03. 반복문과 배열 그리고 예외 처리

반복문과 배열 그리고 예외 처리

---

3.1 반복문

• for 문

for(초기문; 조건식; 반복 후 작업){
... 작업문 ...
}

초기문은 조건식에서 사용하는 변수를 초기화한다.

초기문은 시작할 때만 한 번 수행된다. 콤마로 분리하여 여러 문장을 나열할 수 있다. 초기문은 빈 상태로 두어도 되지만 세미콜론(;)은 있어야 한다.

조건식에는 논리형 변수나 논리 연산을 사용한다.

조건식의 결과가 true이면 반복이 계속되고, false이면 for 문을 벗어난다. 조건식에 true가 있거나 비어있으면 무한반복 된다.

반복 후 작업은 작업문이 실행된 후 실행된다.

작업문은 for 문이 반복되는 동안 반복 실행된다.

• 반복문에 변수 선언

for(int i = 0; i < 10; i++){ // 변수 i는 for 문 밖에서 사용 불가
System.out.print(i);
}

변수 i를 for 문 블록 내에서만 사용되는 지역 변수로 선언하여 사용할 수 있다. 이때 변수 i는 for문 밖에서는 사용 불가하다.

• while 문

while(조건식){
... 작업문 ...
}

while 문은 반복 횟수를 알 수 없는 경우에 적합하다. for문과 다르게, while 문에 조건식이 없으면 컴파일 오류가 발생한다.

while 문을 사용할 때, 조건식의 변수를 while 문 밖에 초기화하는 것, 반복이 진행되면서 조건식이 false가 되어 반복문을 빠져나오게 설계하는 것을 잊지 말아야 한다.

• do-while문

do{
...작업문...
}while(조건식);

do-while 문의 조건식은 while 문과 동일하며 조건식이 없으면 컴파일 오류가 발생한다. 다른 반복문과 달리, do-while 문은 작업문 실행 후 조건식을 검사하므로 작업문이 최초 한 번은 반드시 실행된다.

do-while 문의 조건식에 사용되는 변수는 do-while 문 이전에 반드시 초기화가 되어 있어야 하며, 무한 반복에 빠지지 않도록 설계해야 한다.

for 문 -> 반복 횟수와 범위가 명확한 경우

while or do-while 문 -> 반복 횟수를 처음부터 알 수 없고, 반복이 진행되면서 평가되어야 하는 경우

• 중첩 반복

반복 안의 반복을 중첩 반복(nested loop라고 한다.

3.2 continue 문과 break 문

반복문 내에 continue 문과 break 문을 이용해 반복의 흐름을 바꾸거나 반복에서 벗어나게 할 수 있다.

• continue 문

continue;

for 문 -> continue를 만나면 반복 후 작업으로 간다.

while 문 -> 조건식으로 간다.

do-while문 -> 조건식으로 간다.

• break 문

break 문은 하나의 반복문을 즉시 벗어날 때 사용하며 다음과 같이 사용한다.

break;

break 문은 하나의 반복문만 벗어난다. 따라서 중첩 반복의 경우 안쪽 반복문만 벗어난다.

3.3 배열

배열(array)은 인덱스(index)와 인덱스에 대응하는 데이터들로 이루어진 연속적인 자료구조로 같은 종류의 데이터들이 순차적으로 저장된다.

• 배열 선언 및 생성

자바에서 배열의 생성은 C/C++와 달리 두 단계를 거친다.

1. 배열에 대한 레퍼런스 변수 선언

int intArray []; // 배열의 레퍼런스 변수 intArray 선언

배열을 가리킬 변수 선언

2. 배열 생성 - 배열의 저장 공간 할당

intArray = new int[5]; // 데이터를 저장할 배열 공간 할당

• 배열의 레퍼런스 변수 선언

int intArray []; // 배열의 레퍼런스 변수 intArray 선언

이 선언만으론 배열 공간 할당은 되지 않는다. 배열 공간의 주소 값(레퍼런스 값)을 가지며 그 자체가 배열은 아니다. 아직 배열 공간이 생성되지 않았으므로 intArray는 null을 가진다.

int intArray[];
int [] intArray;

위와 같이 두 가지 방법으로 배열의 레퍼런스 변수를 선언할 수 있다.

