[Java] 제어자(modifier) - static, final, abstract

제어자란?

제어자는 클래스, 변수, 메소드의 선언부에 함께 사용되어 부가적인 의미를 부여한다. 자바에서 제어자의 종류는 크게 접근 제어자와 그 외의 제어자로 분류할 수 있다.

 

접근 제어자	public, protected, default, private
그 외	static, final, abstract, native, transient, synchronized, volatile, strictfp

 

제어자는 클래스앞이나 멤버변수와 메소드 앞에 사용되며, 특수한 경우를 제외하고 하나의 대상에 여러 제어자를 조합하여 사용하는 것이 가능하다 접근 제어자는 네 가지 중 한가지만 선택해서 사용할 수 있다. 즉, 하나의 대상에 대해서 public과 private을 함께 사용할 수 없다.

+ 제어자 간의 순서는 상관없지만 주로 접근 제어자를 제일 왼쪽에 선언하는 경향이 있다.

 

 

1. static - 클래스의, 공통적인

 static은 '클래스의', '공통적인'의 의미를 가지고 있다. 인스턴스 변수는 하나의 클래스로 부터 생성되었더라도 각각 다른 값을 유지하지만, 클래스변수(static 변수)는 인스턴스에 관계없이 동일한 값을 유지한다. 그 이유는 하나의 클래스 변수를 모든 인스턴스가 공유하기 때문이다.

 따라서 static이 붙은 멤버(인스턴스 변수, 메소드, 초기화 블럭)는 인스턴스가 아닌 클래스에 관계된 것이기 때문에 인스턴스를 생성하지 않고도 사용할 수 있다.

 

static이 사용될 수 있는 곳 - 초기화 블럭, 멤버변수, 메소드, 클래스

제어자	대상	의미
static	멤버변수	- 모든 인스턴스에서 공통적으로 사용되는 클래스 변수가 된다. - 인스턴스를 생성하지 않고 사용 가능하다. - 클래스가  메모리에 로드될 때 생성된다.
	메소드	- 인스턴스를 생성하지 않고도 호출이 가능한 static 메소드가 된다. - static메소드 내에서는 인스턴스 멤버들을 사용할 수 없다. 오직 static 멤버만 사용 가능하다.
	클래스	- static 키워드를 이용하여 class를 선언하면, 상위 클래스와 분리 해 준다.

 

 

static 초기화 블럭

[Java] 초기화 블럭(initialization block)

static 초기화 블럭은 클래스가 메모리에 로딩될 때 단 한번만 수행되며, 주로 복잡한 클래스변수(static 변수)를 초기화 하는데 사용된다.

class StaticTest{
    static int width = 200;
    static int height = 120;

    static{
        //static 변수의 복잡한 초기화 수행
    }

    static int max(int a, int b) {
        return a > b ? a : b;
    }
}

 

 

static 멤버변수

클래스 내에서 변수를 선언하면 인스턴스 변수로 멤버변수에 접근하려면 car.name처럼 객체를 통해서 접근해야 한다.

Car car = new Car();
System.out.println(car.name);

만약 static 키워드를 사용하여 클래스 변수(static 변수)를 사용했다면 인스턴스 변수와 다른 특성을 갖는다. 다음과 같이 객체를 통해서 접근할 수 있지만, 클래스 네임을 통해서 접근할 수 있다.

 

System.out.println(Car.sNumberOfCars);

Car car = new Car();
System.out.println(car.sNumberOfCars);

 클래스를 통해서 접근하게 되면, 객체를 만들지 않고 외부에서 접근할 수 있다. static으로 선언된 변수는 클래스가 메모리에 로드될 때 생성되고 초기화 되기 때문이다. 객체를 통해서도 접근 가능하지만 static멤버는 Class를 통해 접근하는 방법을 권장한다. 그 이유는 인스턴스 멤버를 접근하고 있는지, 클래스 멤버(static 멤버)를 접근하고 있는지 쉽게 구분이 안되기 때문이다. +IntelliJ에서는 객체참조변수로 static멤버에 접근할 때 자동완성기능 조차 제공하지 않는다.

 

class Car{
    public final static String MANUFACTURE_NAME = "BMW";
    public final static String CAR_NAME = "BMW 320D";

    public static int sNumberOfCars = 0;

    Car() {
        sNumberOfCars++;
    }
}

 위의 코드에서 멤버변수 MANUFACTURE_NAME, CAR_NAME, sNumberOfCars은 static으로 선언되었기 때문에 클래스 변수(static 변수)이며 Car객체를 생성하지 않고도 Car클래스 키워드로 접근 가능하다.

