Java 기본 과정

유효범위

유효범위
변수와 메소드 같은 것들을 사용할 수 있는 것은 이름이 있기 때문이다. 아래 코드에서 left는 변수의 이름이고, sum은 메소드의 이름이다.
int left;
public void sum(){}
 
프로그램이 커지면 여러 가지 이유로 이름이 충돌하게 된다. 이를 해결하기 위해서 고안된 것이 유효범위라는 개념이다. 흔히 스코프(Scope)라고도 부른다.
 
출현배경
메소드, 클래스와 같은 개념들이 등장한 배경은 프로그램을 만드는 데 사용하는 코드의 양이 기하급수적으로 증가하면서 직면하게 되는 막장을 극복하기 위한 것이었다. 거대해진 코드를 효율적으로 제어하지 못한다면 웅장한 소프트웨어를 만드는 것은 점점 불가능한 일이 될 것이다. 유효범위라는 것도 그러한 맥락에서 등장한 개념이다. 하지만 유효범위는 메소드나 클래스처럼 특별한 문법적인 규칙을 가지고 있는 것은 아니다.
 
public class ScopeDemo {
  static void a() {
     int i = 0;
  }
public static void main(String[] args) {
  for (int i = 0; i < 5; i++) {
      a();
      System.out.println(i);
  }
}
}
만약 메소드 a가 실행될 때 메소드 내부의 변수 i의 값이 반복문의 변수 i의 값을 덮어쓰게 된다면 어떻게 될까? 반복문이 호출될 때마다 변수 i의 값이 0이 되기 때문에 이 반복문은 무한 반복에 빠지게 된다. 이런 상황을 해결하기 위해서는 메소드 a의 내부변수 i의 이름이나 반복문의 변수 i의 이름을 다르게 로직을 고쳐야 할 것이다.
만약 로직이 매우 복잡하거나, 메소드 a가 타인이 만든 것을 사용하는 것이라면 이것은 쉽지 않은 일이 된다. 이러한 문제는 부품으로서의 가치를 저하시킨다.  
실행결과를 보면 알겠지만, 내부 변수의 값이 그 외부에 영향을 미치지 않는다는 것을 알 수 있다. 처음 언어를 배우는 입장에서는 이것을 그러려니 하기 쉽겠지만 그렇지 않다.  과거의 프로그래밍 언어는 메소드 내에서의 변수가 외부의 변수에도 영향을 미쳤기 때문에 변수나 메소드의 이름을 사무실 칠판에 적어가면서 코딩을 해야 했던 시절도 있었다. 또는 변수명을 길게 하도록 권장하거나, 심지어 변수명에 프로그래머의 이름을 적는 경우도 있었다!
이런 문제를 해결하기 위해서 다양한 시도들이 있었는데 그 노력의 결과 중의 하나가 유효범위라고 할 수 있다.
 
다양한 유효범위들
디렉터리를 생각하면 쉬울 것 같다. 파일이 많아지면서 파일의 이름이 충돌하기 시작한다. 디렉터리는 파일을 그룹핑해서 그룹별로 파일을 격리한다. 디렉터리 내에서는 파일명이 중복되면 안 되지만 디렉터리 밖의 파일명과는 중복이 돼도 문제 없다.  
 
위의 예제를 살펴보자. 6행에서 변수 i를 아래와 같이 선언했다.
이것은 변수 i가 메소드 a에 소속된 변수라는 의미다. 따라서 이 변수의 값을 어떻게 바꿔도 이 변수의 밖에는 영향을 주지 않는다.
하지만 코드를 아래와 같이 변경한다면 무한반복이 일어날 것이다. 
 
