☕ 자바(Java) 데이터 타입 총정리, 기본형과 참조형 타입 완벽 이해!

 

 

 

 

 

자바 데이터 타입: 기본형과 참조형의 핵심 이해!

 

자바(Java) 언어의 모든 데이터는 그 성격과 크기에 따라 정해진 데이터 타입을 가집니다. 이 데이터 타입의 정확한 이해는 효율적인 메모리 관리와 버그 없는 코드 작성을 위한 첫걸음입니다. 자바의 데이터 타입은 크게 기본 타입과 참조형 타입으로 나뉩니다.

 

 

기본 타입(Primary Type)

기본 타입은 실제 데이터 값 자체를 스택(Stack) 메모리에 직접 저장하는 방식으로, 자바에서 제공하는 8가지 타입을 의미합니다. 이들은 메모리 크기가 고정되어 있어 처리 속도가 빠릅니다.

 

 

1. 정수형(Integer Type)

정수는 기본적으로 int 타입이고 값의 범위에 따라 byte, short, long을 사용합니다. 정수 리터럴은 다음과 같이 다양한 진법으로 표현할 수 있고, 모든 정수 타입 변수에 대입할 수 있다. 2진수면 값 앞에 '0b', '0B'로 표현하고 8진수면 값 앞에 '0'으로 표현하고 16진수면 값 앞에 '0x', '0X'라는 접두사를 두어 작성할 수 있습니다. long 타입의 정수 리터럴은 'L'이나 l(소문자 L) 접미사를 붙여 표현한다.

 

타입	메모리 크기		값의 범위	기본값
byte	1byte	8bit	-128 ~ 127	0
short	2byte	16bit	-32,768 ~ 32,767	0
int	4byte	32bit	-2,147,483,648 ~ 2,147,483,647	0
long	8byte	64bit	-9,223,372,036,854,775,808 ~ 9,223,372,036,854,775,807	0L

int totalScore = 95;
byte memory = 64;
long world = 80000000000L;

int num1 = 15;			// 10진수
byte num2 = 0b1111;		// 2진수 15
short num3 = 017;		// 8진수 15
int num4 = 0xF;			// 16진수 15
long num5 = 300000L;	// L은 long 타입 명시

 

정수형 타입의 각각 타입마다 사용할 수 있는 접두사, 접미사를 붙여 활용할 수 있다.

 

🚩 여기서 잠깐 ::: 진수별 특징

2진수 : '0b' 또는 '0B'로 시작하고 0과 1로 구성
예) 0b1011 → 1x2³ + 0x2² + 1x2¹ + 1x2⁰ → 11

8진수 : 0으로 시작하고 0~7 숫자로 구성
예) 013 → 1x8¹ + 3x8⁰ → 11

10진수 : 소수점이 없는 0~9 숫자로 구성
예) 12

16진수 : 0x 또는 0X로 시작하고 0~9 숫자와 A, B, C, D, E, F 또는 a, b, c, d, e, f로 구성
예) 0xB3 → 11x16¹ + 3x16⁰ → 179

 

 

2. 실수형(Floating-Point Type)

실수는 기본적으로 double 타입이고 값의 범위에 따라 float 타입을 사용합니다. 자바는 실수 리터럴을 기본적으로 double 타입으로 해석하기 때문에 double 타입 변수에 저장해야 합니다. 실수 리터럴을 float 타입으로 저장하고 싶다면 리터럴 뒤에 소문자 'f' 나 'F'를 붙여야 합니다. 그리고 float 형은 소수점 일곱 자리까지 정밀도를 유지하고, double 형은 소수점 아래 열다섯 자리까지의 정밀도를 갖습니다.

 

타입	메모리 크기		값의 범위	기본값
float	4byte	32bit	약 3.4 x 10³⁸(양의 최댓값), 약 1.4 x 10-⁴⁵(양의 최솟값)	0.0f
double	8byte	64bit	약 1.7 x 10³⁰⁸(양의 최댓값), 약 4.9 x 10-³²⁴(양의 최솟값)	0.0d

float temp = 36.5F;		
double pi = 3.1415926535;

 

실수형 타입도 각 타입에 따라 접미사를 붙여 활용할 수 있다.

 

실수형 정밀도 차이

시스템은 실수를 저장할 때 오차가 있는 부동소수점 방식을 사용하며, 정밀도가 낮을수록 오차가 빨리 누적되거나 나타납니다. 아래 예제를 통해서 확인해 보겠습니다.

