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Chapter06

1. Introduction to Program Modules in Java​

대규모 프로그램을 개발하고 유지보수하는 가장 좋은 방법은 프로그램을 작고 단순한 조각, 즉 modules로 구성하는 것이다. 이 접근 방식은 divide and conquer라고 불린다. Java 프로그램은 프로그래머가 작성한 methods와 classes, 그리고 Java Application Programming Interface 등에서 제공되는 predefined methods와 classes를 조합하여 구성된다. 관련된 classes는 일반적으로 packages로 그룹화되어 프로그램 내로 import하여 재사용할 수 있다.

Methods는 프로그램의 작업을 독립적인 단위로 분리하여 모듈화하는 것을 돕는다. Method 본문의 문장들은 한 번만 작성되며, 다른 methods로부터 숨겨져 있고, 프로그램 내 여러 위치에서 재사용될 수 있다. 이는 소프트웨어 재사용성을 높이고 디버깅과 유지보수를 용이하게 한다.

Method 호출은 계층적인 boss-method/worker-method 관계와 유사하다. caller(boss)는 worker(called method)에게 작업을 수행하고 결과를 보고하도록 요청한다. Boss method는 worker method가 작업을 수행하는 구체적인 구현 세부 사항을 알지 못하며, 이러한 구현 세부 사항의 은닉(hiding)은 좋은 소프트웨어 공학을 촉진한다.

![PDF p.7: Hierarchical boss-method/worker-method relationship]

2. static Methods, static Fields and Class Math​

때때로 method는 특정 object의 내용에 의존하지 않는 작업을 수행한다. 이러한 methods는 class 전체에 적용되며 static method 또는 class method라고 알려져 있다. Method를 static으로 선언하려면 method 선언의 반환 유형 앞에 keyword static을 배치한다. static method를 호출할 때는 ClassName.methodName(arguments) 형식을 사용한다.

Class Math는 일반적인 수학 계산을 수행하기 위한 static methods의 모음을 제공한다. 주요 Math methods에는 abs(x), ceil(x), cos(x), exp(x), floor(x), log(x), max(x, y), min(x, y), pow(x, y), sin(x), sqrt(x), tan(x) 등이 있다.

![PDF p.9: Math class methods]

Math class는 일반적인 수학 상수를 위한 fields인 Math.PI와 Math.E를 포함한다. 이들은 public, final, static으로 선언된다. public은 다른 classes에서 사용할 수 있게 하며, final은 값이 초기화된 후 변경될 수 없음을 의미한다. static fields(class variables)는 class의 모든 objects가 공유하는 하나의 복사본만을 가진다. 반면 instance variable은 class의 각 object마다 별도의 메모리 공간을 가진다.

Main method가 static으로 선언되는 이유는 JVM이 class의 객체가 생성되지 않은 상태에서 main method를 호출해야 하기 때문이다.

3. Declaring Methods with Multiple Parameters​

Method는 콤마로 구분된 리스트를 통해 여러 개의 parameters를 가질 수 있다. Method 호출 시에는 method 선언에 있는 각 parameter에 대해 하나의 argument가 있어야 하며, 각 argument는 대응하는 parameter의 type과 일치해야 한다.

![PDF p.16: Programmer-declared method maximum with three double parameters]

4. Notes on Declaring and Using Methods​

Method를 호출하는 세 가지 방법이 있다.

  1. 같은 class 내의 다른 method를 호출할 때는 method 이름만 사용한다.
  2. 객체를 참조하는 변수 뒤에 점(.)과 method 이름을 붙여 해당 객체의 method를 호출한다.
  3. Class 이름 뒤에 점(.)을 붙여 class의 static method를 호출한다.

Non-static method는 같은 class의 모든 method와 fields를 직접 조작할 수 있다. 반면 static method는 같은 class의 다른 static methods만 직접 호출할 수 있고 static fields만 직접 조작할 수 있다.

Method에서 제어를 호출자에게 반환하는 방법은 세 가지가 있다.

  1. 프로그램 흐름이 method의 닫는 중괄호에 도달했을 때.
  2. return; 문이 실행될 때.
  3. return expression; 문이 실행되어 결과를 반환할 때.

5. Method-Call Stack and Activation Records​

Stack 데이터 구조는 접시 더미와 유사한 후입선출(LIFO) 구조이다. 항목을 맨 위에 놓는 것을 push, 맨 위에서 제거하는 것을 pop이라 한다. 프로그램이 method를 호출할 때, 호출된 method가 호출자에게 복귀하기 위한 return address가 program-execution stack에 push된다.