public class ScopeDemo2 {
  static int i;  // 변수의 선언은 여기에만 있다. 
  static void a() {
     i = 0;
  }
  public static void main(String[] args) {
    for (i = 0; i < 5; i++) {
       a();
       System.out.println(i);
    }
  }
}
변수 i가 4행에서 선언되고 있다. 클래스 ScopeDemo2의 직접적인 소속인 클래스 변수다. 클래스 소속의 변수가 되면 모든 메소드에서 접근할 수 있게 된다. 그래서 7행의 변수 i와  11행의 for문 안에 변수 i도 4행의 변수 i를 의미하게 된다. 그래서 반복문을 통해서 변수 i의 값을 아무리 바꿔도 메소드 a에 의해서 클래스 변수 i의 값이 0이 되기 때문에 반복문이 멈추지 않게 되는 것이다.
만약 위의 코드를 아래와 같이 바꾸면 위의 문제가 사라질 것이다. 
public class ScopeDemo3 {
  static int i;
  static void a() {
    int i = 0; // 지역(로컬) 변수를 다시 선언한다. 
  }
public static void main(String[] args) {
  for (i = 0; i < 5; i++) {
    a();
    System.out.println(i);
  }
}
}
메소드 안에서 선언한 변수는 그 메소드가 실행될 때 만들어지고, 그 메소드가 종료되면 삭제된다. 만약 클래스 아래의 변수와 메소드 아래의 변수가 같은 이름을 가지고 있다면 메소드 아래의 변수가 우선하게 된다.  
즉 클래스 아래에서 선언된 변수는 클래스 전역에 영향을 미치지만 메소드 내에서 선언된 변수는 클래스 아래에서 선언된 변수보다 우선순위가 높다고 할 수 있다. 지역적인 것이 전역적인 것보다 우선순위가 높다는 원칙은 특수한 것이 전체적인 것보다 우선순위가 높다는 의미로도 해석할 수 있는데 이러한 원리는 공학 전반에서 적용되는 원칙이다.
클래스 전역에서 접근 할 수 있는 변수를 전역변수, 메소드 내에서만 접근 할 수 있는 변수를 지역변수라고 한다. 아래 코드는 지역변수가 메소드 내에서만 접근이 가능함을 보여준다. 주석 처리된 9번라인의 주석을 제거하면 오류가 발생할 것이다. {} 범위 내에서 선언한 변수는 {} 범위 내에서만 유효하다. 
 
public class ScopeDemo4 {
  static void a(){
    String title = "coding everybody";
  }
  public static void main(String[] args) {
    a();
    //System.out.println(title); // 에러 발생
  }
}
반복문에서 정의한 변수도 반복문 밖에서는 유효하지 않다.  
public class ScopeDemo5 {
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println(i);
}
// System.out.println(i); // 에러 발생 
}
}
 
다음 예제의 결과를 예측해 보자. 
public class ScopeDemo6 {
  static int i = 5;
  static void a() {
    int i = 10;
    b();
  }
  static void b() {
    System.out.println(i);
  }
  public static void main(String[] args) {
    a();
  }
}
 
결과는 5다.  
 
 
인스턴스의 유효범위
지금까지는 클래스 중심으로 유효범위를 알아봤다. 인스턴스에서의 유효범위도 클래스와 거의 동일하지만 결정적인 차이점은 this에 있다고 할 수 있다. 
class C2 {
  int v = 10;
  void m() {
    int v = 20;
    System.out.println(v);
  }
}
public class ScopeDemo8 {
  public static void main(String[] args) {
    C2 c1 = new C2();
    c1.m();
  }
}
결과는 20이다. 즉 메소드 안에서 선언된 변수 v가 지역 변수가 인스턴스 전역에서 유효한 변수 v의 값보다 우선순위가 높아지면서 20이 출력된 것이다.
이런 상황에서 메소드 m에서 인스턴스 변수 v에 접근하려면 어떻게 해야할까? this를 사용하면 된다.
7행의 출력 부분만 고쳐 보자. 
    System.out.println(this.v);
그 결과 메소드 m 안에서 인스턴스 변수 v를 사용할 수 있게 되었다. this는 인스턴스 자신을 의미하는 키워드이다.
 
교훈
이렇게해서 유효범위를 알아봤다. 유효범위란 변수를 전역변수, 지역변수 나눠서 좀 더 관리하기 편리하도록 한 것이다. 간단히 말해 유효범위는 변수를 선언한 범위 내에서만 변수가 유효하다는 의미이다. 
객체지향의 관점에서 객체는 이 유효범위를 제한하는 효과도 자연스럽게 누릴 수 있게 된다. 
 
부품의 관점에서도 생각해볼 수 있다. 어떤 메소드가 전역변수를 사용하고 있다는 것은 그 메소드는 그 전역변수에 의존한다는 의미다. 전역변수에 의존한다는 것은 이 메소드가 다른 완제품의 부품으로서 사용될 수 없다는 의미다.  

 

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