 

public class FloatingType{
	public static void main(String[] args){
    	// 초기값 설정
        float fValue = 0.1f;		// 0.1f는 float의 리터럴
        double dValue = 0.1;		// 0.1은 double의 리터럴
        
        // 1000번 반복 후, 0.1씩 더함
        int count = 1000;
        
        float fSum = 0.0F;
        double dSum = 0.0;
        
        // 반복 진행
        for(int i = 0; i < count; i++){
        	fSum += fValue;
            dSum += dValue;
        }
        
        // 결과 출력 및 비교 (기대값은 100.0)
        System.out.println("─── 1000번 반복 결과 ───");
        
        System.out.printf("float 합계 : %.10f\n", fSum);
        System.out.printf("double 합계 : %.10f\n", dSum);
        
        System.out.println("─── 오차 범위 분석 ───");
        
        // 예상 기대값
        double expected = 100.0;
        
        System.out.printf("double 오차 : %.15f\n", dSum - expected);
        System.out.printf("float 오차 : %.15f\n", fSum - expected);
    }
}

[ 출력 결과 ]
─── 1000번 반복 결과 ───
float 합계 :　　 99.9999850988
double 합계 :　100.0000000000

─── 오차 범위 분석 ───
float 합계 :　　 0.000000000000000
double 합계 :　 -0.000014901161194

 

'0.1 x 1000 = 100.0' 이므로, 합계는 100.0이 나와야 합니다. 하지만, 결과를 확인해 보면 double 타입의 결과는 100.0에 매우 가깝거나 정확히 일치하는 값이 나옵니다. 그렇지만 float 타입의 결과는 100.0 보다 작은 99.99998.. 과 같은 결과가 나오는 걸 확인할 수 있습니다. 이는 각 타입의 정밀도가 가지는 부동소수점 오차에 차이가 있다는 걸 말해줍니다. float은 낮은 정밀도(6-7자리), double은 높은 정밀도(15-16자리)를 제공하기 때문입니다.

그렇기 때문에, 금융 계산, 정밀 과학 계산 등에서는 double 형을 사용하여 정밀도를 높입니다.

 

부동 소수점(Floating-Point)이란?

부동소수점은 컴퓨터에서 실수를 표현하는 방식입니다. '부동'이라는 단어는 '떠서 움직인다'라는 뜻으로 소수점의 위치가 고정되지 않고 움직이면서 매우 크거나 매우 작은 수를 효율적으로 표현할 수 있도록 설계되었습니다.

 

구성 요소	역할	비트 수(float, 32bit)	비트 수(double, 64bit)
부호(Sign)	숫자의 부호 결정(0:양수, 1:음수)	1bit	1bit
지수(Exponent)	소수점의 위치를 결정(자릿수)	8bit	11bit
가수(Mantissa/Fraction)	실제 숫자의 유효 자릿수를 저장	23bit	52bit

 

부동소수점 방식에서 오차가 발생하는 근본적인 이유는 우리가 사용하는 10진수에서 '⅓'이 순환소수(0.3333....)가 되듯이, 10진수의 '0.1'도 2진수로 변환하면 무한한 순환소수가 되는 경우가 많습니다.(아래 참고)

예) 10진수의 0.1을 2진수로 변환하면 0.00011001100110011... (무한 반복)

 

float은 자릿수를 저장할 수 있는 bit가 32bit이고, double은 자리수를 저장할 수 있는 bit가 52bit이므로 2진 소수를 중간에서 잘라 저장할 수밖에 없습니다. 잘린 부분으로 인해 원래의 0.1이 아닌 0.1에 가장 가까운 근사치로 저장되며, 이 근사치와 실제 값 사이의 차이가 바로 오차인 것이죠.

이런 오차는 가수(Mantissa)의 비트 수가 늘어날수록 줄어듭니다. 그렇기 때문에 가수가 비교적 짧은 float 형에서 오차가 빨리 나타나고 누적됩니다. 그렇다면 오차가 상당히 줄은 double형이 모든 걸 커버할 수 있을까요? 그렇지 않습니다. 더 정확한 금융 계산에는 오차를 피하기 위해서 부동소수점 방식이 아닌 BigDecimal 클래스를 활용하여 오차를 없앨 수 있습니다.

