선언과 동시에 초기화할 수 있습니다.

다음과 같이 괄호({})를 사용하여 초깃값을 나열한 것을 초기화 블록(initialization block)이라고 합니다.
자바에서는 이러한 초기화 블록을 이용하여 배열을 선언과 동시에 초기화할 수 있습니다.

초기화 블록을 이용한 배열의 초기화 방법은 다음과 같습니다.

문법

1. 타입[] 배열이름 = {배열요소1, 배열요소2, ...};
2. 타입[] 배열이름 = new 타입[]{배열요소1, 배열요소2, ...};

위의 두 가지 초기화 방법은 완전히 같은 결과를 반환하며, 초기화 블록에 맞춰 자동으로 배열의 길이가 설정됩니다.하지만 다음과 같은 경우에는 첫 번째 방법이 아닌 두 번째 방법만을 사용하여 초기화해야 합니다.

1. 배열의 선언과 초기화를 따로 진행해야 할 경우
2. 메소드의 인수로 배열을 전달하면서 초기화해야 할 경우

예제

int[] grade1 = {70, 90, 80};          // 배열의 선언과 동시에 초기화할 수 있음.
int[] grade2 = new int[]{70, 90, 80}; // 배열의 선언과 동시에 초기화할 수 있음.
int[] grade3;
// grade3 = {70, 90, 80};             // 이미 선언된 배열을 이 방법으로 초기화하면 오류가 발생함.
int[] grade4;
grade4 = new int[]{70, 90, 80};       // 이미 선언된 배열은 이 방법으로만 초기화할 수 있음.

위의 예제처럼 초기화 블록의 타입과 배열의 타입은 반드시 일치해야 합니다.

다음 예제는 앞선 예제와 같은 배열을 선언과 동시에 초기화 블록으로 초기화하는 예제입니다.

예제

int[] grade = new int[]{85, 65, 90};  // 길이가 3인 int형 배열을 선언과 동시에 초기화
for (int i = 0; i < grade.length; i++) {
    System.out.print(grade[i] + " "); // 인덱스를 이용한 배열로의 접근
}

실행 결과

85 65 90

다음 예제는 배열 요소의 합과 평균을 구하는 예제입니다.

예제

int[] grade = new int[]{85, 65, 90}; // 길이가 3인 int형 배열을 선언과 동시에 초기화
int sum = 0;
for (int i = 0; i < grade.length; i++) {
    sum += grade[i];
}
System.out.println("모든 과목에서 받은 점수의 합은 " + sum + "입니다.");
System.out.println("이 학생의 평균은 " + (sum / grade.length) + "입니다.");

실행 결과

모든 과목에서 받은 점수의 합은 240입니다.
이 학생의 평균은 80입니다.