객체 배열과 참조 경로

회원 정보가 여러 개가 되면 entry1, entry2, entry3처럼 변수 이름에 번호를 붙이는 방식도 곧 한계에 닿습니다.

반복문을 쓰려면 회원들을 하나의 순서로 보관해야 합니다.

이때 Member[]를 사용하지만, 배열 안에 객체가 통째로 들어간다고 생각하면 이후의 null과 공유 참조를 설명하기 어렵습니다.

객체 배열은 두 종류의 객체를 함께 사용합니다.

배열 객체가 먼저 있고, 각 배열 칸에는 Member 인스턴스에 도달하는 참조값이 저장됩니다.

배열 생성과 기록 생성을 따로 해야 하는 이유가 여기에 있습니다.

객체 배열의 초기 상태

다음 코드는 길이가 3인 Member 배열을 만듭니다.

Member[] members = new Member[3];

이 한 줄이 만든 것은 참조를 담을 칸 세 개뿐입니다.

각 칸은 참조형의 기본값인 null로 시작합니다.

Member 인스턴스 세 개를 자동으로 만들지는 않습니다.

src/members/ch04/v5/EmptyObjectArray.java

import java.util.Arrays;

public class EmptyObjectArray {
    public static void main(String[] args) {
        Member[] members = new Member[3];
        System.out.println(Arrays.toString(members));
    }
}

[null, null, null]

배열 칸에 실제 회원을 넣으려면 각 객체를 만들고 그 참조를 대입합니다.

Member first = new Member();
first.email = "kim@example.com";
first.age = 35;

members[0] = first;

members[0] = first도 대입입니다.

first 변수에 들어 있는 참조값이 배열의 0번 칸으로 복사됩니다.

객체가 배열 안으로 이동하거나 복제되는 것이 아닙니다.

대입 뒤에도 first와 members[0]은 같은 인스턴스에 도달합니다.

객체 배열 초기화

인스턴스를 먼저 만든 뒤 배열을 초기화할 수도 있습니다.

src/members/ch04/v5/MemberArrayMain.java

public class MemberArrayMain {
    public static void main(String[] args) {
        Member firstMember = new Member();
        firstMember.email = "kim@example.com";
        firstMember.age = 35;
        firstMember.active = true;

        Member secondMember = new Member();
        secondMember.email = "lee@example.com";
        secondMember.age = 25;
        secondMember.active = false;

        Member[] members = {firstMember, secondMember};

        for (int i = 0; i < members.length; i++) {
            Member member = members[i];
            System.out.printf(
                "%d. %s / %d세 / %s%n",
                i + 1, member.email, member.age, member.active
            );
        }
    }
}

실행 결과

1. kim@example.com / 35세 / true
2. lee@example.com / 25세 / false

배열 리터럴 {firstMember, secondMember}에 들어가는 것도 두 변수의 참조값입니다.

따라서 배열 칸을 통해 첫 회원을 바꾸면 firstMember로 읽어도 바뀐 값이 보입니다.

members[0].age = 50;
System.out.println(firstMember.age); // 50

참조 접근식 해석

members[i].email에는 접근이 두 번 들어 있습니다.

members[i]가 배열의 i번째 칸에서 Member 참조를 읽습니다.
.email이 그 참조를 따라 인스턴스의 이메일 필드를 읽습니다.

MemberArrayMain의 배열 초기화 직후 · members[0].email 읽기

members는 길이 2의 배열을 참조합니다.
members[0]은 첫 Member의 참조값입니다. 그 객체의 email은 kim@example.com, age는 35입니다.
members[1]은 둘째 Member의 참조값입니다. 그 객체의 email은 lee@example.com, age는 25입니다.

members[0]과 firstMember, members[1]과 secondMember는 각각 같은 객체에 도달합니다. 배열 칸에는 객체 자체가 아니라 참조값이 들어 있습니다.

new Member[3]만 실행한 초기 상태는 [null, null, null]입니다. 위 그림은 그 초기 상태가 아니라, 두 객체를 만든 뒤 배열 리터럴로 참조를 넣은 별도 예제입니다.

