Call by Value와 Call by Reference

프로그래밍에서 함수 호출 방식은 매우 중요한 개념입니다. 특히, Call by Value와 Call by Reference는 두 가지 주요한 호출 방식으로, 각각 고유한 특징과 단점을 가지고 있습니다. 이번 포스팅은 이 두 가지 방법과 Java에서 어떻게 사용되는지에 대해 살펴보도록 하겠습니다. 

 

Call by Value

Call by Value는 함수가 인자로 전달받은 값의 복사본을 사용하여 처리하는 방식입니다. 이 방식은 주로 기본형 또는 원시 타입(primitive type)의 데이터에서 사용됩니다. 예를 들어, 정수나 실수 같은 데이터 타입이 여기에 해당됩니다. 

💫 예제 코드는 이해를 위해 C++로 작성되었습니다.

#include <iostream>
using namespace std;

void modify(int a) {
	a = 20;
}

int main() {
	int a = 10;
	modify(a);
	cout << a << endl;
}

 

실행 결과:

10

 

위 코드가 어떻게 동작하는지 메모리의 상태를 통해 알아보겠습니다. 

먼저 main 메서드가 실행되면 스택에 main 함수의 콜 스택이 생성되게 됩니다. 이 공간에 main 함수에서 생성되는 지역 변수를 저장하게 됩니다. 이렇게 콜 스택이 생성된 후, int a = 10이 수행되면 main의 콜 스택에 임의의 주소인 0x001 주소에 10이라는 값을 a에 할당합니다. 

 

그 후, modify(a) 메서드를 호출합니다. 이를 통해 modify 콜 스택이 생성되고 해당 위치의 지역 변수 a에 메서드를 호출하면서 넘겨준 main 콜 스택에 a값의 복사본을 저장합니다. 

 

그런 후에, modify 메서드에서 값을 수정하지만 주소가 다르기 때문에 main 메서드의 a의 값이 변경되지 않습니다. 이와 같이 main과 modify의 변수 이름은 같지만 서로 다른 주소를 가지기 때문에 값을 수정하더라도 원본의 값이 변경되지 않습니다. 

 

결론적으로 이는 함수 내부에서 매개변수의 값이 변경되더라도 원래의 변수에는 영향을 미치지 않습니다. 하지만 이는 값을 복사하는 것이기 때문에 메모리 사용량이 증가할 수 있으며, 특히 큰 데이터 구조를 다룰 때는 비효율적일 수 있습니다. 

 

Call by Reference

Call by Reference는 함수가 인수로 전달받은 변수의 메모리 주소를 참조하여 작업을 수행하는 방식입니다. 이 경우, 함수 내에서 매개변수 값을 변경하면 원래의 변수의 값도 함께 변경됩니다. 

💫 예제 코드는 이해를 위해 C++로 작성되었습니다.

#include <iostream>
using namespace std;

void modify(int& a) {
	a = 20;
}

int main() {
	int a = 10;
	modify(a);
	cout << a << endl;
}

실행 결과:

20

 

Call by Value와 달리 이번에는 원본 변수의 값이 10에서 20으로 변경되었습니다. 어떻게 이게 가능한 건지 코드를 수행할 때 메모리의 상태가 변경되는 과정을 살펴보겠습니다. 

위 코드에서 int a = 10을 수행하면 아래와 같이 메모리 구조를 가지게 됩니다. 

 

그 후, modify(a)를 호출하면 modify(int &a)를 수행하게 됩니다. 여기서 int& a는 인자로 넘겨준 변수의 참조를 그대로 사용한다는 의미입니다. 그로 인해 modify의 a는 주소를 할당받지 않고 main의 a를 직접 가리키게 됩니다. 그로 인해 modify 메서드 안에서 값을 수정하더라도 a는 main에 있는 a를 참조하고 있으므로 값에 영향을 끼치게 됩니다. 

 

정리해 보자면 Call by Value는 함수에 인자를 전달할 때 원래의 값의 복사본을 전달하는 방식이고, Call by Reference는 변수의 참조를 직접 전달하는 방식입니다. 

 

Java에서의 Call by Value와 Call by Reference

지금까지는 C++를 통해 Call by Value와 Call by Reference가 각각 어떻게 동작하는지 살펴봤습니다. C++에서는 값 자체를 복사해서 전달하는 Call by Value와 원본 값을 직접 변경할 수 있는 Call by Reference를 모두 사용할 수 있었습니다. 

 

그렇다면 Java에서는 어떨까요? 

 

Java에서 객체를 넘기면 Call by Reference일까? 

사실 Java는 C++과는 다른 특징을 가지고 있기 때문에 함수 호출 방식이 약간 다르게 동작합니다. 바로 Java에는 Call by Reference가 존재하지 않는다는 점입니다. 

