[Java]자바 정수 타입

자바 프로그래밍에서 정수 타입은 핵심적인 역할을 합니다. 이번 글에서는 자바의 다섯 가지 정수 타입에 대해 알아보고, 각 타입의 특징과 사용 방법을 자세히 살펴보겠습니다. 함께 자바 정수 타입을 이해하고, 프로그래밍에서 활용하는 방법에 대해 알아봅시다.

≣ 목차

• 정수 타입의 종류🌈
• 정수 리터럴을 표현하는 4가지 방법🎛
• 이진데이터 표현🖥
• 핵심 내용👀

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1. 정수 타입의 종류🌈

변수의 타입이 정해지면, 저장 가능한 값의 종류와 허용 범위도 함께 결정됩니다. 정수 타입은 총 5가지가 있으며, 메모리 할당 크기와 저장 가능한 값의 범위를 다음과 같이 가지고 있습니다.

char 타입은 한 개의 문자를 숫자로 저장하는 데 사용됩니다. 이때 숫자는 음수로 매핑될 수 없기 때문에 값의 허용 범위에 음수가 없습니다.

일반적으로 컴파일러는 정수 리터럴을 int로 처리하며, int의 허용 범위를 초과하는 리터럴은 뒤에 'l' 또는 'L'을 붙여 long 타입 값임을 컴파일러에게 알려주어야 합니다.

🙌여기서 잠깐!
리터럴이란?
리터럴은 코드에서 직접적으로 값을 나타내는 고정된 표기법입니다.

리터럴은 프로그래밍에서 값 자체를 표현하는데 사용되며, 컴파일러가 해당 값을 이해하고 처리할 수 있도록 합니다.

간단한 예제로 정수 타입의 범위를 확인해보겠습니다. 다음은 각 정수 타입의 최솟값과 최댓값을 출력하는 코드입니다:

public class IntegerRangeExample {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Byte 타입의 범위: " + Byte.MIN_VALUE + " ~ " + Byte.MAX_VALUE);
        System.out.println("Short 타입의 범위: " + Short.MIN_VALUE + " ~ " + Short.MAX_VALUE);
        System.out.println("Int 타입의 범위: " + Integer.MIN_VALUE + " ~ " + Integer.MAX_VALUE);
        System.out.println("Long 타입의 범위: " + Long.MIN_VALUE + " ~ " + Long.MAX_VALUE);
    }
}

이 코드를 실행하면 각 정수 타입의 최솟값과 최댓값이 출력됩니다. 이를 통해 각 정수 타입이 표현할 수 있는 범위를 확인할 수 있습니다.

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2.정수 리터럴을 표현하는 4가지 방법🎛

정수를 표현할 때 사용되는 수 표현 방법을 "진수"라고 합니다. Java는 기본적으로 10진수를 사용, 정수 리터럴 작성할 때는 10진수가 기본적으로 사용됩니다.

정수 리터럴은 코드에서 정수 값을 나타내는 방법입니다. 자바에서는 다음과 같은 방법으로 정수를 표현할 수 있습니다

1. Decimal (10진수): 가장 흔한 방법으로, 0부터 9까지의 숫자를 사용합니다.
   예를 들어, int number = 42;와 같이 사용합니다.
2. Binary (2진수): 0과 1로만 표현하는 방법입니다. 숫자 앞에 0b나 0B를 붙여서 표현합니다.
   예를 들어, int binaryNumber = 0b1010;와 같이 사용합니다.
3. Octal (8진수): 0부터 7까지의 숫자를 사용하는 방법입니다. 숫자 앞에 0을 붙여서 표현합니다.
   예를 들어, int octalNumber = 052;와 같이 사용합니다.
4. Hexadecimal (16진수): 0부터 9까지의 숫자와 A부터 F까지의 알파벳을 사용하는 방법입니다.
   숫자 앞에 0x나 0X를 붙여서 표현합니다. 예를 들어, int hexNumber = 0xFF;와 같이 사용합니다.

이렇게 다양한 방법으로 정수 값을 표현할 수 있습니다. 이를 활용하면 다양한 상황에서 유연하게 정수 값을 다룰 수 있습니다.

public class IntegerLiteralsExample {
    public static void main(String[] args) {
        // Decimal (10진수)
        int decimalNumber = 42;
        long bigDecimalNumber = 1234567890L; // long 타입에는 리터럴 뒤에 'L' 또는 'l'을 붙입니다.