• 배열 선언 시 []에 크기를 지정하면 안 된다

배열 선언 시 []안에 배열의 크기를 지정하면 컴파일 오류가 난다.

int intArray[10]; // 컴파일 오류

• 배열 생성

데이터를 저장할 데이터를 저장할 배열 공간을 할당받는 과정이다. new 연산자를 이용하여 배열을 생성하고 [] 안에 생성할 원소 개수를 지정한다.

intArray = new int[5]; // 정수 5개의 배열 공간 할당받고, 이 배열의 레퍼런스 값을 intArray에 저장

이 두 과정을 통해 intArray를 배열로 사용할 수 있다.

• 배열의 선언과 동시에 생성

int intArray[] = new int[5];

• 배열 초기화

배열 선언문에서 {}에 원소를 나열하면 초기화된 배열을 만들 수 있다.

int intArray[] = {4, 3, 2, 1, 0};
double doubleArray[] = {0.1, 2.3, 0.03};

intArray 배열의 크기는 자동으로 5가 되며, doubleArray 배열의 크기는 자동으로 3이 된다. 생성되는 배열의 원소 개수는 {}에 나열된 값의 개수로 정해지므로 []에 크기를 주어선 안 된다.

• 배열 인덱스와 배열 원소 접근

배열의 인덱스는 정수만 가능하다. 인덱스는 0부터 시작하며 마지막 원소의 인덱스는 (배열 크기 -1)이다. 배열의 원소를 인덱스를 이용해 접근 가능하다.

int intArray[] = new int[5];
intArray[0] = 5; // 원소 0에 5 저장
intArray[3] = 6;
int n = intArray[3]; //원소 3의 값을 읽어 n에 저장, n은 6이 된다.

n = intArray[-2]; // error, 인덱스로 음수 사용 불가
n = intArray[5]; // error, 5는 인덱스 범위(0~4) 넘어섬

인덱스는 음수 사용 불가, 또한 배열의 범위를 넘어서 접근한 경우도 에러가 난다.

int intArray []; // 레퍼런스만 선언
intArray[1] = 8; // error, 생성되지 않은 배열 사용

• 레퍼런스 치환과 배열 공유

자바에서 레퍼런스 변수와 배열 공간이 분리되어 있기 때문에, 다수의 레퍼런스 변수가 하나의 배열 공간을 가리키는 배열 공유가 쉽게 이루어진다.

int intArray[] = new int[5];
int myArray[] = intArray; // 레퍼런스 치환, myArray는 intArray와 동일한 배열 참조

레퍼런스 치환으로 두 레퍼런스가 하나의 배열 공유하는 모습.

intArray 배열을 복사한 것이 아니라, 배열의 주소만 복사된다. myArray는 intArray와 동일한 레퍼런스 값을 갖게 되어 myArray는 intArray의 배열을 공유하게 되고, 배열의 원소 또한 접근 가능하다.

• 배열의 크기, length 필드

자바는 배열을 객체로 다룬다. 배열이 생성되면 객체가 생성된다. 이 객체에는 배열의 저장 공간과 함께 배열의 크기 값을 가진 length 필드가 존재한다.

int intArray[] = new int[5];
int size = intArray.length; // size는 5

배열 객체는 length 필드가 있기 때문에, 프로그램에서 배열 크기를 따로 관리하지 않아도 된다.

for(int i = 0; i < intArray.length; i++){ // 배열의 크기만큼 반복하는 코드
System.out.println(intArray[i]);
}

위와 같이 유용하게 사용한다.

