메서드 호출과 값 전달

회원 객체를 메서드에 넘기고 그 안에서 target.active = true를 실행하면, 메서드가 끝난 뒤 호출한 쪽에서도 active가 true로 바뀌어 있습니다. 그런데 같은 메서드 안에서 target = new Member()로 새 회원을 대입하면, 호출한 쪽의 변수는 여전히 원래 회원을 가리킵니다. 둘 다 '메서드 안에서 객체를 바꾼' 것처럼 보이는데 결과는 정반대입니다.

흔히 듣는 "기본형은 값 전달, 객체는 참조 전달"이라는 요약으로는 두 번째 결과를 설명할 수 없습니다. 메서드가 호출자의 변수를 직접 다룬다면 재대입도 호출자에게 보여야 하기 때문입니다. 실제 규칙은 앞 글에서 본 대입 규칙과 같습니다. 메서드를 호출하면 인수(argument)의 값이 매개변수(parameter)라는 새 지역 변수에 복사됩니다. 기본형이면 숫자나 true·false 같은 값 자체가 복사되고, 참조형이면 객체에 도달하는 참조값이 복사됩니다.

3장의 메서드와 매개변수에서 배열을 인수로 넘겼을 때 원소 변경이 호출자에게 보였던 것도 같은 이유였습니다. 이 글에서는 이 규칙 하나로 앞의 두 결과를 모두 설명하고, 같은 규칙을 이용해 객체를 채우는 메서드와 객체를 만들어 돌려주는 메서드를 작성합니다.

기본형 인수: 값이 복사된다

다음 프로그램은 나이에 10을 더하는 메서드를 호출합니다. 실행하기 전에 두 줄이 각각 무엇을 출력할지 먼저 예측해 보세요.

public class PrimitiveParameter {
    public static void main(String[] args) {
        int age = 30;
        increase(age);
        System.out.println("main=" + age);
    }

    static void increase(int value) {
        value += 10;
        System.out.println("method=" + value);
    }
}

method=40
main=30

increase(age)를 실행하는 순간 increase를 위한 새 지역 변수 value가 만들어지고, 그 안에 age에서 읽은 값 30이 복사됩니다. 그래서 메서드 안의 value += 10은 value만 40으로 바꾸고, 첫 줄에 method=40이 출력됩니다. 메서드가 끝나면 value는 사라집니다. main의 age에는 그동안 아무것도 대입되지 않았으므로 둘째 줄은 main=30입니다.

매개변수 이름을 age로 바꿔도 결과는 같습니다. increase 안의 age는 main의 age와 이름만 같은 별개의 지역 변수이기 때문입니다. 두 변수를 이어 주는 것은 호출하는 순간 한 번 일어나는 값 복사뿐입니다.

호출한 쪽의 값을 바꾸고 싶다면 메서드가 새 값을 돌려주고, 호출한 쪽이 그 값을 직접 대입해야 합니다. 다음은 increase를 값을 돌려주는 메서드로 바꾼 버전입니다.

public class ReturnParameter {
    public static void main(String[] args) {
        int age = 30;
        age = increased(age);
        System.out.println("main=" + age);
    }

    static int increased(int value) {
        return value + 10;
    }
}

main=40

이번에도 value에는 30이 복사됩니다. increased는 value를 바꾸지 않고 value + 10을 계산해 40을 돌려주는데, 반환값 역시 호출한 자리로 복사되는 값입니다. 따라서 age가 40이 되는 순간은 메서드 안이 아니라 main의 age = increased(age) 대입문이 실행될 때입니다. 아래 도표는 두 방식을 같은 출발점에서 나란히 비교합니다.