`members[i].email`에서 구분할 세 실패 경계
먼저 확인할 값	실패 조건	발생하는 예외
`members`	배열 참조가 `null`	`NullPointerException`
`i`	배열이 있을 때 `i < 0` 또는 `i >= members.length`	`ArrayIndexOutOfBoundsException`
`members[i]`	인덱스가 유효해도 선택한 칸이 `null`	`.email`에서 `NullPointerException`

접근을 막는 세 실패 경계

members == null: 배열 참조가 없으므로 NullPointerException.
i < 0 또는 i >= members.length: 배열이 있어도 인덱스가 범위를 벗어나면 ArrayIndexOutOfBoundsException.
members[i] == null: 인덱스가 유효해도 선택한 칸의 참조가 없으면 .email에서 NullPointerException.

오류를 찾을 때 이 표현을 한 덩어리로 보지 마세요.

members 자체가 null일 수 있고, 인덱스가 범위를 벗어날 수 있고, members[i]가 null일 수도 있습니다.

각각 실패 종류가 다릅니다.

세 가지 실패 경계

Member[] members = new Member[2];

// members = null;
// System.out.println(members[0]);  // 배열 참조가 null: NullPointerException

// System.out.println(members[2]);  // 인덱스 범위 초과: ArrayIndexOutOfBoundsException

System.out.println(members[0].email); // 칸이 null: NullPointerException

스택 트레이스가 같은 줄을 가리키더라도 어느 중간값이 잘못됐는지 분해해 확인해야 합니다.

디버거에서는 members, i, members[i]를 차례로 관찰하면 됩니다.

`for-each`의 참조 복사

인덱스가 필요 없다면 향상된 for문으로 읽기 쉽도록 바꿀 수 있습니다.

for (Member member : members) {
    System.out.println(member.email + " / " + member.age);
}

매 반복마다 배열 칸의 참조값이 지역 변수 member에 복사됩니다.

그래서 다음 필드 변경은 원본 배열이 가리키는 객체에도 보입니다.

for (Member member : members) {
    member.active = true;
}

반면 반복 변수 자체를 새 객체로 바꿔도 배열 칸은 바뀌지 않습니다.

실패 사례: 반복 변수 재대입

for (Member member : members) {
    member = new Member();
    member.email = "replacement@example.com";
}

System.out.println(members[0].email); // 기존 이메일 그대로

member = new Member()는 지역 변수에 새 참조를 넣었을 뿐입니다.

배열의 members[0]이나 members[1]에 대입하지 않았습니다.

배열 칸을 실제로 교체하려면 인덱스 반복문에서 members[i] = replacement처럼 써야 합니다.

현재 반복의 member에는 members[i]의 참조값이 복사되어 있고, 해당 칸은 null이 아닙니다.

서로 다른 대입 대상과 배열에서 관찰되는 결과
실행하는 문장	바꾸는 저장 위치	배열에서 다시 읽으면
`member.active = true;`	같이 참조하는 Member 객체의 `active` 필드	`members[i].active`도 `true`
`member = new Member();` `member.email = "replacement@example.com";`	지역 변수 `member`의 참조값, 그리고 새 객체의 필드	배열 칸의 참조와 기존 이메일은 그대로
`members[i] = replacement;`	배열의 i번째 칸에 저장된 참조값	해당 칸에 `replacement`의 참조값을 저장

member.active = true;: 같이 참조하는 객체의 active 필드를 씁니다. members[i].active로 읽어도 true입니다.
member = new Member(); member.email = "replacement@example.com";: 지역 변수의 참조값과 새 객체의 필드만 바뀝니다. 배열 칸의 참조와 기존 이메일은 그대로입니다.
members[i] = replacement;: 배열의 i번째 칸에 replacement의 참조값을 저장합니다.

마지막 문장은 인덱스 반복문에서 배열 칸을 실제로 교체하는 방법입니다. 반복 변수 member에 대입하는 것과 구분합니다.

용량과 회원 수

회원 저장소가 최대 다섯 개까지 입력을 받는다고 해서 처음부터 다섯 회원을 만들 필요는 없습니다.