• 배열과 for-each 문

기존의 for 문을 변형하여, 배열이나 나열(enumeration)의 크기만큼 루프를 돌면서 각 원소를 순차적으로 접근하는데 유용하게 만드는 for 문을 for-each 문이라고 부르며, 구조는 다음과 같다.

for(변수 : 배열레퍼런스){
.. 반복 작업문 ...
}

배열 n에 들어있는 모든 정수를 더하는 코드를 for-each 문으로 작성하면 다음과 같다.

int []n = {1,2,3,4,5};
int sum = 0;
for(int k : n){
sum += k;
}
System.out.println("합은 " + sum);

앞의 for-each 문은 k = n[0], n[1], n[2], n[3], n[4] 값으로 바꾸면서, 배열 n의 크기만큼 반복한다.

문자열, 나열 타입(enum) 또한 for-each 문을 사용할 수 있다.

String names[] = {"사과", "배", "체리"};
for(String s : names){
System.out.print(s + " ");
}

enum Week {월, 화, 수, 목, 금, 토, 일}
for (Week day : Week.values()){
System.out.println(day + "요일 ");
}

3.4 다차원 배열

• 2차원 배열
• 2차원 배열 선언과 생성

1차원 배열과 마찬가지로 2차원 배열도 레퍼런스 변수 선언 후 배열을 생성한다.

int intArray[][];
char charArray[][];
double doubleArray[][];

또는

int [][] intArray;
char [][] charArray;
double [][] doubleArray;

그다음 new 연산자를 이용해 2차원 배열의 저장 공간을 생성한다.

첫 번째 []에는 행의 개수를, 두 번째 []에는 열의 개수를 나타낸다.

intArray = new int [2][5];
charArray = new char [5][5];
doubleArray = new double [5][2];

length를 통해 행의 개수, 열의 개수를 알 수 있다.

int intArray = new int [2][5];
int size = intArray.length; // 2 (intArray[0], intArray[1])
int size2 = intArray[0].length; // 5 (intArray[0][0], intArray[0][1], //intArray[0][2], intArray[0][3], intArray[0][4])
int size3 = intArray[1].length; // 5 (intArray[1][0], intArray[1][1], //intArray[1][2], intArray[1][3], intArray[1][4])

intArray.length -> 행의 개수, 2개

intArray[0].length -> 0번째 행의 열의 개수, 5개

intArray[1].length -> 1번째 행의 열의 개수, 5개

2차원 배열도 레퍼런스 변수 선언과 배열 생성을 동시에 할 수 있다.

int intArray[][] = new int [2][5];
char charArray[][] = new char [5][5];
double doubleArray[][] = new double [5][2];

• 2차원 배열의 초기화

2차원 배열을 선언할 때 각 원소를 초기화할 수 있다. 그러면 자동으로 원소 개수만한 배열의 공간이 할당되고, 원소 값으로 초기화된다.

int intArray[][] = {{0, 1, 2}, {3, 4, 5}, {6, 7, 8}}; // 3x3
char charArray[][] = {{'a', 'b', 'c'}, {'d', 'e', 'f'}}; // 2x3
double doubleArray[][] = {{0.01, 0.02}, {0.03, 0.04}}; // 2x2

• 비정방형 배열

지금까지 공부한 배열은 모두 정방형 배열이다.

정방형 배열은 각 행의 열 개수가 모두 동일한 배열을 말한다.

비정방형 배열은 행마다 열의 개수가 서로 다른 배열을 말한다.

int i[][]; // 2차원 배열의 레퍼런스 변수 i 선언
i = new int[4][]; // 각 행을 가리키는 레퍼런스 배열 생성
i[0] = new int[1]; // 첫째 행에 1개 크기의 배열 생성
i[1] = new int[2]; // 둘째 행에 2개 크기의 배열 생성
i[2] = new int[3]; // 셋째 행에 3개 크기의 배열 생성
i[3] = new int[4]; // 넷째 행에 4개 크기의 배열 생성

i.length -> 2차원 배열의 행의 개수
i[0].length -> 0번째 행의 열의 개수
i[1].length -> 1번째 행의 열의 개수
....

어떤 메소드가 배열을 매개변수로 받을 때, 배열이 정방형인지 비정방형인지는 표시되지 않기 때문에 length 필드를 사용해 각 행의 열의 개수를 파악해야 한다.