 

🚩 여기서 잠깐 :::

- 소수점이 있는 숫자 리터럴은 10진수 실수로 인식합니다.
- 알파벳 소문자 'e' 또는 대문자 'E'가 포함되어 있는 숫자 리터럴은 지수와 가수로 표현된 소수점이 있는 10진수 실수로 인식합니다.
예) 5e2 → 5.0 x 10² → 500.0

🎈 정밀도란?
소수점 이하 몇째 자리까지 오차 없이 표현할 수 있는가를 의미합니다.
float은 소수점 6자리까지, double은 소수점 15자리까지를 보장합니다.

 

 

3. 문자형 타입(Character Type)

문자형은 char 타입을 사용하며, 단 하나의 문자를 저장하는 데 사용합니다. 단순히 문자를 저장하는 것을 넘어, 유니코드 정수로서의 독특한 특성을 가지고 있습니다. 하나의 문자를 작은따옴표(')로 감싼 문자 리터럴을 사용하는데, 문자 리터럴은 유니코드(Unicode)로 변환되어 저장됩니다. 유니코드는 비영어권 언어까지 최대 6만 5,000여 개의 문자를 처리할 수 있도록 2byte 문자 처리 방식으로 이루어져 있습니다. 

 

타입	메모리 크기		값의 범위	기본값
char	2byte	16bit	0 ~ 65535 (유니코드)	\u0000 (null)

char var1 = 'A';
char var2 = 'B';
char var3 = '가';

char c1 = 65;			// 'A'의 유니코드 값인 65를 할당
char c2 = '\u0041';		// 유니코드 16진수 값을 할당
char c3 = '\n';			// 줄 바꿈(개행) 문자 할당

 

문자형은 부호가 없는 정수 형태로 오직 양수만 표현하고 유니코드를 활용하여 문자 하나를 표현할 수 있습니다. 그렇다면 유니코드란 무엇일까요?

 

유니코드(Unicode)란?

유니코드란 전 세계의 모든 문자, 기호, 이모티콘에 고유한 번호를 부여한 국제 표준 인코딩 방식입니다. 이전에는 국가나 언어별로 문자를 표현하는 방식(인코딩)이 달라서 호환성 문제가 자주 발생했는데 유니코드는 이러한 문제를 해결하고 모든 문자를 동일한 방식으로 다루기 위해 만들어졌습니다. 그렇기 때문에 유니코드는 특정 문자에 하나의 정수 값을 1:1로 대응시킵니다. (이런 정수 값을 코드 포인트라고 함)

 

 

문자형의 활용은 단순히 문자를 저장하는 것 외에, 정수형으로서의 특징을 이용한 연산에도 사용할 수 있습니다.

 

💾 문자를 정수로, 정수를 문자로 변환

public class CharExam{
	public static void main(String[] args){
    	char c = 'C';
        
        // char -> int로 변환
        int charToInt = c;
        System.out.println("문자 'C'의 유니코드 값 : " + charToInt);
        
        // int -> char
        int code = charToInt + 1;		// 67 + 1 = 68
        char nextChar = (char)code;
        System.out.println("다음 문자 : " + nextChar);	// D
    }
}

[ 출력 결과 ]
문자 'C'의 유니코드 값 : 67
다음 문자 : D 

 

💾 알파벳 순회

public class CharExam2 {
    public static void main(String[] args) {
        // 알파벳 'A'부터 'Z'까지 출력
        for (char letter = 'A'; letter <= 'Z'; letter++) {
            System.out.print(letter + " "); 
        }
    }
}

[ 출력 결과 ]
A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z

 

 

4. 논리형 타입(Logical Type)

논리형은 boolean 타입을 사용하며, 프로그램의 논리적인 흐름 제어를 담당합니다. 어떤 조건이 참인지 거짓인지를 판단하고, 프로그램이 나아가야 할 방향을 결정하는 데 사용되는 가장 기본적인 타입입니다. 논리 리터럴로 true, false를 사용합니다.

 

타입	메모리 크기		값의 범위	기본값
boolean	1byte	8bit	true, false	false

boolean switchStatus = true;
boolean on = true;
boolean off = false;

int a = 10;
int b = 20;
boolean result = (a < b);	// 연산의 결과가 나타남

 

boolean 타입은 오직 두 가지 논리 값(true, false)만을 가지며, 부호는 해당 사항이 없습니다. 