 또한 MANUFACTURE_NAME과 CAR_NAME은 final static으로 선언되었기 때문에 값이 변경 되어서는 안되는 상수(Constant)이다. 상수는 보통 대문자와 이름이 길어질경우 _만을 사용하여 이름을 짓는다.(final은 뒤에 참고)

 

 sNumberOfCars는 static으로 선언했기 때문에 값을 변경할 수 있는 클래스 변수(static 변수)이자 인스턴스를 생성하지 않고도, 접근가능하며 Car인스턴스가 모두 공유하게 되는 변수이다.

 

Car car1 = new Car();
Car car2 = new Car();
Car car3 = new Car();

System.out.println(Car.CAR_NAME);
System.out.println(Car.MANUFACTURE_NAME);
System.out.println(Car.sNumberOfCars);

실행결과:

 

 

static 메소드

static 메소드도 static변수와 비슷하다. 메소드드를 선언할 때 static을 사용하면 객체를 생성하지 않고도 메소드를 사용할 수 있다.

class Car{
    public final static String MANUFACTURE_NAME = "BMW";
    public final static String CAR_NAME = "BMW 320D";

    public static int sNumberOfCars = 0;

    Car() {
        sNumberOfCars++;
    }

    public static void printCarInfo() {
        System.out.println("[Brand : " + MANUFACTURE_NAME + ", Name : " + CAR_NAME);
    }
}

Car클래스에 printCarInto()라는 static메소드를 추가했다.

 

Car.printCarInfo();

Car car = new Car();
car.printCarInfo();

실행결과:

static메소드 역시 클래스 이름, 객체참조변수로 접근가능하지만 위에서 설명했듯이 클래스네임으로 접근해야한다.

 

 주의할점은 static메소드는 객체를 생성하지 않고도 호출할 수 있다. 이유는 위에서 설명했다. 따라서 static 메소드 내부에서는 super, this와 같은 키워드를 사용할 수 없고 오직 클래스멤버(static변수, static메소드)만 접근 가능하다.

또한 static메소드는 해당 클래스 namespace 하위에 위치하기 때문에, 해당 클래스와 관련된 메소드를 묶어주는 효과가 있다.(grouping)

 

 

static 클래스

static class도 분리라는 의미에서 위와 비슷한 특성이 있다. static 키워드를 이용하여 class를 선언하면, 상위 클래스와 분리를 해준다.

예를들어 Car클래스 내부에 Wheel클래스를 선언했다. 이런 구조로 선언된 Wheel클래스를 Inner class라고 부르고, Inner class의 특징은 상위 클래스 내부에 선언되며 상위 클래스와 연결되어 있다는 것이다. 따라서 Wheel클래스는 상위 클래스인 Car클래스의 멤버변수에 접근이 가능하다.

public class Car {
    public int year = 2022;

    public Car() {
    }

    public class Wheel {
        public Wheel() {
            year = 10;
        }
    }
}

위와 같은 특성 때문에 Inner class는 상위 클래스에서만 생성할 수 있다. 상위 클래스를 통하지 않고 외부에서 직접 Inner class를 생성할 수 없다.

 

public class Car {
    public int year = 2022;

    public Car() {
    }

    public static class Wheel {
        public Wheel() {
            // year = 10; // compile error!
        }
    }
}

그런데 만약 다음과 같이 Car클래스 내부에 static으로 Wheel클래스를 선언하면 Car클래스와 분리가 된다. 분리가 되었다는 것은 Wheel클래스에서 Car클래스의 멤버변수에 접근할 수 없다는 것을 의미한다. 이렇게 static으로 선언된 하위의 클래스를 static nested class라고 한다.

 

Car.Wheel wheel = new Car.Wheel();

Static nested class는 상위 클래스가 생성되지 않아도, 외부에서 직접 객체를 생성할 수 있다. 예를 들어, 다음과 같이 하위 클래스를 외부에서 직접 객체를 생성할 수 있다.

이것이 Inner class와의 큰 차이점이라고 볼 수 있다.

 

public static class Car {  // compile error!
    public int year = 2018;

    public Car() {
    }

    public class Wheel {
        public Wheel() {
            // year = 10; // compile error!
        }
    }
}

static class는 하위 클래스를 선언할 때만 가능하다. 아래와 같이 상위 클래스를 static으로 선언하려고 하면 컴파일 에러가 발생한다.

