CSE2016 프로그램설계방법론

(c)도경구 
version 0.9 (2022/09/07)
version 0.91 (2022/09/26) 숙제 모범답안 코드 추가

2. 식, 타입, 변수

2-1. Java 기본타입 값의 종류 및 표현

논리값(boolean)은 true, false 두 값만 있다. 따라서 이 값을 저장하는데 필요한 공간은 1 bit 이지만, Java에서 다루는 데이터의 최소 단위가 1 byte (= 8 bit) 이기 때문에 낭비에도 뷸구하고 1 byte의 공간을 사용한다.
문자(char)는 ‘\u0000’ ~ ‘\uFFFF’ 범위의 유니코드(Unicode) 문자를 모두 포함하기 위해서 2 byte (= 16 bit)의 공간을 사용한다.
정수는 허용 범위에 따라 4가지 타입, byte, short, int, long 으로 구분한다. 별도의 언급이 없으면 정수는 모두 int 타입으로 인식하여 4 byte (= 32 bit)의 공간을 사용한다. byte, short은 해당 타입으로 변수를 선언해야 해당 크기의 공간을 할당한다. 거대 정수를 표현하기 위해서 long 타입으로 쓰려면 끝에 반드시 L 또는 l을 붙여야 한다.
실수는 허용 범위에 따라 2가지 타입, float, double 로 구분한다. 별도의 언급이 없으면 실수는 모두 double 타입으로 인식하여 8 byte (= 64 bit)의 공간을 사용한다. 공간 절약을 위해서 float 타입으로 쓰려면 끝에 반드시 F 또는 f를 붙여야 한다.

2-2. 식

식(expression)은 계산하여 정상적으로 끝나면 값을 결과로 내주는 프로그램 구조이다. 식을 계산하는 도중 예외상황이 발생하여 결과를 내주지 못하고 비정상적으로 끝날 수도 있다.

식의 종류

산술식 (arithmetic expressions)
논리식 (logical expressions)
지정식 (assignment expressions)
조건식 (conditional expressions)

산술식

산술식은 계산 결과가 정수 또는 실수가 되는 식 이다. 연산자를 가운데 또는 앞에 두고 식을 세우는데, 연산자는 다음 표와 같이 5가지가 있다.

논리식

논리식은 계산 결과가 true 또는 false가 되는 식 이다. 연산자를 가운데 또는 앞에 두고 식을 세우는데, 연산자는 다음 표와 같이 3가지가 있다.

비교 논리식

비교 논리식은 양쪽에 식을 두고 각 식을 계산한 결과의 크기 또는 같거나 다름을 비교하는 식이다. 계산 결과가 true 또는 false이므로 논리식의 일종이라고 할 수 있다. 가운데 위치한 비교 연산자는 다음과 같이 6가지 있다.

조건식

조건식은 e1 ? e2 : e3와 같은 형식으로 표현한다. e1의 계산 결과가 true이면 e2를 계산하고, e1의 계산 결과가 false이면 e3를 계산한다.

지정식

지정식은 x = e와 같은 형식으로 표현한다. 여기서 x는 변수이고, e는 임의의 식이다. 이 지정식의 실행 의미는 다음과 같다.

식 x = e의 계산 결과값은 식 e를 계산한 결과값이다.
그리고 그 결과값을 변수 x가 가리키는 곳에 저장한다.

변수는 미리 선언해두어야 쓸 수 있다. 변수 선언은 다음과 같은 <타입이름> <변수이름> 형식으로 나열한다. 예를 들어 정수 변수 number를 선언하려면 다음과 같이 쓴다.

int number;

그러면 int 타입의 값을 저장해둘 수 있는 메모리 공간 4 byte를 할당받고 그 곳을 number라는 변수로 접근할 수 있게 해준다. 이를 추상적인 그림으로 형상화해보면 다음과 같다.

