[Java] 3. 연산자

자바의 연산자에 대해 알아보겠습니다.

 

 

 

 

산술 연산자

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산술이란 우리가 흔히 말하는 더하기, 빼기, 곱하기, 나누기를 수행하는 연산을 말한다.

자바에는 사칙연산과 나머지 연산을 포함한 총 다섯 가지의 산술 연산자가 있다.

몫을 구하는 연산자와, 나머지를 구하는 연산자가 따로 존재하는 것을 유의하자.

 

+, -, *, /, %

 

🚨 주의사항

정수형 일 때  0으로 나누거나 모듈 연산을 수행하게 되면 런타임에 오류가 발생하기 때문에 컴파일 타임에 확인할 수 없다.
또한, 자료형의 크기에 따른 오버플로우 문제도 조심해야 한다.
예를들어 중간 값을 계산하는 로직의 경우 int middleValue = (a + b) / 2 와 같이 구하고는 하는데 이는 overflow가 발생할 수 있다. 이 때 int middleValue = a + (b-a) / 2 와 같이 계산하면 overflow를 방지할 수 있다.

실수형은 연산 과정 자체에서 오차가 발생할 수 있다는 것을 인지해야 한다.
이는 특히 테스트 코드를 작성할 때, 어느 정도의 수준의 오차를 허용할 것인지 반드시 설정해주어야 하는 이유이다.
실수형은 0으로 나누거나, 모듈로 연산을 사용하면 위와 같이 Infinity, -Infinity, NaN 값을 가진다.
또한 Infinity와 NaN이 피연산자인 경우 또한 존재합니다.

 

 

비트 연산자

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Java에서는 정수 타입에 대해서 비트와 비트 시프트 연산을 제공하는데 이를 비트 연산자 한다.

비트 연산이라는 의미는 정수 타입은 컴퓨터가 이해할 수 있도록 2진수 형식으로 표현되는데, 2진수 조각 하나하나를 비트라고 표현하고, 이 비트들마다 수행하는 연산을 의미한다.

 

&, |, ^

 

 

 & 는 비트 AND 연산자이며, 피연산자들의 비트 별로 AND 연산을 수행하게 된다.

 

 | 는 비트 OR 연산자이며, 피연산자들의 비트 별로 OR 연산을 수행하게 된다.

 

 ^ 는 비트 XOR 연산자이며, 피연산자들의 비트 별로 XOR 연산을 수행하는데, 둘이 다를 때만 1이 된다.

 

 ~ 는 비트를 반전시키는 단항 연산자이다. '0'은 '1'로, '1'은 '0'으로 반전시킨다. 만약 byte 타입의 리터럴 0이 있다면 이진수로는 00000000 으로 표현되는데, 이를 비트 반전시키면 11111111 이 됩니다. 따라서 이를 1의 보수를 만든다고도 표현한다.

// 부호비트도 고려해야 함.
byte a = 0b00001010; //  10  (0|0001010)
byte b = 0b00101000; //  40  (0|0101000)
byte c = -0b00001010; // -10 (1|1110110)

// ~ 연산자(1의 보수를 만들어줌)
System.out.println(~a); // 1|1110101 => -11 여기에 1을 더하면 -10이 됨(2의 보수)
System.out.println(~c); // 0|0001001 => 9   여기에 1을 더하면 10이 됨

// & 연산자
System.out.println(a & b); // 0|0001000 => 8
System.out.println(a & c); // 0|0000010 => 2
System.out.println(b & c); // 0|0100000 => 32

// | 연산자
System.out.println(a | b); // 0|0101010 => 42
System.out.println(a | c); // 1|1111110 => -2
System.out.println(b | c); // 1|1111110 => -2

// ^ 연산자(다른 경우에만 1)
System.out.println(a ^ b); // 0|0100010 => 34
System.out.println(a ^ c); // 1|1111100 => -4
System.out.println(b ^ c); // 1|1011110 => -34

 

 

관계 연산자

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<, >, ≤, ≥, ==, ≠

관계 연산자는 피연산자가 같은지(==), 같지 않은지(!=), 큰지(>), 크거나 같은지(>=), 작은지(<), 작거나 같은지(<=) 비교하는 연산자이다. 주로 조건문과 반복문의 조건식에 사용되며, 연산결과는 오직  true 와  false  둘 중의 하나이다. 문자열의 동등성을 비교할 때에는 equals()메서드를 사용해야 한다.

 

int a = 7;
int b = 11;

System.out.println(a == b); // false
System.out.println(a != b); // true
System.out.println(a > b);  // false
System.out.println(a >= b); // false
System.out.println(a < b);  // true
System.out.println(a <= b); // true

 

 

논리 연산자

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&&, ||, !

논리 연산자는 피연산자로  boolean  값을 받는다. 이는 평가의 결과가 될 수도 있으며, 보통 식이 전달되는 경우가 많다.