참조형 인수: 참조값이 복사된다

이번에는 Member를 넘깁니다. 이 글의 참조형 예제는 클래스와 인스턴스에서 만든 필드 세 개(email, age, active)짜리 Member를 사용합니다. 그 글에서 한 것처럼 예제 디렉터리에 Member.java를 함께 두고, 실행할 클래스와 같이 컴파일하세요.

javac -d out src/members/ch04/v7/Member.java src/members/ch04/v7/ReferenceParameter.java
java -cp out ReferenceParameter

public class ReferenceParameter {
    public static void main(String[] args) {
        Member member = new Member();
        member.email = "[email protected]";
        member.age = 30;
        member.active = false;

        activate(member);

        System.out.println(member.email);
        System.out.println(member.active);
    }

    static void activate(Member target) {
        target.active = true;
    }
}

[email protected]
true

전달 규칙은 기본형과 똑같고, member 변수에 들어 있는 값이 객체 자체가 아니라 참조값이라는 점만 다릅니다. 앞에서처럼 참조값을 x101 같은 기호로 나타내겠습니다. member에 x101이 들어 있다면 activate(member)를 호출할 때 x101이 매개변수 target에 복사됩니다. 이때 Member 객체가 하나 더 생기지는 않습니다. 변수는 두 개지만 둘 다 같은 x101 객체에 도달합니다.

target.active = true는 target 변수를 바꾸는 문장이 아닙니다. target에 든 참조를 따라가 x101 객체의 active 필드에 true를 씁니다. 메서드가 끝나 target이 사라져도 객체의 필드에 쓴 값은 남아 있으므로, main이 같은 객체를 member.active로 읽으면 true가 나옵니다. email은 아무도 바꾸지 않았으니 첫 줄에 그대로 출력됩니다.

매개변수에 새 객체를 대입하면

참조값이 복사된다는 사실은 메서드 안에서 매개변수에 다른 객체를 대입해 보면 분명하게 드러납니다. 다음 replace는 넘겨받은 매개변수에 새 회원 객체를 대입하고 그 객체의 이메일을 바꿉니다.

public class ReassignParameter {
    public static void main(String[] args) {
        Member member = new Member();
        member.email = "[email protected]";

        replace(member);

        System.out.println(member.email);
    }

    static void replace(Member target) {
        target = new Member();
        target.email = "[email protected]";
    }
}

[email protected]

replace가 시작될 때는 member와 target이 모두 x101을 가리킵니다. 그다음 target = new Member()가 새 객체 x202를 만들고 그 참조값을 지역 변수 target에 넣습니다. 바뀐 것은 target이라는 변수의 값뿐이고, main의 member에는 아무것도 대입하지 않았습니다. 그래서 이어지는 target.email = ...은 x202의 필드를 바꾸고, x101은 손대지 않은 채로 남습니다.

메서드가 끝나면 target이 사라지므로 x202를 가리키는 변수는 하나도 남지 않습니다. 이렇게 어떤 경로로도 도달할 수 없게 된 객체는 가비지 컬렉터(garbage collector)가 메모리를 회수할 수 있는 대상이 되는데, 이 과정은 다음 글에서 자세히 다룹니다.

정리하면 메서드는 넘겨받은 참조로 공유하는 객체의 필드를 바꿀 수는 있지만, 호출자의 변수에 다른 참조를 넣을 수는 없습니다. 아래 도표에서 두 프로그램의 차이를 한 번 더 비교해 보세요. 도표의 A는 필드를 바꾼 ReferenceParameter이고, B는 매개변수를 재대입한 ReassignParameter입니다.

swap 메서드가 두 변수를 맞바꾸지 못하는 이유

"객체는 참조로 전달된다"고 외워 두면 다음 메서드가 호출자의 두 변수를 맞바꿀 것이라고 기대하기 쉽습니다. swap은 매개변수 a와 b의 참조값을 임시 변수 temp를 거쳐 맞바꿉니다. 기대대로라면 main이 출력하는 두 이메일의 순서가 뒤집혀야 합니다.

public class SwapAttempt {
    public static void main(String[] args) {
        Member first = new Member();
        first.email = "[email protected]";
        Member second = new Member();
        second.email = "[email protected]";

        swap(first, second);

        System.out.println(first.email);
        System.out.println(second.email);
    }

    static void swap(Member a, Member b) {
        Member temp = a;
        a = b;
        b = temp;
    }
}

[email protected]
[email protected]

swap 안에서 a와 b의 참조값은 실제로 맞바뀝니다. 하지만 a와 b는 first와 second의 값을 복사해 받은 별개의 지역 변수이므로, 메서드가 끝나면 맞바꾼 결과도 함께 사라집니다. 호출자의 first와 second는 처음 그대로입니다. 자바에는 메서드가 호출자의 지역 변수를 대신 바꿔 주는 방법이 없으므로, 이런 일이 필요하면 결과를 반환해 호출자가 대입하게 하거나 무엇을 맞바꿀지를 다시 정해야 합니다.