 

많은 사람들이 Java에서 객체를 전달할 때 Call by Reference처럼 동작한다고 착각하는데, 사실 Java는 오직 Call by Value만을 사용합니다. 그럼에도 불구하고 객체를 전달할 때 참조가 변경되는 것처럼 보이는 이유는 Java의 객체 관리 방식과 관련이 있습니다. 

 

이를 이해하기 위해 아래 코드를 실행하면 메모리 구조가 어떻게 변경되는 지 알아보겠습니다. 

class Person {
	String name;
	
	public Person(String name) {
		this.name = name;
	}
}

public class Main {
	public static void main(String[] args) {
		Person p = new Person("Jwooo");
		modify(p);
		System.out.println(p.name);
	}
	
	static void modify(Person p) {
		p.name = "woooJ";
	}
}

실행 결과:

woooJ

 

Person p = new Person("Jwooo")를 실행한 상태의 메모리 상태는 아래 사진과 같습니다. 

해당 문장이 실행되면, 힙 메모리에 Person 객체가 생성되고, main의 지역 변수 p(0x001)에는 해당 객체의 주소 값(0x002)이 저장됩니다. 

 

그 후, modify 메서드의 매개변수 p(0x003)는 main의 p(0x001)가 가지고 있던 주소 값(0x002)을 복사해서 전달받습니다. 따라서 modify 내부의 p(0x003)도 같은 Person 객체를 가리키고 있게 됩니다. 

 

modify 내부에서는 p.name을 수정하게 되는데, 메서드 내부의 p(0x003)는 같은 객체를 가리키고 있으므로, p.name을 변경하게 되면 힙 메모리에 있는 객체의 값이 변경되게 됩니다. 이는 main의 p(0x001)와 같은 객체를 가리키고 있기 때문에 영향을 받게 되고 main에서 p.name을 출력하게 되면 woooJ가 출력되는 것입니다. 

 

이렇게 인수로 넘어온 변수의 참조를 직접 사용하는 것이 아니라 객체의 참조 값을 복사하여 넘기는 방식인 것입니다. 

 

하지만 아직 의문점이 남아있을 수 있습니다. 위의 예제를 보고 "결국 주소를 통해 값이 변경되었으니 Call by Reference로 동작하는 것이 아닌가?"라고 생각할 수도 있습니다. 하지만 실제로는 객체의 참조 값이 복사되어 전달되었기 때문에 발생하는 현상입니다. 

 

만약 Java가 Call by Reference라면, 메서드 내부에서 객체를 새로운 객체로 재할당하면 원본 객체도 변경되어야 합니다. 이를 예제 코드를 통해 확인해 보겠습니다. 

class Person {
	String name;
	
	public Person(String name) {
		this.name = name;
	}
}

public class Main {
	public static void main(String[] args) {
		Person p = new Person("Jwooo");
		modify(p);
		System.out.println(p.name);
	}
	
	static void modify(Person p) {
		p = new Person("woooJ");
	}
}

실행 결과:

Jwooo

 

위 코드에서는 modify 메서드 내부에서 p = new Person("woooJ")로 새로운 객체를 생성했지만, main에서 출력된 값은 여전히 Jwooo입니다. 

 

이유는 간단합니다. Java에서는 메서드 호출 시 객체의 참조 값을 복사해서 전달하므로, 새로운 객체를 재할당해도 원래의 참조와는 무관하기 때문입니다. 

 

즉, modify 내부에서 p가 새로운 Person 객체를 가리키게 되더라도, 이는 modify의 지역 변수 p(0x003)이 바뀐 것이지 main의 p(0x001)와는 아무런 관계가 없습니다. 따라서 Java는 Call by Reference가 아니라 "객체의 참조 값"을 Call by Value 방식으로 전달하는 것입니다. 

 

Java는 왜 Call by Reference를 지원하지 않을까? 

C++는 메모리 주소를 직접 다룰 수 있는 포인터와 참조를 활용하여 Call by Reference를 지원할 수 있었습니다. 하지만 Java는 메모리를 직접 제어할 수 있는 포인터를 제거하고, 모든 값을 Call by Value로 전달하는 방식을 채택했습니다. 

 

이를 통해 메모리 안정성을 확보하여 가비지 컬렉션을 통한 자동 메모리 관리를 가능하게 하여, 개발자가 직접 포인터를 직접 다루면서 발생할 수 있는 문제를 방지하기 위한 설계 철학 때문입니다. 

 

결론

Java에서 객체를 넘길 때 참조가 변경되는 것처럼 보일 수 있지만, 실제로는 객체의 참조 값이 복사되어 전달됩니다. 즉, 메서드 내부에서 객체의 속성을 변경하면 원본 객체에도 영향을 미치지만, 새로운 객체를 할당하면 원본 객체에는 무관하게 영향을 미치지 않습니다. 

 

이러한 특징 때문에, Java는 Call by Reference가 아니라 Call by Value임을 알 수 있습니다.