배열 생성 시 초기화를 통해 비정방형 배열을 생성할 수도 있다.

int intArray[][] = {{0}, {1, 2}, {3, 4, 5}, {6, 7, 8, 9}};

정방형 배열 역시 비정방형 배열을 만드는 방법으로 만들 수 있다.

int i [][]; // 2차원 배열 레퍼런스 생성
i = new int[2][]; // 각 행의 레퍼런스 배열 생성
i[0] = new int[2]; // 첫째 행에 2개 정수 배열 생성
i[1] = new int[2]; // 둘째 행에 2개 정수 배열 생성

3.5 메소드에서 배열 리턴

메소드가 배열을 리턴하는 경우를 보면, 메소드에서 어떤 배열이든지 리턴하면 배열 공간 전체가 아니라 배열의 레퍼런스만 리턴된다.

int[] makeArray(){ // 리턴타입 메소드이름
    int temp[] = new int[4];
    return temp; // 리턴 후 temp가 가리키는 new로 항당받은 배열 메모리는 사라지지 않고, 지역 변수인 temp만 사라진다.
}
...
public static void main(String args[]){
    int [] intArray;
    intArray = makeArray(); // makeArray() 메소드가 리턴하는 배열을 받음
    intArray[0] = 5;
    intArray[1] = 6;
    intArray[2] = 7;
    intArray[3] = 8;
}

메소드는 레퍼런스만 리턴하기 때문에, 리턴타입을 선언할 때는 [] 안에 배열 크기를 지정하지 않는다.

또한 리턴하는 배열의 타입이 리턴받는 레퍼런스 변수의 타입과 일치해야 한다.

2차원 배열을 리턴하는 메소드와 배열을 리턴받는 코드는 다음과 같다.

int [][] make2DArray(){
    return new int[3][4];
}
int [][] int2DArray = make2DArray();

생성하고, 리턴받는 타입이 동일해야 한다.

3.6 main() 메소드

• main() 메소드의 특징

main() 메소드는 자바 응용 프로그램의 실행이 시작되는 특별한 메소드로서 원형은 다음과 같다.

public static void main(String[] args[]){
...
}

public(다른 클래스에서 메소드 접근 허용)

-> 자바 응용 프로그램이 실행을 시작할 때 JVM에 의해 호출되어야 하므로 public 속성으로 선언되어야 한다.

static(객체 생선 전부터 호출 가능)

-> 자신을 포함하는 클래스의 객체가 생성되기 전에, 처음부터 JVM이 호출하므로 static 속성으로 선언되어야 한다.

void(리턴 값 없음)

-> 아무 값도 리턴하지 않기 때문에 void 타입니다. main() 메소드를 끝내기 위해 리턴하려면 return; 문을 사용하면 된다.

String[](문자열 배열)

-> 자바는 명령행에 입력된 인자들을 문자열 배열로 만들어 main() 메소드에 전달한다.

args(매개변수)

• main() 메소드의 매개변수

자바에서 main()메소드에서 매개변수의 값은

$ java Hello option1 option2 option3 .... optionN

다음과 같이 실행된다. Hello 클래스를 실행하는 예이다.

option1 option2 option3 .... optionN을 명령행 인자라고 부르며, 이들은 모두 Hello 클래스의 main() 메소드의 매개변수로 전달된다.

Hello 클래스의 main() 메소드가 시작되기 전, 이 인자들은 각각 문자열로 만들어지고 String 배열에 저장된다.

String a = args[0]; // option1
String b = args[1]; // option2
...

args 레퍼런스를 이용해 명령행 인자를 전달받는다.

• main()에 명령행 인자를 전달하고 활용하는 예

$ javac Hello.java
$ java Hello option1 option2

args 배열은 문자열 배열이기 때문에 숫자로 계산을 하고 싶다면 숫자로 변형하는 함수를 사용해야 한다.

3. 7 자바의 예외처리

• 예외(Exception)이란?

자바에서 오동작이나 결과에 악영향을 끼칠 수 있는 실행 중 발생한 오류를 예외(exception)이라고 한다.