길이 5인 배열을 만들고 현재 사용한 칸의 수를 별도 변수로 관리할 수 있습니다.

src/members/ch04/v5/FixedCapacityRegistry.java

public class FixedCapacityRegistry {
    public static void main(String[] args) {
        Member[] members = new Member[5];
        int size = 0;

        Member member = new Member();
        member.email = "member@example.com";
        member.age = 30;
        members[size] = member;
        size++;

        for (int i = 0; i < size; i++) {
            System.out.println(members[i].email);
        }
    }
}

members.length는 저장할 수 있는 최대 칸 수이고 size는 실제로 채운 회원 수입니다.

둘을 같은 뜻으로 사용하면 남은 null 슬롯을 역참조하거나, 배열이 찼는데 새 값을 넣어 범위 오류가 납니다.

추가 전 경계 확인

if (size >= members.length) {
    System.out.println("더 이상 회원을 추가할 수 없습니다.");
} else {
    members[size] = member;
    size++;
}

이 구조는 나중에 ArrayList가 내부에서 용량과 크기를 구분하는 이유를 이해할 준비가 됩니다.

지금은 고정 배열의 한계를 분명히 관찰하는 데 집중합니다.

FixedCapacityRegistry의 size++ 직후 · members.length = 5, size = 1

0번 칸 · 사용 중: member의 참조값이 저장되어 있습니다.
1, 2, 3, 4번 칸 · 미사용: 네 칸 모두 null이며 연결된 Member 객체가 없습니다.

회원 순회는 0 <= i && i < size, 즉 0번 칸만 읽습니다. 그 회원의 이메일은 member@example.com입니다.
5번 칸은 존재하지 않습니다. 추가 전 size >= members.length이면 중단하고, 여유가 있을 때만 members[size] = member; 뒤 size++;를 실행합니다.

연습 문제

다음 조건의 Member[]가 있습니다.

Member[] members = new Member[4];
int size = 3;

0~2번 칸에는 객체가 있고 3번 칸은 null입니다.

다음을 구현하세요.

size까지만 순회합니다.
active == false인 회원의 이메일과 나이를 출력합니다.
총 비활성 회원 나이를 합산합니다.
members.length까지 무조건 순회했을 때 생길 수 있는 실패를 설명합니다.
for-each를 사용한다면 null 슬롯을 어떻게 처리할지 적습니다.

해설 보기

src/members/ch04/exercise/PendingMembers.java

public class PendingMembers {
    public static void main(String[] args) {
        Member[] members = new Member[4];
        int size = 0;

        members[size++] = create("kim@example.com", 20, true);
        members[size++] = create("lee@example.com", 35, false);
        members[size++] = create("park@example.com", 25, false);

        int pendingAge = 0;
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            Member member = members[i];
            if (!member.active) {
                System.out.println(member.email + " / " + member.age + "세");
                pendingAge += member.age;
            }
        }
        System.out.println("비활성 합계=" + pendingAge + "세");
    }

    static Member create(String email, int age, boolean active) {
        Member member = new Member();
        member.email = email;
        member.age = age;
        member.active = active;
        return member;
    }
}

lee@example.com / 35세
park@example.com / 25세
비활성 합계=60세

여기서는 다음 절에서 자세히 다룰 생성 메서드를 미리 사용했습니다.

create가 돌려준 참조값이 배열 칸에 저장됩니다.

members.length 전체를 순회하면서 곧바로 member.active를 읽으면 마지막 null 슬롯에서 NullPointerException이 납니다.

for-each가 필요하다면 if (member == null) continue;를 둘 수 있지만, 실제 데이터 수를 알고 있다면 size 범위만 순회하는 쪽이 상태를 더 정확하게 표현합니다.

객체 배열은 객체를 통째로 담지 않고 참조값을 담습니다.

배열 칸과 반복 변수에 같은 참조가 복사될 수 있다는 사실을 확인했습니다.

다음 절에서는 숫자 복사와 참조값 복사를 같은 대입 규칙으로 설명하고, 왜 공유된 필드 변경이 여러 경로에서 보이는지 파고듭니다.