[Java]자바에서의 형 변환: 자동 변환과 강제 변환

자바에서 형 변환은 데이터의 타입을 변환하는 과정을 말합니다. 이는 프로그래밍에서 중요한 개념 중 하나이며, 자바에서는 자동 형 변환과 강제 형 변환 두 가지 방식을 제공합니다.

≣ 목차

• 자동 형 변환🐱‍🏍
• 강제 형 변환🐱‍👤
• 연산식에서의 형 변환📊
• 문자열을 기본 타입으로 변환📖
• 핵심 내용👀

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1. 자동 형 변환🐱‍🏍

자동 형 변환은 작은 데이터 타입에서 큰 데이터 타입으로의 변환을 자동으로 처리하는 것을 의미합니다. 예를 들어, int에서 double로의 변환은 자동으로 처리됩니다. 이는 데이터 손실이 없는 안전한 변환이며, 컴파일러가 알아서 형 변환을 해줍니다. 주로 작은 범위의 데이터 타입이 큰 범위의 데이터 타입에 대입될 때 발생하며, 데이터 손실 가능성이 낮거나 없는 경우에 해당됩니다.

다음은 자동 형 변환의 대표적인 허용 범위 순서입니다: byte < short, char < int < long < float < double
(메모리 크기는 float이 long보다 더 작지만 값의 허용 범위가 더 커서 이렇게 사용됩니다.)
이러한 형 변환은 데이터 손실을 최소화하기 위해 범위가 넓은 자료형에 범위가 좁은 자료형이 대입될 때 자주 사용됩니다.

// int 타입이 byte 타입보다 허용 범위가 더 크기 때문에 다음 코드는 자동 타입 변환이 됩니다.
byte byteNum = 10;
int intNum = byteNum;

// 정수타입이 실수타입으로 대입될 경우에는 무조건 자동 타입 변환이 됩니다.
int intVal = 100;
double doubleVal = intVal;

// char 타입의 경우 int 타입으로 자동 변환되면 유니코드 값이 int 타입에 대입됩니다.
char charVal = 'A';
int intChar = charVal;

// byte 타입은 char 타입으로 자동 변환될 수 없습니다. 
// 이는 char 타입의 허용 범위가 음수를 포함하지 않기 때문입니다.
// byte byteValue = 65;
// char charValue = byteValue; // 컴파일 에러 발생

// int 타입이 long으로 자동 변환되는 예제
int intValue = 100; // int 타입의 변수 선언과 초기화
long longValue = intValue; // int가 long으로 자동형변환되어 대입됨

// float 타입이 double로 자동 변환되는 예제
float floatValue = 3.14f; // float 타입의 변수 선언과 초기화
double doubleValue = floatValue; // float가 double로 자동형변환되어 대입됨

자동타입 변환에는 예외가 있습니다. 위 예제에서 byte 타입인 byteValue 변수를 char 타입인 charValue 변수에 대입하려고 합니다. 그러나 byte 타입은 음수를 포함할 수 있지만, char 타입은 양수만을 표현할 수 있습니다. 즉, byte 타입의 허용 범위와 char 타입의 허용 범위가 일치하지 않습니다. 때문에 컴파일러는 byte 타입에서 char 타입으로의 자동 변환을 허용하지 않고 다음과 같이 에러를 발생시킵니다.
⚠️Error⚠️Type mismatch: cannot convert from byte to char (유형 불일치: byte에서 char로 변환할 수 없습니다.)

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2. 강제 형 변환🐱‍👤

자료형의 허용 범위가 큰 타입은 작은 타입으로 자동 변환될 수 없습니다. 하지만 큰 값에서 작은 값으로 변환하는 것은 가능합니다. 이를 강제형 변환이라고 합니다. 강제 형 변환은 캐스팅 연산자를 사용하여 이루어지며, 이때 괄호 안에 들어가는 타입은 작은 타입으로 쪼개어 저장될 단위를 의미합니다. 강제 타입 변환의 목적은 원래 값이 유지되면서 타입만 바꾸는 것이며, 작은 범위의 자료형에 저장될 수 있는 값을 가지고 강제 타입 변환을 해야 합니다. 강제형 변환을 이해하기 위해 각 자료형의 허용 범위를 알아보겠습니다.

1. int : 약 2,147,483,648 ~ 2,147,483,647
2. short : 약 -32,768 ~ 32,767

3. byte : 약 -128부터 127

따라서, 자료형 변환 시에는 변환되는 값이 변환될 자료형의 허용 범위 내에 있는지 먼저 확인하는 것이 중요합니다. 특히 강제형 변환을 사용할 때는 데이터 손실이 발생할 수 있으므로 변환 전에 최솟값과 최댓값을 비교하여 범위를 확인하는 것이 좋습니다.