변수를 선언한다고 하여 그 공간에 값이 저절로 저장되지 않는다. 값은 다음과 같이 지정식의 형식으로 저장할 수 있다.

number = 55;

이 지정식을 실행하면 우변의 식을 계산한 결과값을 다음 그림과 같이 변수 number로 지정된 공간에 저장한다.

이후에 필요에 따라 지정식으로 이 곳에 저장되어 있는 값을 변경할 수 있다.

그리고 언제든지 다음과 같이 호출하여 저장되어 있는 값을 가져다 쓸 수 있다.

System.out.println(number);

선언한 변수에 값을 지정하지 않고 호출하여 사용하면 의도하지 않은 결과를 초래할 수 있다. 왜냐하면 할당받은 공간에 어떤 값이 들어있을지 알 수 없기 때문이다. 따라서 선언한 변수의 값은 반드시 바로 지정하는 습관을 들여야 하며, 다음과 같이 선언과 동시에 초기값을 지정해두면 간편하다.

int number = 55;

변수 이름은 영문 알파벳과 숫자, 밑줄문자(_), 달러기호($)의 조합으로 만들 수 있다. 하지만 숫자는 맨앞에 둘 수 없다. 일반 변수 이름은 명사 사용을 추천한다. 그리고 일반 변수 이름은 소문자만 사용는 것이 관례이다. 예를 들어 number. 두개 이상의 단어가 이어지는 경우, 밑줄을 사이에 두어야 한다. 예를 들어 my_number. myNumber와 같이 일반 변수 이름에 대문자를 쓰는 것은 추천하지 않는다. 언급한 이 관례는 개발자들끼리의 약속이므로 반드시 지키는 것이 좋다.

변수 이름은 그 변수가 갖고 있는 값을 연상할 수 있도록 짓는게 좋다.

계산 우선순위, 결합순서

이항 연산자가 2개 이상 다음과 같이 이어서 나열되어 있는 경우,

e1 op1 e2 op2 e3

op1과 op2의 어떤 연산자를 먼저 적용하여 계산하느냐에 따라 계산 결과가 달라질 수 있다. 혼동을 방지하기 위하여 다음 표와 같이 우선순위와 결합순서를 정해놓았다.

계산 우선순위에 반해서 우선 계산하고 싶은 쌍은 괄호로 둘러싸아 먼저 계산할 수밖에 없도록 하면 된다.

사례 1. 정사각형 면적 구하기

변의 길이가 7인 정사각형의 면적

public class Geometry {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(7 * 7);
    }
}

변의 길이가 7인 정사각형의 면적 (변수 활용 버전)

public class Geometry {
    public static void main(String[] args) {
        int side, area;
        side = 7;
        area = side * side;
        System.out.println(area);
    }
}

사례 2. 원 면적 구하기

원의 면적을 실수로 구하는 버전

public class Geometry {
    public static void main(String[] args) {
        int radius;
        double area;
        radius = 7;
        area = 3.14 * radius * radius;
        System.out.println(area);
    }
}

묵시적 타입 변환 (implicit type casting) : int => double

원의 면적을 정수로 구하는 버전 (컴파일 오류 - 타입 불일치)

public class Geometry {
    public static void main(String[] args) {
        int radius;
        int area;
        radius = 7;
        area = 3.14 * radius * radius;
        System.out.println(area);
    }
}

원의 면적을 정수로 구하는 버전 (소수점 이하 버리기)

public class Geometry {
    public static void main(String[] args) {
        int radius;
        int area;
        radius = 7;
        area = (int)(3.14 * radius * radius);
        System.out.println(area);
    }
}

명시적 타입 변환 (explicit type casting) : double => int

원의 면적을 정수로 구하는 버전 (java.lang.Math 클래스 활용 버전)

public class Geometry {
    public static void main(String[] args) {
        int radius;
        int area;
        radius = 7;
        area = (int)(Math.PI * Math.pow(radius,2));
        System.out.println(area);
    }
}

사례 3. 논리 연산

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        boolean tag = false;
        tag = tag && true || ! tag;
        System.out.println(tag);
    }
}

문자

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        char c = 'A';
        char n = '0';
        char s = '#';
        char backspace = '\b';
        char tab = '\t';
        char newline = '\n';
        char return_character = '\r';
        char double_quote = '\"';
        char single_quote = '\'';
        char backslash = '\\';
        char hangul = '한';
        System.out.println(hangul);
        System.out.println((int)hangul);
        System.out.println((char)(hangul+1));
    }
}

문자열

문자열은 java.lang 패키지에 class String로 붙박이로 정의되어 있으며, 객체 이다.