예를 들어 목적이 두 회원의 이메일을 맞바꾸는 것이라면, 변수 대신 두 객체의 필드를 맞바꾸면 됩니다.

static void swapEmails(Member a, Member b) {
    String temp = a.email;
    a.email = b.email;
    b.email = temp;
}

swapEmails(first, second) 뒤에 두 이메일을 출력하면 [email protected], [email protected] 순서로 바뀌어 나옵니다. a와 b는 여전히 복사된 지역 변수지만, 이번에 바뀐 것은 변수가 아니라 그 변수들이 가리키는 두 객체의 필드이기 때문입니다.

그래서 정확한 표현은 "자바는 모든 인수를 값으로 전달하고, 참조형 인수의 값은 참조값이다"입니다. 줄여서 '참조를 값으로 전달한다'고 말하기도 합니다.

더 깊이: 참조에 의한 전달과 무엇이 다른가

C++처럼 참조에 의한 전달(call by reference)을 지원하는 언어에서는 매개변수가 호출자의 변수에 붙는 또 다른 이름이 됩니다. 아래 C++ 코드에서 int& value는 main의 age를 가리키는 별명입니다. 그래서 value += 10이 곧 age를 바꾸고, 프로그램은 main=40을 출력합니다.

#include <iostream>

void increase(int& value) { value += 10; }

int main() {
    int age = 30;
    increase(age);
    std::cout << "main=" << age << "\n";
}

자바에는 이런 매개변수가 없습니다. Java 언어 명세(JLS §8.4.1)에 따르면 메서드가 호출될 때마다 매개변수 변수가 새로 만들어지고, 인수 식을 계산한 값으로 초기화됩니다. 그래서 swap이나 replace처럼 매개변수에 대입해도 호출자의 변수에는 영향이 없습니다. 참조형 인수가 참조로 전달되는 것처럼 보이는 이유는 복사된 값이 객체를 가리키는 참조값이기 때문일 뿐이고, 전달 방식 자체는 기본형과 같습니다.

매개변수 재대입이 혼란을 부른다면 매개변수를 final로 선언할 수 있습니다. static void activate(final Member target)에서 target = new Member()를 쓰면 컴파일러가 final parameter target may not be assigned 오류를 냅니다. 반면 target.active = true는 그대로 허용됩니다. final은 변수에 다른 값을 넣지 못하게 할 뿐, 그 변수가 가리키는 객체의 필드까지 고정하지는 않기 때문입니다. 이 차이는 final 참조와 객체 변경에서 자세히 다룹니다.

초기화 메서드로 반복되는 대입 줄이기

회원 객체를 여러 개 만들다 보면 같은 모양의 필드 대입이 되풀이됩니다. 다음 코드는 회원 두 명을 만드는데, 두 덩어리는 변수 이름과 넣는 값만 다르고 줄의 모양은 똑같습니다.