일반적으로 int 타입은 short 타입보다 더 큰 범위를, short 타입은 byte 타입보다 더 큰 범위를 가지게 됩니다. 이러한 강제형 변환은 작은 범위의 자료형에 큰 값을 넣으려는 경우에 사용됩니다. 그러나 변환될 자료형의 허용 범위를 초과하는 값이 들어가게 되면 데이터 손실이 발생할 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 변환 전에는 항상 범위를 확인하는 습관을 갖는 것이 좋습니다.

int var1 = 10;
byte var2 = (byte) var1; // int를 byte로 강제 형 변환
System.out.println(var2); // 결과: 10 (강제 타입 변환 후에도 값 유지)

long var3 = 300;
int var4 = (int) var3; // long을 int로 강제 형 변환
System.out.println(var4); // 결과: 300 (강제 타입 변환 후에도 값 유지)

int var5 = 65;
char var6 = (char) var5; // int를 char로 강제 형 변환
System.out.println(var6); // 결과: 'A' (유니코드 값에 해당하는 문자 출력)

double var7 = 3.14;
int var8 = (int) var7; // 실수를 정수로 강제 형 변환
System.out.println(var8); // 결과: 3 (정수 부분만 남김)

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3. 연산식에서의 형 변환📊

자바는 컴파일러를 통해 실행 성능을 향상시키기 위해 여러 최적화 기법을 사용합니다. 이 중 하나는 정수 리터럴을 직접 연산할 때 발생합니다. 예를 들어, 정수 리터럴 10과 20을 덧셈 연산하여 결과를 byte 타입 변수에 저장하는 경우를 살펴보겠습니다.

// 정수 리터럴을 직접 덧셈하여 결과를 byte 타입 변수에 저장하는 코드
byte result = 10 + 20;

이 경우, 자바 컴파일러는 컴파일 단계에서 10과 20을 미리 연산하여 결괏값인 30을 만들고, 이 값을 byte 타입 변수에 저장하는 코드를 생성합니다. 그래서 실행 시에는 덧셈 연산이 발생하지 않으므로 실행 성능이 향상됩니다.

그러나 만약 정수 리터럴 대신 변수가 피연산자로 사용된다면 실행 시에는 연산을 수행해야 합니다. 특히, 정수 타입 변수가 산술 연산식에서 피연산자로 사용되면, byte나 short 타입의 변수는 int 타입으로 자동 변환되어 연산이 수행됩니다.

byte x = 10;
byte y = 20;
// byte 변수가 피연산자로 사용될 때 컴파일 에러 발생
// byte result = x + y;

// byte 변수를 int 타입으로 자동 변환하여 연산을 수행
int result = x + y;

int x = 10;
int y = 20;
// 정수 타입 변수가 산술 연산식에서 사용될 때는 int 타입으로 선언하는 것이 일반적
int result = x + y;

실수 연산에서는 피연산자의 타입에 따라 연산이 수행됩니다. 모든 피연산자가 동일한 실수 타입일 경우 해당 타입으로 연산이 수행되고, 결과도 해당 타입이 됩니다.

// 피연산자가 모두 float 타입일 경우, float 타입으로 연산 및 결과 저장
float result = 1.2f + 3.4f;

그러나 피연산자 중 하나가 double 타입일 경우, 다른 피연산자도 double 타입으로 변환되어 연산이 수행됩니다. 이 경우 연산 결과도 double 타입이 됩니다.

int intValue = 10;
double doubleValue = 5.5;
// int 타입 피연산자가 double 타입으로 변환되어 연산이 수행됨
double result = intValue + doubleValue;

정수 타입과 double 타입을 연산할 때, 피연산자 중 하나가 double 타입이면 다른 피연산자도 double 타입으로 변환되어 연산되고, 연산 결과도 double 타입이 됩니다. 이 때 int 타입 피연산자가 double 타입으로 자동 변환되어 연산을 수행합니다. 만약 int 타입으로 결과가 필요하다면, double 타입 피연산자를 int 타입으로 강제 변환하여 연산을 수행할 수 있습니다.

// 정수 타입과 double 타입을 연산할 때 자동 타입 변환에 관한 예시
int intValue = 10;
double doubleValue = 5.5;

// double 타입 피연산자가 포함된 연산은 다른 피연산자도 double 타입으로 변환됨
double result1 = intValue + doubleValue; // intValue가 double로 자동 변환되어 10.0 + 5.5가 되어 결과는 15.5가 됨

// 만약 int 타입 결과가 필요하다면 double 타입을 int 타입으로 강제 변환하여 연산
double result2 = intValue + (int)doubleValue; // doubleValue가 강제로 int로 변환되어 10 + 5가 되어 결과는 15가 됨

public class OperationPromotionExample {

	public static void main(String[] args) {
		byte result1 = 10 + 20; // 컴파일 단계에서 연산
		System.out.println("result1: " + result1);
		
		byte v1 = 10;
		byte v2 = 20;
		int result2 = v1 + v2; // int 타입으로 변환 후 연산
		System.out.println("result2 : " + result2);
		
		byte v3 = 10;
		int v4 = 100;
		long v5 = 1000L;
		long result3 = v3 + v4 + v5; // long 타입으로 변환 후 연산
		System.out.println("result3: " + result3);
		
		char v6 = 'A';
		char v7 = 1;
		int result4 = v6 + v7; // int 타입으로 변환 후 연산
		System.out.println("result4: " + result4);
		
		int v8 = 10;
		int result5 = v8 / 4; // 정수 연산의 결과는 정수
		System.out.println("result5: " + result5);
		
		int v9 = 10;
		double result6 = v9 / 4.0; // double 타입으로 변환 후 연산
		System.out.println("result6: " + result6);
		
		int v10 = 1;
		int v11 = 2;
		double result7 = (double) v10 / v11; // double 타입으로 변환 후 연산
		System.out.println("result7: " + result7);
	}