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        String slogan = "자유는 공짜가 아니다";
        System.out.println(slogan);
        System.out.println(slogan.length());
        String slogan2 = "  " + slogan + "  ";
        System.out.println(slogan2 + "!");
        System.out.println(slogan2.length());
        String slogan3 = slogan2.trim();
        System.out.println(slogan3 + "!");
        System.out.println(slogan);
        System.out.println(slogan3);
        System.out.println(slogan == slogan3);
        System.out.println(slogan.equals(slogan3));
        System.out.println(slogan.charAt(5));
        System.out.println(slogan.substring(4,6));
        String slogan_eng = "Freedom is not free";
        System.out.println(slogan_eng);
        System.out.println(slogan_eng.toUpperCase());
        System.out.println(slogan_eng.toLowerCase());
        System.out.println(slogan_eng.indexOf('o'));
        System.out.println(slogan_eng.indexOf('o',6));
        System.out.println("a".compareTo("d"));
        System.out.println("D".compareTo("A"));
    }
}

타입 검사 (type checking)

타입 검사는 식의 타입이 일치하는지 점검하는 작업으로 컴파일러가 담당한다. 따라서 타입 검사를 통과하지 않으면 컴파일에 실패한다.

오류 (error)

컴파일(compile-time) 오류

파싱(parsing) 오류
타입(type) 오류
선언(declaration) 오류

실행 오류 (run-time error)

예외발생(exception) 오류
논리(logic) 오류

오류 사례

2-3. 사용자 입력 받기

방법 1. 프로그램 인수로 전달

사례 1. 문자열 인수 2개

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        String who = args[0];
        String what = args[1];
        System.out.println(who + " likes " + what + ".");
    }
}

사례 2. 정수 인수 2개

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        int m = Integer.parseInt(args[0]);
        int n = Integer.parseInt(args[1]);
        System.out.println(m + " + " + n + " = " + (m + n));
    }
}

사례 3. 정수 인수 1개 (출력 포맷 하기) - 포맷 전

public class Geometry {
    public static void main(String[] args) {
        int radius;
        double area;
        radius = Integer.parseInt(args[0]);
        area = Math.PI * Math.pow(radius,2);
        System.out.println("반지름이 " + radius + "인 원의 면적은 " + area);
    }
}

사례 4. 정수 인수 1개 (출력 포맷 하기) - 포맷 후

import java.text.*;

public class Geometry {
    public static void main(String[] args) {
        int radius;
        double area;
        radius = Integer.parseInt(args[0]);
        area = Math.PI * Math.pow(radius,2);
        DecimalFormat f = new DecimalFormat("0.00");
        System.out.println("반지름이 " + radius + "인 원의 면적은 " + f.format(area));
    }
}

방법 2. `Swing` 입력 메시지 창에서 전달

import java.text.*;
import javax.swing.*;

public class Geometry {
    public static void main(String[] args) {
        String message = "반지름을 주시면 원의 면적을 계산해드립니다.";
        String input = JOptionPane.showInputDialog(message);
        int radius = Integer.parseInt(input);
        double area = Math.PI * Math.pow(radius,2);
        DecimalFormat f = new DecimalFormat("0.00");
        System.out.print("반지름이 " + radius + "인 원의 면적은 ");
        System.out.println(f.format(area) + " 입니다.");
    }
}

입력전

입력후

실습

javax.swing 패키지의 JOptionPane이 제공해주는 showInputDialog 메소드를 활용하여 입력창으로 사용자 입력을 받고, 계산 결과는 showMessageDialog 메소드를 활용하여 메시지 창에 출력하는 애플리케이션을 만드는 연습입니다.
스스로 해보는 실습 문제입니다. 제출할 필요 없습니다.