Member first = new Member();
first.email = "[email protected]";
first.age = 40;
first.active = false;

Member second = new Member();
second.email = "[email protected]";
second.age = 35;
second.active = false;

필드가 세 개뿐인데도 객체마다 네 줄씩 필요하고, 그중 한 줄을 빠뜨려도 컴파일러는 알려 주지 않습니다. 앞에서 본 것처럼 메서드는 넘겨받은 참조로 호출자의 객체를 바꿀 수 있으므로, 이 대입을 메서드 하나로 모을 수 있습니다.

public class MemberInitializer {
    public static void main(String[] args) {
        Member first = new Member();
        init(first, "[email protected]", 40, false);

        Member second = new Member();
        init(second, "[email protected]", 35, false);

        print(first);
        print(second);
    }

    static void init(
        Member target,
        String email,
        int age,
        boolean active
    ) {
        target.email = email;
        target.age = age;
        target.active = active;
    }

    static void print(Member member) {
        System.out.printf(
            "%s / %d세 / %s%n",
            member.email, member.age, member.active
        );
    }
}

[email protected] / 40세 / false
[email protected] / 35세 / false

init(first, ...)를 호출하면 first의 참조값이 target에 복사되고, init은 그 참조를 따라가 호출자가 만든 객체의 필드를 채웁니다. init이 새 객체를 만들지 않으므로 main의 first와 second로 읽으면 채워진 값이 그대로 보이고, print가 두 줄을 출력합니다. print에도 참조값이 복사되지만 print는 필드를 읽기만 합니다.

이 방식은 중복을 줄여 주지만 약점이 있습니다. 호출하는 쪽이 먼저 빈 객체를 new로 만들어 넘겨야 하고, init 호출을 잊으면 email이 null이고 age가 0인 객체가 그대로 남습니다. 객체를 만드는 일과 채우는 일이 서로 다른 곳에서 일어나기 때문입니다.

객체를 만들어 돌려주는 메서드

만들기와 채우기를 한 메서드에 모으면 이 약점을 줄일 수 있습니다. 다음 create는 객체를 직접 만들고 필드를 채운 뒤 그 참조를 반환합니다. 이렇게 객체를 만들어 돌려주는 메서드를 흔히 팩터리 메서드(factory method)라고 부릅니다.

public class MemberFactory {
    public static void main(String[] args) {
        Member member = create("[email protected]", 45, false);
        print(member);
    }

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

    static void print(Member member) {
        System.out.printf(
            "%s / %d세 / %s%n",
            member.email, member.age, member.active
        );
    }
}

[email protected] / 45세 / false

created는 create 안의 지역 변수이므로 create가 끝나면 사라집니다. 그런데도 main이 객체를 쓸 수 있는 이유는 return created가 created에 든 참조값을 호출한 자리로 복사하고, main이 그 값을 member에 대입했기 때문입니다. 객체는 new로 한 번만 만들어졌고 반환할 때 필드가 복제되지도 않습니다. 반환 전에는 created가, 반환 뒤에는 member가 같은 객체를 가리킬 뿐입니다.

여기서 지역 변수의 수명과 객체의 수명이 다르다는 것을 알 수 있습니다. 지역 변수는 그 변수를 선언한 메서드가 끝나면 사라지지만, 객체는 특정 변수에 속해 있지 않습니다. 객체는 변수나 배열 칸 같은 경로로 도달할 수 있는 동안 계속 쓸 수 있습니다.

팩터리 메서드를 쓰면 호출자는 완성된 객체만 받으므로 초기화를 빠뜨릴 일이 줄어듭니다. 하지만 다른 코드가 new Member()를 직접 호출해 빈 객체를 만드는 것까지 막지는 못합니다. 객체가 만들어지는 순간 필수 값을 받도록 하는 방법은 5장의 생성자와 this에서 배웁니다.

메서드 이름으로 변경 여부 알리기

참조형 매개변수를 받는 메서드는 넘겨받은 객체를 읽기만 할 수도 있고, 필드를 바꿀 수도 있습니다. 다음 두 선언은 본문을 생략하고 머리만 적은 것이며, 각 메서드가 하는 일은 주석에 적었습니다.

static void print(Member member) { ... }    // 읽기만 한다
static void activate(Member member) { ... } // 필드를 바꾼다

두 선언은 이름 말고는 차이가 없습니다. 컴파일러는 메서드가 받은 객체를 바꾸는지를 선언만 보고 구분하지 않으며, 바꾸지 못하게 막아 주지도 않습니다. 그래서 변경 여부는 메서드 이름과 주석으로 드러내야 합니다. 만약 print가 출력하는 김에 active를 true로 바꾼다면, 출력만 부탁한 호출자는 나중에 원인을 알 수 없는 상태 변화를 만나게 됩니다.