}

자바에서 + 연산자는 두 가지 기능을 가지고 있습니다.

1. 피 연산자가 모두 숫자일 경우에는 덧셈 연산을 수행합니다.

2. 피연산자 중 하나가 문자열일 경우에는 나머지 피연산자도 문자열로 자동 변환되어 문자로 결합 연산을 수행합니다.
연산식에서 + 연산자가 연이어 나오면 앞에서부터 순차적으로 연산을 수행합니다. 먼저 수행된 연산식이 덧셈이라면 덧셈 결과를 가지고 그다음 + 연산을 수행하고, 만약 먼저 수행된 연산이 문자열 결합이라면 이후 + 연산은 결합 연산이 됩니다.
앞에서부터 순차적으로 + 연산을 수행하지 않고 특정 부분을 우선 연산하고 싶다면 해당 부분을 괄호로 감싸면 되며, 괄호는 항상 최우선으로 연산을 수행합니다.

// 문자열과 숫자를 결합하는 예시
int number = 10;
String text = "Hello";
String result = text + number; // "Hello" + 10을 문자열로 결합하여 "Hello10"이 된다.

// 연이어 나오는 + 연산자의 동작 예시
int a = 5;
int b = 3;
int c = 2;
int d = 1;

int calculation = a + b + c + d; // 순차적으로 덧셈 연산을 수행하여 결과는 11이 된다.

// 특정 부분을 우선 연산하는 예시
int x = 2;
int y = 3;
int z = 4;

int priorityCalculation = (x + y) * z; // x + y를 먼저 수행한 후 z와 곱셈 연산을 수행하여 결과는 20이 된다.

public class StringConcatExample {

	public static void main(String[] args) {
		// 숫자 연산
		int result1 = 10 + 2 + 8;
		System.out.println("result1: " + result1);
		
		// 결합 연산
		String result2 = 10 + 2 + "8";
		System.out.println("result2: " + result2);
		
		String result3 = 10 + "2" + 8;
		System.out.println("result3: " + result3);
		
		String result4 = "10" + 2 + 8;
		System.out.println("result4: " + result4);
		
		String result5 = "10" + (2 + 8);
		System.out.println("result5: " + result5);
	}
	
}

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4. 문자열을 기본 타입으로 변환📖

프로그램에서 문자열을 숫자 타입으로 변환하는 경우가 많습니다. 예를 들어 '22'와 '1.8'을 정수 및 실수 타입으로 변환해서 숫자 연산을 하는 경우입니다. 자바에서 문자열을 기본 타입으로 변환하는 방법은 다음과 같습니다.

변환 타입	예시
String -> byte	String str = "10"; byte value = Byte.parseByte(str);
String -> short	String str = "100"; short value = Short.parseShort(str);
String -> int	String str = "1000"; int value = Integer.parseInt(str)
String -> long	String str = "10000"; long value = Long.parseLong(str);
String -> float	String str = "3.14"; float value = Float.parseFloat(str);
String -> double	String str = "3.14"; double value = Double.parseDouble(str);
String -> boolean	String str = "true"; boolean value = Boolean.parseBoolean(str);

반대로 기본 타입의 값을 문자열로 변경하는 경우도 있습니다.
String.valueOf() 메소드를 사용하여 String str = String.valueOf(기본타입값); 형태로 표현해 줍니다.

// 기본 타입의 값을 문자열로 변환하는 방법
int intValue = 10;
String str = String.valueOf(intValue);

public class PrimitiveAndstringConversionExample {

    public static void main(String[] args) {
        // 문자열을 정수로 변환
        int value1 = Integer.parseInt("10");
        int value0 = Integer.parseInt("20");
        
        // 문자열을 실수로 변환
        double value2 = Double.parseDouble("3.14");
        
        // 문자열을 boolean으로 변환
        boolean value3 = Boolean.parseBoolean("true");
        
        System.out.println("value1: " + value1);
        System.out.println("value2: " + value2);
        System.out.println("value3: " + value3);
        
        // 기본 타입 값을 문자열로 변환
        String str1 = String.valueOf(10);
        String str2 = String.valueOf(3.14);
        String str3 = String.valueOf(true);

        System.out.println("str1: " + str1);
        System.out.println("str2: " + str2);
        System.out.println("str3: " + str3);
    }

}

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5. 핵심 내용👀