Java의 형변환 (Casting)

Java에서 형변환(Casting)은 데이터 타입을 변환하는 과정을 의미합니다. 형변환은 크게 묵시적 형변환(Wider Conversion)과 명시적 형변환(Narrow Conversion)으로 나뉩니다.

1. 묵시적 형변환 (Wider Conversion)

묵시적 형변환은 작은 데이터 타입에서 더 큰 데이터 타입으로 자동으로 변환되는 것을 의미합니다. 데이터 손실이 없기 때문에 자동 형변환이 이루어집니다.

int smallNumber = 10;
System.out.println("smallNumber = " + smallNumber);
double bigNumber = smallNumber;  // int를 double로 자동 형변환
System.out.println("bigNumber = " + bigNumber);

결과

smallNumber = 10
bigNumber = 10.0

smallNumber가 int형에서 double형으로 자동으로 변환됩니다. 이는 작은 범위의 데이터 타입을 큰 범위의 데이터 타입으로 변환할 때 발생하는 묵시적 형변환입니다.

2. 명시적 형변환 (Narrow Conversion)

명시적 형변환은 더 큰 데이터 타입을 더 작은 데이터 타입으로 변환할 때 사용되며, 명시적으로 변환을 지정해야 합니다. 이때 데이터 손실이 발생할 수 있습니다.

double anotherBigNumber = 20.5;
System.out.println("anotherBigNumber = " + anotherBigNumber);
int anotherSmallNumber = (int) anotherBigNumber;  // double을 int로 명시적 형변환
System.out.println("anotherSmallNumber = " + anotherSmallNumber);

결과

anotherBigNumber = 20.5
anotherSmallNumber = 20

소수점 아래 값이 잘리게 되어 20만 저장됩니다. 이러한 데이터 손실은 더 큰 타입에서 더 작은 타입으로 변환할 때 발생합니다.

3. 데이터 손실 발생 예시

명시적 형변환을 할 때, 큰 범위의 int 값을 작은 범위의 byte로 변환할 경우 예상치 못한 값이 발생할 수 있습니다.

int largeNumber = 1000;
System.out.println("largeNumber = " + largeNumber);
byte smallByte = (byte) largeNumber;  // int를 byte로 명시적 형변환
System.out.println("smallByte = " + smallByte);  // 예상치 못한 결과 발생

결과

largeNumber = 1000
smallByte = -24  // 예상치 못한 결과 발생

1000을 byte로 변환한 결과가 -24로 출력됩니다. 이는 데이터 손실과 2의 보수법으로 인해 발생한 결과입니다.

4. 참고 사항 (데이터 손실과 보수에 관련하여)

2의 보수란?
- 컴퓨터는 양수와 음수를 동일한 방식으로 처리하기 위해 2의 보수(2’s complement)를 사용합니다.
- 2의 보수는 이진수에서 1의 보수(각 비트를 반전)한 후 1을 더해 음수를 표현하는 방식입니다.
2의 보수법을 사용하는 이유:
- 덧셈과 뺄셈을 동일한 연산 방식으로 처리하기 위해서입니다.
- 컴퓨터에서 덧셈 회로는 매우 간단한 구조로 설계될 수 있지만, 뺄셈은 복잡한 회로 설계를 요구합니다.
- 2의 보수법을 사용하면, 뺄셈을 덧셈으로 변환할 수 있습니다. 예를 들어, A에서 B를 빼는 대신, A에 B의 2의 보수를 더하는 방식으로 계산합니다. 이렇게 하면 덧셈만으로도 양수와 음수 연산을 처리할 수 있습니다.
- 이 방식은 컴퓨터에서 연산을 단순화하고, 하드웨어의 복잡도를 줄여 효율적인 처리가 가능하게 만듭니다.
왜 1000이 -24가 되는가?
1. 1000을 이진수로 변환하면 1111101000이 됩니다. 이는 10비트로 표현되지만, byte는 8비트만 저장할 수 있기 때문에 하위 8비트인 11101000만 남습니다.
2. 남은 11101000은 부호 비트가 1이므로 음수로 해석됩니다. 이를 2의 보수 방식으로 해석하면
  - 1의 보수를 구하면 00010111이 됩니다.
  - 여기에 1을 더하면 00011000이 됩니다.
  - 이 값은 10진수로 24입니다.
3. 따라서 11101000은 -24를 나타냅니다.

요약:

11101000은 2의 보수법으로 음수로 해석되며, 이를 10진수로 변환하면 -24가 됩니다.
최종적으로 1000을 byte로 변환했을 때 -24가 출력되는 이유는 2의 보수법을 사용하여 컴퓨터가 음수를 덧셈 연산으로 처리하기 때문입니다.

int largeNumber = 1000;
byte smallByte = (byte) largeNumber;  // int를 byte로 명시적 형변환
System.out.println(smallByte);  // -24 출력

이처럼 명시적 형변환 시에는 데이터 손실과 음수 변환에 주의해야 합니다.