[Java] 타입 캐스팅에 대하여

학습 동기

우아한테크코스 레벨1 로또 미션을 진행하면서, 자바 Stream 의 count 메소드를 사용할 일이 있었다. count 메소드의 반환 타입은 long 이었고, 내가 저장하고 싶은 변수의 타입은 int 였다. 그냥 자연스럽게, 타입 캐스팅으로 강제 형변환을 해주었다.

이전까지 타입 캐스팅은 그냥 단순히 현재 타입을 다른 타입으로 강제로 형 변환 해주는 기능 정도로만 알고 있었다. 그런데, 새삼 '강제' 라는 단어가 조금 찝찝하게 다가왔다. '강제로 바꿔주는 것 이라면 조심해서 사용해야하지 않을까?' 라는 생각이 문득 들게 되었고, 제대로 타입 캐스팅에 대해 공부해야겠다는 생각을 하게 되었다.

타입 캐스팅이란

타입 캐스팅은 상대적으로 작은 크기의 타입에 큰 크기의 타입의 데이터를 저장하기 위해 사용한다.

int intValue = 3;
long longValue = intValue; // 가능

위 코드를 살펴보자. int 타입은 long 타입에 비해 저장 용량이 작은 타입이다. 따라서 longValue 변수에는 intValue 의 데이터를 문제없이 저장할 수 있다. 자바에서 자동 타입 변환을 해주기 때문이다.

long longValue = 3;
int intValue = longValue; // 불가능

하지만, 위와 같이 long 타입의 데이터를 int 타입의 변수로 저장하는 것은 불가능하다. 따라서 아래와 같이 캐스팅 연산자 (타입명) 을 앞에 붙여주어 강제로 형변환 해야한다.

long longValue = 3;
int intValue = (int) longValue;

타입 캐스팅의 원리와 위험성

상식적으로 큰 상자를 작은 상자에 집어 넣을 수는 없다. 하지만, 큰 상자를 몇조각으로 잘라서 작은상자에 일부분을 집어 넣을 수 있을 것 이다. 하지만, 이렇게 되면 손실이 발생하게 된다.

타입 캐스팅도 마찬가지이다. int 타입 (4byte) 의 데이터를 byte 타입 (1byte) 로 강제 타입 변환을 한다고 생각해보자. int 타입의 데이터를 byte 타입 변수에 넣기위해 1byte 단위로 잘라야 할 것이다. 이때, 가장 뒤에 있는 1byte 가 byte 타입 변수에 할당된다. 아래 코드를 살펴보자.

int intValue = 123456780; // 00000111 01011011 11001101 00001100
byte byteValue = (byte) intValue; // 00001100

System.out.println(intValue); // 123456780
System.out.println(byteValue); // 12

$123456780$ 를 이진법으로 표현하면, $00000111010110111100110100001100_{(2)}$ 이다. 이를 1byte 단위로 끊으면, $00000111$, $01011011$, $11001101$, $00001100$ 이렇게 4개로 분리될 것이다. 이 중 가장 뒤에 있는 $00001100$ (즉 10진법으로는 $12$) 가 byteValue 에 할당되어 byteValue 를 출력하면 $12$ 가 나오는 것을 알 수 있다.

즉, 타입 캐스팅은 잠재적으로 데이터의 손실 위험성을 가지고 있다.

안전하게 타입 캐스팅하기

작은 타입에 저장하기 위해 큰 타입의 변수를 캐스팅 할 때, 큰 타입의 변수가 가지고 있는 데이터의 크기가 작은 타입에도 저장될 수 있는 용량인지 확인할 필요가 있다.

자바는 위 표와 같이 각 타입별 최대값과 최소값을 각 타입의 래퍼클래스의 상수를 통해 알 수 있다.

int intValue = 123456780;

if (intValue < Byte.MIN_VALUE || intValue > Byte.MAX_VALUE) {
    throw new IllegalArgumentException("byte 타입으로 변환될 수 없습니다.");
}

byte byteValue = (byte) intValue;