지금의 Member는 필드가 모두 열려 있어서 어느 메서드든 값을 바꿀 수 있는 단순한 데이터 묶음입니다. 5장에서 접근 제어와 캡슐화를 배우면 필드를 바꾸는 일을 객체 자신의 메서드로 옮겨, 어떤 변경이 허용되는지를 객체가 직접 정하게 할 수 있습니다. 지금은 메서드를 호출할 때 무엇이 복사되는지를 정확히 읽는 데 집중합니다.

정리

• 메서드를 호출하면 인수의 값이 매개변수라는 새 지역 변수에 복사됩니다. 대입과 같은 규칙입니다.
• 기본형 인수는 값 자체가 복사되므로 메서드 안에서 매개변수를 바꿔도 호출자의 변수는 그대로입니다. 호출자의 값을 바꾸려면 새 값을 반환하고 호출자가 대입합니다.
• 참조형 인수는 참조값이 복사됩니다. 그 참조로 객체의 필드를 바꾸면 같은 객체를 가리키는 호출자에게도 변경이 보입니다.
• 매개변수에 새 객체를 대입하면 매개변수만 바뀝니다. 메서드는 호출자의 변수를 다른 객체로 바꿀 수 없습니다.
• 반환값도 복사됩니다. 메서드의 지역 변수가 사라져도 반환된 참조로 객체에 계속 도달할 수 있습니다.

연습 문제

1. 다음 프로그램이 출력하는 값을 먼저 예측한 뒤 실행해 확인하세요. 메서드 안의 세 줄이 각각 어느 변수나 객체를 바꾸는지 적어 보면 쉽게 풀립니다.

public class UpdateQuiz {
    public static void main(String[] args) {
        Member member = new Member();
        member.age = 30;

        update(member);

        System.out.println(member.age);
    }

    static void update(Member target) {
        target.age = 50;
        target = new Member();
        target.age = 99;
    }
}

50

2. 다음 메서드를 구현하고 차이를 설명하세요. 나이는 14세 이상 120세 이하이고, celebrateBirthday와 replace에는 null이 아닌 실제 Member를 넘긴다고 가정합니다. 문자열 입력을 숫자로 바꾸는 일이나 null 처리는 이 메서드들이 하지 않습니다.
   • int nextAge(int current)는 다음 나이를 반환합니다.
   • void celebrateBirthday(Member member)는 전달된 회원의 나이를 1 증가시킵니다.
   • 현재 나이가 120이면 두 메서드 모두 IllegalStateException을 던집니다.
   • replace(Member member)에서 매개변수에 새 객체를 대입해도 호출자의 변수가 바뀌지 않는 실행 사례를 추가합니다.

public class BirthdayParameter {
    public static void main(String[] args) {
        int age = 30;
        age = nextAge(age);
        System.out.println("number=" + age);

        Member member = new Member();
        member.email = "[email protected]";
        member.age = 30;
        celebrateBirthday(member);
        System.out.println("member=" + member.age);

        replace(member);
        System.out.println("after replace=" + member.email);
    }

    static int nextAge(int current) {
        requireBirthdayAllowed(current);
        return current + 1;
    }

    static void celebrateBirthday(Member member) {
        requireBirthdayAllowed(member.age);
        member.age++;
    }

    static void replace(Member member) {
        member = new Member();
        member.email = "[email protected]";
    }

    static void requireBirthdayAllowed(int currentAge) {
        if (currentAge >= 120) {
            throw new IllegalStateException("maximum age");
        }
    }
}

number=31
member=31
after [email protected]

다음 글

지금까지는 참조 변수가 언제나 어떤 객체를 가리킨다고 가정했습니다. 다음 글에서는 참조 변수에 아무 객체도 없음을 뜻하는 null이 들어 있을 때 점(.)으로 필드에 접근하면 왜 프로그램이 멈추는지 살펴봅니다.