이 stack은 method 호출 시 사용되는 local variables를 위한 메모리도 포함하며, 이를 activation record 또는 stack frame이라고 한다. Stack에 저장할 수 있는 activation records보다 더 많은 method 호출이 발생하면 stack overflow 오류가 발생한다.

6. Argument Promotion and Casting​

Argument promotion은 argument의 값을 method가 예상하는 parameter type으로 변환하는 것이다. Java의 promotion rules는 허용되는 변환을 명시하며, 일반적으로 더 작은 범위의 타입에서 더 큰 범위의 타입으로의 변환(예: int에서 double로)은 데이터 손실 없이 수행된다.

![PDF p.24: Promotions allowed for primitive types]

7. Java API Packages​

Java는 많은 predefined classes를 packages라는 카테고리로 그룹화하여 제공한다. 주요 패키지로는 java.applet, java.awt (GUI), java.io (입출력), java.lang (기본 언어 클래스), java.net (네트워크), java.sql (데이터베이스), java.util (유틸리티), javax.swing (Swing GUI) 등이 있다.

8. Case Study: Random-Number Generation​

시뮬레이션과 게임에는 element of chance가 필요하다. Java는 java.util 패키지의 Random class와 Math class의 static method random을 제공한다. Random class는 pseudorandom numbers를 생성하며, 현재 시간을 seed로 사용하여 난수 생성기를 초기화한다. nextInt(int n) method는 0부터 n-1까지의 값을 반환한다.

일반화된 난수 스케일링 및 이동 공식은 다음과 같다. number = shiftingValue + randomNumbers.nextInt(scalingFactor); 여기서 shiftingValue는 시작 값을, scalingFactor는 범위 내의 숫자의 개수를 의미한다.

연속적이지 않은 값들의 집합에서 난수를 선택할 때는 다음 공식을 사용한다. number = shiftingValue + differenceBetweenValues * randomNumbers.nextInt(scalingFactor);

디버깅 시 정확히 같은 순서의 난수를 반복하기 위해 Random 객체 생성 시 seedValue를 제공할 수 있다. Random randomNumbers = new Random(seedValue);.

![PDF p.31: Shifted and scaled random integers code example]

9. Scope of Declarations​

Scope는 프로그램 내에서 선언된 개체를 이름으로 참조할 수 있는 영역이다.

  1. Parameter 선언의 scope는 해당 method의 본문이다.
  2. Local-variable 선언의 scope는 선언된 지점부터 해당 블록의 끝까지이다.
  3. Method나 field의 scope는 class 본문 전체이다. Method 내의 local variable이 class의 field와 같은 이름을 가질 경우, local variable이 field를 가린다(shadow).

![PDF p.39: Scope class demonstrating scopes of a field and local variables]

10. Method Overloading​

Method overloading은 같은 class 내에 같은 이름을 가진 methods를 여러 개 선언하는 것이다. 단, 이들은 반드시 서로 다른 parameter sets를 가져야 한다. 컴파일러는 호출 시 argument의 수, 타입, 순서를 검사하여 적절한 method를 선택한다. 이를 통해 유사한 작업을 수행하지만 다른 타입이나 개수의 입력값을 처리하는 methods를 만들 수 있다.

Overloaded methods는 서로 다른 return types를 가질 수 있지만, return type만으로는 method를 구분할 수 없다. 즉, 서명(signature)이 동일하고 반환 타입만 다른 경우 컴파일 오류가 발생한다.

![PDF p.46: Overloaded method declarations with identical signatures cause compilation errors]

11. GUI and Graphics Case Study (Optional)​

Java의 Graphics methods를 사용하여 화면에 도형을 그릴 수 있다. drawRect(x, y, width, height)는 사각형을 그리며, drawOval(x, y, width, height)은 bounding rectangle 내에 접하는 타원을 그린다.

컴퓨터 화면의 색상은 RGB 값(Red, Green, Blue)으로 정의되며, java.awt 패키지의 Color class를 사용한다. Color class는 Color.BLACK, Color.BLUE 등 13개의 미리 정의된 static Color objects를 제공한다. 또한 new Color(r, g, b) 생성자를 사용하여 사용자 정의 색상을 만들 수 있다.

채워진 도형을 그리기 위해 fillRect와 fillOval methods를 사용하며, 그리기 색상을 설정하기 위해 setColor method를 사용한다. 일반적으로 이러한 그리기 작업은 JPanel을 상속받은 class의 paintComponent(Graphics g) method 내에서 수행된다.

![PDF p.55: Drawing a smiley face using colors and filled shapes]