 

 &&(And,그리고)  연산자는 두 연산결과가 참인지 판단한다. 만약 둘 중 하나라도 거짓이라면 거짓을 반환하고, 만약, 왼쪽의 피연산자가 거짓이라면 오른쪽의 피연산자는 평가하지 않는다

 

 ||(Or, 또는)  연산자는 두 연산결과 중 한 쪽만 참이어도 참을 반환한다. 만약, 왼쪽의 피연산자가 참이라면 오른쪽의 피연산자는 평가하지 않는다.

 

 !  연산자는 피연산자를 하나만 받는 단항 연산자이며, true 를 false로, false를 true로 반대 논리로 변경한다. 식의 평가 방향은 오른쪽에서 왼쪽이다.

 

위에서 말한 평가하지 않는 것을 short circuit evaluation이라고 하며, 식의 평가를 수행하지 않기 때문에 좀 더 빠른 결과를 얻을 수 있다.

효율적인 연산(short circuit evaluation)

논리 연산자의 또 다른 특징은 효율적인 연산을 한다는 것인데, OR연산인 || 의 경우, 두 피연산자 중 어느 한쪽만 참이여도 참이기에 좌측에 우선 평가 될 피연산자에 참이 될 가능성이 높은 피연산자를 위치하면 좌측의 피연산자가 참일 경우 우측의 피연산자 수행을 하지않고 진행하게 된다. AND연산인&& 도 마찮가지로 어느 한 쪽만 거짓이여도 결과는 거짓이 되기 때문에 false를 반환할 확률이 높은 평가식을 좌측 피연산자위치에 놓을 경우 더 빠른 연산결과를 얻을 수 있다.

 

 

instanceof

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instanceof 연산자는 타입 비교 연산자이다. 이를 이용해서 객체가 클래스의 인스턴스, 하위 클래스의 인스턴스 또는 특정 인터페이스를 구현하는 클래스의 인스턴스인지 참조변수의 실제 타입을 확인할 수 있다.

 

 

 

 

class Parent {
	...
}
class Child extends Parent {
	...
}

Parent parent = new Child();
System.out.println(parent instanceof Child);	//true
System.out.println(parent instanceof Parent);	//true
System.out.println(parent instanceof Object);	//true

 

 

assignment(=) operator

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대입 연산자는 변수에 값을 대입할 때 사용하는 이항 연산자이며, 피연자들의 결합 방향은 오른쪽에서 왼쪽이다.

또한, 자바에서는 대입 연산자를 다른 연산자와 결합하여 만든 다양한 복합 대입 연산자를 제공한다.

 

 

 

화살표(→) 연산자

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화살표 연산자는 Java8에서 추가된 람다 표현식의 한 부분이며, (파라미터) -> { Body } 형태로 작성한다.

람다 표현식은 함수형 프로그래밍에서 가장 중요한 부분 중 하나이며, 이름 도입함으로써 자바는 함수형 언어로도 기능하게 되었다.

이는 일부 익명 클래스를 간단히 표현할 수 있는 방법이라고도 볼 수 있으며, 또한 @FunctionalInterface 어노테이션을 붙인 인터페이스의 구현체로도 사용할 수 있다. 람다식은 메서드가 매개변수로 전달되는 것이 가능하고, 결과로 반환되는 것도 가능한다. 이를 함수가 일급시민이다라고 표현한다.

 

// 메소드
int min(int x, int y) {
    retrun x < y ? x : y;
}

// 람다 표현식
(x, y) -> x < y ? x : y;

 

💡 3항 연산자

?: 는 논리 연산자의 일종으로 피연산자를 세 개를 받는 유일한 연산자여서 삼항 연산자로 많이 불린다.
이는 if - else 문과 비슷하게 보이며, 한 줄로 간단하게 표현할 수 있다.
조건 ? 참일 때  : 거짓일  때 의 표현으로 사용한다.

 

 

연산자 우선 순위

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switch 연산자

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Java의 새로운 Switch 표현 방법은 Java 12에서 처음 소개 되었고, Java 13, 14 버전을 거치면서 사소한 변경만 몇 차례 있었다.

switch expression은 자바 14 버전부터 사용할 수있다.

 

[ 변경 전 ]

• C, C++에서 사용하는 형태의 Switch 형식을 따른다.
• 불필요한 반복코드 존재한다.
• 다수의 case와 break가 존재한다.
• 개발자의 실수로 break를 빼먹을 경우 다음 분기로 넘어가게 됨.

[ 변경 후 ]

• Switch 내에서 라벨이 일치하는 경우, case -> A와 같은 형식으로 표현이 가능하다.
• 단일 수행 또는 블록 수행이 가능하다.
• Switch 블록 내에서 계산된 값을 반환하는 yeild라는 키워드가 생겼다.
• 여러 조건을 쉼표로 구분하여 한 라인으로 처리할 수 있음.

