[Java] 논리 연산자 |, &와 ||, &&의 차이점 및 Short-circuit Evaluation

개요

유튜브를 보다가 Short-Circuit Evaluation에 관한 재미있는 영상을 보았다. 코드를 짜는 개발자라면 명백히 생각하고, 고려할만 한 부분이라고 생각되어 포스팅하기로 결심했다.

논리 연산 OR과 AND

모두들 아는 내용일테지만, 논리 연산 OR과 AND의 연산 결과는 다음과 같다.

[OR 연산]

A	B	A OR B
false	false	false
false	true	true
true	false	true
true	true	true

[AND 연산]

A	B	A AND B
false	false	false
false	true	false
true	false	false
true	true	true

Java의 논리 연산자

Java에서는 eager operator와 short-circuit operator가 있다.

[eager operator]

• OR은 | AND는 &로 나타낸다.
• bit operator와 같은 형태를 띄고 있지만, 각 조건 결과가 boolean형이면, eager operator로 쓰인다.
• short-circuit operator와의 가장 큰 차이점은, 첫 번째 조건과 상관 없이, 두 번째 조건을 무조건 실행한다는 점이다.

[short-circuit operation]

• OR은 || AND는 &&로 나타낸다.
• eager operator와는 다르게 첫 번째 조건의 결과에 따라, 두 번째 조건을 실행하지 않을 수 있다.

=> 이를 Short-circuit Evaluation 이라고 한다.

Short-circuit Evaluation 예시

다음 코드를 보자.

public class Test {
    static boolean A() {
        System.out.println("A");
        return true;
    }

    static boolean B() {
        System.out.println("B");
        return false;
    }
}

해당 코드는 단순히 true를 반환해주는 메소드 A와 false를 반환해주는 메소드 B이다.

각 메소드가 호출되는지의 여부를 확인하기 위해 각 메소드의 이름을 출력해주고 있다.

여기서, main 메소드 안에 A()와 B()를 short-circuit operator를 이용하여 출력값들을 비교할 것이다.

[예제 1 - true && false]

public static void main(String[] args) {
  System.out.println(A() && B());
}

이렇게, A() && B() 의 결과값을 확인하면 어떻게 나올까?

A
B
false

예상 했듯이, A와 B가 순서대로 출력되고, true와 false의 AND연산 결과 값인 false가 출력 될 것이다.

여기서, A() && B()가 아닌, B() && A()로 출력하면 어떤 결과가 나올까?

[예제 2 - false && true]

public static void main(String[] args) {
  System.out.println(B() && A());
}

B
false

앞선 결과와는 다르게 A는 출력되지 않고, B와 false만 출력되는 것을 확인할 수 있다.

왜 이런 결과가 나올까?

논리 연산 AND는 앞선 조건이 true이면 뒤 조건이 false이냐 true이냐에 따라 값이 false또는 true로 바뀔 수 있지만, 앞선 조건이 false이면 뒤 조건이 어떠한 값이든 상관없이 결과 값이 false이다.

즉, Short-circuit evaluation는 일부 프로그래밍 언어의 일부 부울 연산자의 의미론으로, 첫 번째 인수가 식의 값을 결정하기에 충분하지 않은 경우에만 두 번째 인수가 실행되거나 평가되는 것을 의미한다.

OR 연산도 마찬가지이다.

[예제 3 - false || true]

public static void main(String[] args) {
  System.out.println(B() || A());
}

B
A
true

[예제 4 - true || false]

public static void main(String[] args) {
  System.out.println(A() || B());
}

A
true

OR 연산도 마찬가지로 앞선 조건이 true이면 뒤 조건이 false이냐 true이냐에 관계 없이 결과값이 true로 고정되므로, 뒤 조건을 검사 할 필요가 없다.

[예제 5 - OR연산 예외 상황]

public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(A() || B());
    }

    static boolean A() {
        System.out.println("A");
        return true;
    }

    static boolean B() {
        System.out.println("B");
      // 치명적인 ArithmeticException 발생!!
        int error = 4 / 0;
        return false;
    }
}

A
true

Java의 대표적인 RuntimeError인 ArithmeticException이 발생하도록 정수를 0으로 나누는 연산을 추가하였으나, 무리 없이 true가 반환되는 것을 확인할 수 있다.

결론

이처럼 Short-circuit Evaluation을 이용하면 선행 된 조건에 따라 후행 조건의 연산을 통째로 skip 할 수 있어, 성능상 이점을 볼 수 있다.

따라서, short-circuit operator를 사용할 땐, 비용이 높은 코드는 나중에 평가 되도록 작성해야 성능상 이점을 볼 수 있다.

그러나, 치명적인 RuntimeError가 발생할 수 있는 코드는, 먼저 평가 되게 하거나, eager operator를 이용하여 양 쪽의 조건을 모두 평가되게 작성해야 안정적인 코드가 될 것이다.