 

public class LogicalExam {
    public static void main(String[] args) {
        int age = 20;
        // 논리 연산의 결과가 boolean 타입
        boolean isAdult = (age >= 19); 
        
        if (isAdult) {
            System.out.println("성인입니다."); // isAdult가 true이므로 실행
        } else {
            System.out.println("미성년자입니다.");
        }
    }
}

[ 출력 결과 ]
성인입니다.

 

 

 

 

 

참조 타입(Reference Type)

참조형은 데이터가 저장된 주소를 저장하는 타입으로 배열, 열거, 클래스, 인터페이스 등으로 이루어져 있습니다. 기본형은 변수에 값을 저장하는데 참조형은 변수에 값이 들어있는 주소가 참조되어 있습니다. 그렇기 때문에 사용되는 메모리 공간도 달라집니다.

 

구분	기본형		참조형
저장 위치	스택(Stack) 메모리		스택(Stack)에 주소 저장, 실제 객체는 힙(Heap) 메모리에 저장
저장 내용	실제 데이터 값(Value)		객체가 저장된 메모리의 주소(Reference)
null 여부	허용 하지 않음		허용함(null은 '아무것도 참조 하지 않음' 이라는 의미)
예	int, short, char, boolean 등		String, 배열, 클래스, 인터페이스 등

 

예를 들어, String 문자열 타입의 str 변수를 "Junesker" 문자열로 초기화를 진행했다고 가정했을 때, 스택 메모리 공간에는 변수 str이 만들어지고, 힙 메모리 공간에는 "Junesker"라는 값의 객체가 만들어져 주소를 갖습니다. 이때 해당 주소를 스택 메모리 공간에 만들어진 str 변수가 참조하게 되는 것이죠.

이처럼 번지를 통해 객체를 참조하기 때문에 String 타입으로 선언한 str 변수를 참조 타입 변수라고 합니다.

 

 

1. 문자열 타입(String Type)

문자열 타입인 String은 가장 흔하게 사용되는 참조 타입으로, 문자들의 연속을 저장하는 클래스입니다. 문자열 타입은 기본 타입처럼 큰 따옴표(")를 이용해 값을 할당할 수 있지만, 엄연히 말하면 클래스 객체입니다.

 

String str = "Junesker";
String str2 = new String("tistory");

String s1 = "ABCDEF";
String s2 = "ABCDEF";

 

위 선언의 내용을 보면 str 변수와 str2 변수는 서로 다른 주소를 가지고 생성되어 있습니다. new 연산자는 힙 영역에 새로운 객체를 만들 때 사용하기 때문에 객체 생성이므로 새로운 주소가 만들어집니다.

아래 s1 변수와 s2 변수는 최초의 s1 변수가 힙 영역의 "ABCDEF"의 값을 갖고 있는 주소의 공간이 만들어집니다. 그리고, s2 변수가 만들어질 때 같은 값의 "ABCDEF"를 할당합니다. 여기서 "ABCDEF"의 값을 갖고 있는 힙 영역의 주소를 참조하게 됩니다. 이와 같은 메모리 공간을 활용할 수 있는 이유는 문자열 상수 풀(String Constant Pool)로 인한 메모리 절약과 성능 최적화의 핵심 메커니즘 때문입니다.

 

문자열 상수 풀(String Constant Pool)

문자열 상수 풀은 자바의 힙(Heap) 메모리 영역 내부에 존재하는 특별한 공간으로, String 객체를 효율적으로 관리하기 위해 사용됩니다. 이는 자바의 메모리 절약과 성능 최적화의 핵심 매커니즘 중 하나입니다. 프로그램 내에서 동일한 문자열이 여러 번 사용될 경우, 매번 새로운 String 객체를 생성하는 대신, 해당 풀에 저장된 기존의 객체를 재활용하도록 합니다. 풀은 동일한 내용의 문자열 객체가 하나만 존재하도록 보장하며 메모리 중복을 방지합니다.

 

생성 방식	예		저장 위치
리터럴 사용	String s1 = "Junesker";		String Pool	재활용됨
new 연산자 사용	String s1 = new String("Junesker");		일반 Heap 영역	재활용 안됨

 

문자열 풀이 위와 같이 동작할 수 있는 이유는 String 객체는 불변하기 때문입니다. 모든 변수가 같은 객체를 안전하게 공유해도 누구도 그 내용을 바꿀 수 없기 때문에 재활용이 가능해집니다.

 

 

 

 

 

@Junesker

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