 

 

2. final - 마지막의, 변경될 수 없는

final은 '마지막의', '변경될 수 없는'의 의미를 가지고 있으며 거의 모든 대상에 사용될 수 있다.

 변수에 사용되면 값을 변경할 수 없는 상수가 되며, 메소드에 사용되면 오버라이딩을 할 수 없고, 클래스에 사용되면 해당 클래스를 상속받는 자손클래스를 정의하는 것이 불가능하다.

 

final이 사용될 수 있는 곳 - 지역변수, 멤버변수, 메소드, 클래스

제어자	대상	의미
final	지역변수	변수 앞에 final이 붙으면, 값을 변경할 수 없는 상수가 된다.
	멤버변수
	메소드	변경될 수 없는 메소드. 즉, final로 지정된 메소드는 오버라이딩을 통해 재정의 할 수 없다.
	클래스	변경될 수 없는 클래스. 즉, 해당 클래스를 상속받아 자손클래스를 정의하는 것이 불가능하다. final로 지정된 클래스는 다른 클래스의 조상이 될 수 없다.

 

final class FinalTest{  //조상이 될 수 없는 클래스
    final int MAX_SIZE = 10;    //값을 변경할 수 없는 멤버변수(상수)

    final int getMaxSize() {    //오버라이딩 할 수 없는 메소드
        final int LV = MAX_SIZE;    //값을 변경할 수 없는 지역변수(상수)
        return MAX_SIZE;
    }
}

 

 

생성자를 이용한 final 멤버변수의 초기화

final이 붙은 변수는 상수이므로 일반적으로 선언과 초기화를 동시에 하지만, 인스턴스변수의 경우 생성자에서 초기화 되도록 할 수 있다.

 클래스 내에 매개변수를 갖는 생성자를 선얺아여, 인스턴스를 생성할 때 final이 붙은 멤버변수를 초기화하는데 필요한 값을 생성자의 매개변수로부터 제공받는 것이다.

 이 점을 활용하면 각 인스턴스마다 final이 붙은 멤버변수가 각기 다른 값을 갖도록 하는 것이 가능하다.

만일 이것이 불가능하다면 클래스에 선언된 final이 붙은 인스턴스 변수는 모든 인스턴스에서 같은 값을 가져야만 할 것이다.

public class TestFree {
    public static void main(String[] args) {
        Card card = new Card(10, "SPACE");
        //card.NUMBER = 5;  에러!!!
    }
}

class Card{
    final int NUMBER;
    final String KIND;

    public Card(int NUMBER, String KIND) {
        this.NUMBER = NUMBER;
        this.KIND = KIND;
    }
}

 

 

3. abstract - 추상의, 미완성의

abstract는 '미완성의', '추상적인'의 의미를 가지고 있다. 메소드의 선언부만 작성하고, 실제 수행내용은 구현하지 않는 추상 메소드를 선언하는데 사용된다.

 그리고 클래스에 사용되어 클래스 내에 추상메소드가 존재한다는 것을 쉽게 알 수 있게 한다.(보다 자세한 추상 클래스에 대한 내용은 다음 포스터를 참조.)

 

abstract가 사용될 수 있는 곳 - 메소드, 클래스

제어자	대상	의미
abstract	메소드	선언부만 정의하고 구현부는 작성하지 않은 추상 메소드임을 알린다.
	클래스	클래스 내에 추상 메소드가 선언되어 있음을 의미한다.

추상 클래스는 아직 완성되지 않은 메소드가 존재하는 '미완성 설계도'이므로 인스턴스를 생성할 수 없다.

 

abstract class AbstractTest{    //추상 클래스(추상 메소드를 포함한 클래스)
    abstract void move();   //추상 메소드(구현부가 없는 메소드)
}

꽤 드물지만 추상 메소드가 없는 추상 클래스, 즉 완성된 클래스도 abstract를 붙여서 추상 클래스로 만드는 경우도 있다. 예를 들어, java.awt.event.WindowAdapter같은 클래스는 아무런 내용이 없는 메소드들만 정의되어 있기 때문에 이러한 클래스들은 인스턴스를 생성해봐야 할 수 있는 것이 아무것도 없기 때문에 클래스 앞에 제어자 abstract를 붙여 놓은 것이다. 

이러한 클래스는 클래스 자체로는 쓸모가 없지만, 다른 클래스가 이 클래스를 상속받아서 일부의 원하는 메소드만 오버라이딩해도 된다는 장점이 있다.