문법에 맞지 않게 작성된 코드는 사전에 컴파일러에 의해 컴파일 오류(compile time error)로 걸러지지만, 예외는 사용자의 잘못에 의해 인덱스의 배열의 크기가 넘어가는 등, 예기치 못한 상황에 의해 프로그램 실행 중 발생한다.

오류 => 예측 불가능.

예외 => 예측 가능, 제어 가능.

실행 중 예외를 예를 들면,

1. 정수를 0으로 나눌 경우
2. 배열의 크기보다 큰 인덱스로 배열의 원소에 접근하는 경우
3. 존재하지 않는 파일을 읽으려고 하는 경우
4. 정수 입력을 기다리는 코드가 실행되고 있을 때, 사용자가 문자를 입력한 경우

실행 중에 예외가 발생하면 자바 플랫폼이 먼저 알게 되고, 응용프로그램에게 예외를 전달한다.

만일 응용프로그램이 예외 대처 코드가 없다면 자바 플랫폼은 응용프로그램을 종료시킨다.

• 예외 발생 사례

import java.util.Scanner;

public class ex3_14 {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        int divided; // 나뉨수
        int divisor; // 나눗수

        System.out.print("나뉨수를 입력하시오:");
        divided = sc.nextInt();
        System.out.print("나눗수를 입력하시오:");
        divisor = sc.nextInt();
        System.out.println(divided+"를"+divisor+"로 나누면 몫은 "
        + divided/divisor +"입니다.");
        sc.close();
    }
}

나뉨수를 입력하시오:100
나눗수를 입력하시오:0
Exception in thread "main" java.lang.ArithmeticException: / by zero
        at ex3_14.main(ex3_14.java:13)

JVM은 정수를 0으로 나눌 수 없기 때문에 ArithmeticException 예외를 발생시킨다.

사용자가 0을 입력하는 예외 상황은 컴파일 시 미리 걸러낼 수는 없으나, 예외가 발생하면 응용프로그램이 이를 적절히 대응해(handling) 강제 종료되지 않고 다시 입력을 받는 등의 조치를 취할 수 있다.

• 예외 처리, try-catch-finally 문

예외 처리란, 개발자가 작성한 프로그램 실행 중 예외가 발생하면 이를 대응하는 것을 말한다.

자바는 예외 처리에서 try-catch-finally 문을 사용한다.

try{
    예외가 발생할 가능성이 있는 실행문(try 블록) 
}catch(처리할 예외 타입 선언){
    예외 처리문(catch 블록)
}finally{
    예외 발생 여부와 상관없이 무조건 실행되는 문장(finally 블록)
    생략 가능
}

예외가 발생할 가능성이 있는 실행문을 try{} 블록으로 묶고, 예외 처리 코드는 catch{} 블록 내에 작성한다. catch{} 블록은 예외마다 하나씩 작성되어야 한다.

만일 try{}에서 예외가 발생하지 않으면 바로 finally로 이동하고, 생략되면 상관없이 다음 코드로 넘어간다.

try{}에서 예외가 발생하면 catch{}에서 예외처리문을 거치고 finally{}로 간다. finally{}가 생략되면 다음 코드로 넘어간다.

finally{} 블록은 예외가 발생하든 않든 마지막에 반드시 실행된다.

• 자바의 예외 클래스

예외 타입(예외 클래스)	예외 발생 경우	패키지
ArithmeticException	정수를 0으로 나눌 때 발생	java.lang
NullPointerException	null 레퍼런스를 참조할 때 발생	java.lang
ClassCastException	변환할 수 없는 타입으로 객체를 변환할 때 발생	java.lang
OutOfMemoryError	메모리가 부족한 경우 발생	java.lang
ArrayIndexOutOfBoundsException	배열의 범위를 벗어난 접근 시 발생	java.lang
IlligalArgumentException	잘못된 인자 전달 시 발생	java.lang
IOException	입출력 동작 실패 또는 인터럽트 시 발생	java.io
NumberFormatException	문자열이 나타내는 숫자와 일치하지 않는 타입의 숫자로 변환 시 발생	java.lang
InputMismatchException	Scanner 클래스의 nextInt()를 호출하며 정수를 받고자 했지만, 사용자가 문자를 입력한 경우	java.util

다수의 예외를 처리하고자 하는 경우엔 여러 개의 catch 블록을 연속적으로 작성할 수 있으며, 발생한 예외와 타입이 맞는 catch 블록이 실행된다.