        // Binary (2진수)
        int binaryNumber = 0b1010;

        // Octal (8진수)
        int octalNumber = 052;

        // Hexadecimal (16진수)
        int hexNumber = 0xFF;

        // 출력
        System.out.println("Decimal: " + decimalNumber);
        System.out.println("Big Decimal: " + bigDecimalNumber);
        System.out.println("Binary: " + binaryNumber);
        System.out.println("Octal: " + octalNumber);
        System.out.println("Hexadecimal: " + hexNumber);
    }
}

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3.이진데이터 표현🖥

컴퓨터는 10진수 데이터를 2진수 데이터로 변환하여 저장하는데, 이 때 변환된 데이터를 담는 최소 공간 단위를 비트(bit)라고 합니다. 메모리의 정수 타입은 고정된 크기의 비트 패턴으로 저장됩니다.

byte, short, int, long은 모두 부호가 있는 정수 타입으로, 가장 최상위 비트는 부호를 나타내는 데 사용됩니다. 양수일 경우 최상위 비트는 0으로, 음수일 경우 1로 표현됩니다. 나머지 비트는 값의 범위를 결정합니다.

예를 들어, byte 타입은 8비트로 구성되어 있습니다. 이 중에서 가장 상위 비트는 부호 비트로 사용되며, 나머지 7비트는 값의 범위를 결정합니다. 이러한 구조 때문에 byte 타입은 -128부터 127까지의 정수 값을 표현할 수 있습니다. 부호 비트가 0이면 양수를, 1이면 음수를 나타냅니다. 이를테면, 8비트에서 첫 번째 비트가 0이면 해당 값은 양수를 나타내고, 1이면 음수를 나타냅니다. 나머지 비트는 해당 값을 나타내며, 이 비트들의 조합에 따라 다양한 양수와 음수를 표현할 수 있습니다.

이진데이터에서 양수와 음수를 표현하는 방식은 다음과 같습니다.

1. 양의 정수 표현 (Unsigned Integer Representation):
   ■ 양의 정수는 이진수로 그대로 표현됩니다.
   ■ 예를 들어, 10진수 5는 이진수로 101로 표현됩니다.
2. 음의 정수 표현 (Signed Integer Representation):
   ■ 음의 정수는 보수를 사용하여 표현됩니다.
   1) 1의 보수 (One's Complement): 모든 비트를 반전시킵니다.
   예를 들어, 10진수 -5의 1의 보수는 이진수로 010이 됩니다.
   2) 2의 보수 (Two's Complement): 1의 보수에 1을 더합니다.
   예를 들어, 10진수 -5의 2의 보수는 이진수로 011이 됩니다.

2의 보수를 사용하는 이유는 덧셈 연산의 편의성과 정확성 때문입니다. 이진수로 표현된 음의 정수는 가장 왼쪽 비트가 1인 것으로 인식되어 음수임을 나타냅니다.

CPU는 데이터에 대한 덧셈 연산을 수행하기 위해 가산회로를 사용합니다. 그러나 뺄셈 연산을 처리하는 데에는 감산회로를 사용할 수 없습니다. CPU는 주로 가산에 특화된 명령 처리 장치입니다. 이로 인해 컴퓨터는 뺄셈 연산을 처리하기 위해 보수 개념을 채택합니다.

보수는 각 자리의 숫자의 합이 일정한 수가 되도록 만드는 수입니다. 컴퓨터에서는 음수를 표현하기 위해 보수 개념을 사용합니다. 이진 데이터에서 음수를 표현하는 주된 방법은 2의 보수를 사용하는 것입니다. 2의 보수는 어떤 수의 보수를 취하면 해당 수에 대한 음수를 나타냅니다. 예를 들어, 8비트에서의 -5는 5의 2의 보수를 취함으로써 얻을 수 있습니다.

이러한 방식으로 보수를 사용하여 음수를 표현함으로써 CPU가 뺄셈 연산을 수행할 수 있게 됩니다. 이는 컴퓨터가 덧셈 연산만으로 모든 종류의 산술 연산을 처리할 수 있도록 해줍니다.

음의 정수는 가장 상위 비트가 1로 음수를 나타내는 경우를 살펴봅시다. 이 경우, 남은 비트를 모두 반전(1은 0, 0은 1로 바꾸기) 한 후 1을 더하여 해당 값을 얻을 수 있습니다. 위 이미지에서 11111110은 -2의 1의 보수입니다. 1의 보수를 취하면 각 비트를 반전한 결과인 0000001을 얻습니다. 그런 다음 이 값에 1을 더해야 합니다. 1을 더한 값은 0000010이 되고, 이 값을 10진수로 변환하면 -2가 됩니다.

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4.핵심 내용👀