실습 2-1. 마일을 킬로미터로 환산

영미권에서는 세계 표준과 다른 계량 단위를 사용한다. 거리는 km 대신 mile을 사용하는데, 1 mile은 1.60934 km 이다.

mile 단위 거리를 정수로 입력받아 km 단위로 환산하여 다음과 같은 형식으로 메시지 창에 보여주는 애플리케이션을 아래 뼈대 코드 형식에 맞추어 작성하자. 환산한 거리는 소수점 첫째자리 까지만 표현한다.

import java.text.*;
import javax.swing.*;

public class Mi2Km {
    public static void main(String[] args) {
        // TO DO
    }
}

실습 2-2. 9로 나누어 떨어지는 수인지 쉽게 확인하기

-99999과 99999 사이의 정수를 입력받아 그 수가 9로 나누어 떨어지는지 다음과 같은 형식으로 메시지 창에 보여주는 애플리케이션을 아래 뼈대 코드 형식에 맞추어 작성하자.

import javax.swing.JOptionPane;

public class DivisibleBy9 {
    public static void main(String[] args) {
        // TO DO
    }
}

힌트

어떤 수를 9로 나눈 나머지가 0과 같으면, 그 수는 9로 나누어 떨어진다.

실습 2-3. 9로 나누어 떨어지는 수인지 힘들게 확인하기

정수는 다음 성질을 만족한다.

자리별 숫자의 합이 9로 나누어 떨어지면 그 수는 9로 나누어진다.

예를 들어 9로 나누어 떨어지는 423, -4725, 19287은 모두 자리별 숫자의 합이 각각 9, 18, 27로 9로 나누어 떨어진다.

-99999와 +99999 사이의 정수를 프로그램 인수로 받아, 자리별 숫자의 합이 9로 나누어 떨어지는지 다음과 같은 형식으로 메시지 창에 보여주는 애플리케이션을 위의 성질을 이용하여 아래 뼈대 코드 형식에 맞추어 작성하자.

import javax.swing.JOptionPane;

public class DivisibleBy9Hard {
    public static void main(String[] args) {
        // TO DO
    }
}

힌트 1

정수의 자리수별 숫자를 구하는 방법은 다음과 같다.

정수 n의 가장 낮은자리수는 n의 절대값을 10으로 나눈 나머지이다.
정수 n의 다음 둘째자리수는 n의 절대값을 10으로 나눈 몫을 10으로 나눈 나머지이다.
정수 n의 다음 셋째자리수는 n의 절대값을 100으로 나눈 몫을 10으로 나눈 나머지이다.
정수 n의 다음 넷째자리수는 n의 절대값을 1000으로 나눈 몫을 10으로 나눈 나머지이다.
정수 n의 다음 다섯째자리수는 n의 절대값을 10000으로 나눈 몫을 10으로 나눈 나머지이다.

힌트 2

n의 절대값은 Math.abs(n)으로 계산한다.

숙제. 월복리 계산기 애플리케이션

투자 원금이 p원이고 목표 수익률이 월 i% 일때 복리로 계산하여n달 후에 투자 원금이 얼마로 불어 있을까? 계산 공식은 다음과 같다.

CodeCogsEqn (52)

이 궁금증을 풀어주는 자바 애플리케이션 BankService를 아래 뼈대 코드 형식에 맞추어 만들어보자. 투자 원금, 투자 개월수, 수익률은 정수, 정수, 실수로 메시지 창으로 차례로 하나씩 입력받고,

계산 결과는 다음과 같은 형식으로 메시지 창에 보여준다.

애플리케이션 뻐대 코드

import javax.swing.JOptionPane;

public class BankService {
    public static void main(String[] args) {
        // TO DO
    }
}