특정 타입을 지정하지 않고 모든 예외를 모아 잡고 싶다면 Exception으로 칭하면 된다.

catch(Exception e){}

만일 발생한 타입과 일치하는 catch 블록이 없다면 프로그램은 강제종료된다.

catch 블록 내에 System.exit(0)을 호출하면 언제든지 프로그램을 종료할 수 있다.

import java.util.Scanner;

public class ex3_15 {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        int divided; // 나뉨수
        int divisor; // 나눗수

        while(true){
            System.out.print("나뉨수를 입력하시오:");
            divided = sc.nextInt();
            System.out.print("나눗수를 입력하시오:");
            divisor = sc.nextInt();

            try{
                System.out.println(divided+"를"+divisor+"로 나누면 몫은 "
                + divided/divisor +"입니다.");
                break; // 정상적인 나누기 완료 후 while 벗어나기
            }catch(ArithmeticException e){
                System.out.println("0으로 나눌 수 없습니다! 다시 입력하세요.");
            }
        }
        sc.close();
    }
}

나뉨수를 입력하시오:100
나눗수를 입력하시오:0
0으로 나눌 수 없습니다! 다시 입력하세요.
나뉨수를 입력하시오:100
나눗수를 입력하시오:3
100를3로 나누면 몫은 33입니다.

public class ex3_16 {
    public static void main(String[] args) {
        int[] intArray = new int[5];
        intArray[0] = 0;
        try{
            for(int i = 0; i < intArray.length; i++){
                intArray[i+1] = i + 1 + intArray[i]; // i = 4인 경우 예외 발생
                System.out.println("intArray[" + i + "]" + "=" + intArray[i]);
            }
        }catch(IndexOutOfBoundsException e){
            System.out.println("배열의 인덱스가 범위를 벗어났습니다.");
        }
    }
}

intArray[0]=0
intArray[1]=1
intArray[2]=3
intArray[3]=6
배열의 인덱스가 범위를 벗어났습니다.

import java.util.InputMismatchException;
import java.util.Scanner;

public class ex3_17 {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        System.out.println("정수를 3개 입력하세요");
        int sum = 0, n = 0;
        for(int i = 0; i < 3; i++){
            System.out.print(i + ">>");
            try {
                n = sc.nextInt(); // 사용자가 정수 이외 입력시 예외
            } catch (InputMismatchException e) {
                System.out.println("정수가 아닙니다. 다시 입력하세요");
                sc.nextLine(); // 현재 입력 스트림에 남아있는 토큰을 지운다.
                i--; // 인덱스도 -1
                continue;
            }
            sum += n;
        }
        System.out.println("합은 " + sum);
        sc.close();
    }
}

정수를 3개 입력하세요
0>>1
1>>g
정수가 아닙니다. 다시 입력하세요
1>>g
정수가 아닙니다. 다시 입력하세요
1>>g
정수가 아닙니다. 다시 입력하세요
1>>g
정수가 아닙니다. 다시 입력하세요
1>>g
정수가 아닙니다. 다시 입력하세요
1>>3
2>>5
합은 9

public class ex3_18 {
    public static void main(String[] args) {
        String[] stringNumber = {"23", "27", "3.14", "74"};

        int i = 0;
        try{
            for(i=0; i < stringNumber.length;i++){
                int j = Integer.parseInt(stringNumber[i]);
                System.out.println("정수로 변환된 값은 " + j); // 3.14에서 예외
            }
        }catch(NumberFormatException e){
            System.out.println(stringNumber[i] + "는 정수로 변환할 수 없습니다.");
        }
    }
}

정수로 변환된 값은 23
정수로 변환된 값은 27
3.14는 정수로 변환할 수 없습니다.