 

 

[ 기존의 Switch 표현 ]

enum Day { SUNDAY, MONDAY, TUESDAY, WEDNESDAY, THURSDAY, FRIDAY, SATURDAY; }

enum Day { SUNDAY, MONDAY, TUESDAY, WEDNESDAY, THURSDAY, FRIDAY, SATURDAY; }

static void  test(Day day){
        switch (day) {
            case MONDAY:
            case FRIDAY:
            case SUNDAY:
                System.out.println(6);
                break;
            case TUESDAY:
                System.out.println(7);
                break;
            case THURSDAY:
            case SATURDAY:
                System.out.println(8);
                break;
            case WEDNESDAY:
                System.out.println(9);
                break;
    }
}

MONDAY, FRIDAY SUNDAY는 동일한 처리를 하기 위해 연속적으로 위치해야하고 미관상으로도 좋지 않다. 또 전체적으로 case, break, System.out.prinln()이 반복된다는 것을 알 수 있다.

 

[ 개선 된 switch ]

static void  test(Day day){
        switch (day) {
             case MONDAY, FRIDAY, SUNDAY -> System.out.println(6);
             case TUESDAY                -> System.out.println(7);
             case THURSDAY, SATURDAY     -> System.out.println(8);
             case WEDNESDAY              -> System.out.println(9);
    }
}

조건에 해당하는 라벨을 ,로 구분하여 한 줄에 쓸 수 있고, -> 화살표를 통해 처리할 코드를 작성할 수 있다. 새로운 Switch 표현을 사용해 이전 보다는 간결해 졌지만 여전히 System.out.println()이 반복되는 것을 알 수 있다. 이런 경우에는 다음과 같은 표현도 가능하다.

 

public void test(Day day) {
        System.out.println(
                switch (day) {
                    case MONDAY, FRIDAY, SUNDAY -> 6;
                    case TUESDAY                -> 7;
                    case THURSDAY, SATURDAY     -> 8;
                    case WEDNESDAY              -> 9;
        	});
	}

 

System.out.println() 인자에 Switch를 사용할 수 있다. 기존 Switch는 반환값이 없었는데, 새로운 Switch는 반환값을 갖는다. 따라서 다음과 같은 표현이 가능하다.

public void test(Day day) {
        int cnt = switch(day) {
            case MONDAY, FRIDAY, SUNDAY -> 6;
            case TUESDAY                -> 7;
            case THURSDAY, SATURDAY     -> 8;
            case WEDNESDAY              -> 9;
        };
    }

 

[ Switch의 반환 yield ]

-> 표현 오른쪽에 오는 처리는 꼭 단일 수행이 아니어도 된다. 이때는 {} 블록을 만들고 그 안에 수행할 코드를 작성하면된다. 또 Switch 표현에서 사용되는 yield라는 키워드가 생겼다. 새로운 Switch 표현이 처음 나온 Java 12에서는 break value;와 같은 문법으로 해당 기능을 지원했으나 현재 Java 14에서는 yield로 변경되었다. yield는 쉽게 말게 함수의 return과 비슷하다고 할 수 있다. yield는 해당 Switch 블록에 특정 값을 Switch의 결과값으로 반환하는 것이다.

public void test(Day day) {
        int cnt = switch (day) {
            case MONDAY -> 0;
            case TUESDAY -> 1; 
            case WEDNESDAY -> {
                int k = day.toString().length();
                int result = k+5;
		yield result;
                //break result; <----- java 12 Switch Expression
            }
            default -> 0;
        };
}

 

yield 키워드는 항상 Switch 블록 내부에서만 사용된다.

public void test(Day day) {
        int cnt = switch (day) {
            case MONDAY -> 0;
            case TUESDAY -> yield 1; // error! yield는 block 안에서만 유효다
            case WEDNESDAY -> { yield 2;} // ok
            default -> 0;
        }
}

 

💡 default

Switch의 반환값이 따로 필요하지 않은 경우나, case가 Switch로 들어오는 모든 인자를 커버하는 경우에는 default 항목을 따로 넣어주지 않아도 된다. 하지만 그렇지 않은 경우에는 default -> { your code; }를 꼭 작성해야 한다. 위 두 가지 경우가 아니면 에러가 발생한다.

💡 yield 키워드는 변수명으로 사용이 가능하다.

Java에서 예약어는 변수명으로 사용할 수 없다. 하지만 yield는 신기하게도 변수명으로 사용할 수 있다.

 

 

 

 

 

참고

백기선님 온라인 스터디 3주차 - 연산자

[JAVA] 연산자 (화살표, 삼항, switch...)

JAVA 스터디 5 - switch expression (자바 12부터 추가됨)