[스터디할래] whitesheep #14 제네릭

제네릭(Generics) 란?

since JDK 1.5
컴파일시 타입을 체크해 주는 기능
- ClassCastException 으로부터 자유롭다
- compile-time type check
- 타입 안정성 제공
타입을 객체 생성시 지정할 수 있기 때문에 값을 가져올 때
형 변환이 생략 가능 하다

개발자의 실수를 미리 막을 수 있어

RuntimeException 은 프로그래머의 실수로 발생하는 에러라 할 수 있어

이 에러를 런타임이 아닌 컴파일 타임 때 잡아버리자 !

런타임 예외 예시) 예를 들어..

String str1 = null; // (1)
String str2 = ""; // (2)

(1) 보다는 (2)가 더 좋은 코드다

왜냐하면 NPE로부터 안전하기 때문이다 아래의 코드를 보면 알 수 있다

str1.length();  // NPE !
str2.length();

str1은 NPE 가 발생한다 !

아래의 경우도 마찬가지이다

Object[] objArr1 = null;
Object[] objArr2 = new Object[0]; // 길이가 0인 배열
Object[] objArr2 = {};

타입 변수

클래스를 작성할 때 Object 타입 대신 타입 변수 (E)를 선언해서 사용

타입 변수에 대입하기

객체를 생성시, 타입 변수(E) 대신 실제 타입(Tv 등)을 대입

// 참조 변수
ArrayList<Tv> list = new ArrayList<Tv>();
//                        생성자

지네릭스 용어

항목	설명
Box	지네릭 클래스. T의 Box 혹은 T Box 라고 읽는다
T	타입 변수 혹은 타입 매개변수
Box	원시 타입 (raw type), 일반 클래스

지네릭 타입과 다형성

참조 변수에 대입된 타입과 생성자의 대입된 타입은 일치해야 한다

ArrayList<Tv> list = new ArrayList<SamsungTv>();
// 허용하지 않음

1번을 만족할때 지네릭 클래스간의 다형성은 성립

List<Tv> list = new ArrayList<Tv>();

매개변수의 다형성도 성립

List<Tv> list = new ArrayList<Tv>();
list.add(new SamsungTv());
list.add(new LgTv());

이게 성립하는 이유는

public boolean add(E e) {
  add(size(), e);
  return true;
}

위 코드에서 E가 Tv로 변경이 되었기 때문에 우리가 아는 다형성이 성립한다

하지만 get 과 같은 경우는 아래와 같은 불편함이 생긴다

SamsungTv tv = (SamsungTv) list.get(0);

왜냐하면 이 역시 타입변수가 조상타입인 Tv로 대체되었기 때문

제한된 지네릭 클래스

extends나 super로 대입할 수 있는 타입을 제한

class FruitBox <T extends Fruit> { // Fruit과 그 자손 타입만 지정 가능
  List<T> = new ArrayList<>();
}

인터페이스도 가능하다

interface Eatable { ... }

class FruitBox <T extends Eatable> { ... }

And 조건으로 제한 가능

class FruitBox <T extends Fruit & Eatable> { ... }

위와 같은 코드가 있을 떄 대입이 가능한 타입 변수는 아래와 같이 선언이 되어 있어야 한다

static class Apple extends Fruit implements Eatable { ... }

잠시 보는 필자의 코드 !

여러개 제한 가능과 관련해서 필자가 작성한 코드를 같이 보자 !

static class FruitBox <T extends Fruit & Eatable>

import static basic.GenericSampleClass.*;

public class GenericMain {
	public static void main(String[] args) {
		test1();
	}

	private static void test1() {
		Apple apple = new Apple(1L);
		FruitBox<Apple> fruitBox = new FruitBox<>();

		long addedAppleId = fruitBox.add(apple);
		Fruit findApple = fruitBox.findOne(addedAppleId);

		System.out.println("findApple = " + findApple);
	}
}

class GenericSampleClass {

	@Getter
	@ToString
	@AllArgsConstructor
	static class Fruit {
		long id;
	}

	interface Eatable {
	}

	@ToString(callSuper = true)
	static class Apple extends Fruit implements Eatable {
		public Apple(long id) {
			super(id);
		}
	}

	static class Banana extends Fruit {
		public Banana(long id) {
			super(id);
		}
	}

	static class FruitBox <T extends Fruit & Eatable> {
		private List<T> fruits = new ArrayList<>();

		public long add(T fruit) {
			fruits.add(fruit);
			return fruit.getId();
		}

		public Fruit findOne(long id) {
			return fruits.stream()
				.filter(fruit -> fruit.getId() == id)
				.findAny()
				.get();
		}
	}
}

지네릭스의 제약

타입 변수에 대입은 인스턴스 별로 다르게 가능

Box<Apple> appleBox = new Box<Banana>(); // 예외, Apple만 가능

static 필드에 타입 변숴 사용 불가

class Box<T> {
  static T item; // 에러
  static int compare(T t1, T t2) {...} // 에러
}

이 부분에 대해선 어떤 분이 잘 고민해놓은 생각이 있다

애당초 지네릭은 new 생성된 객체들에 대한 타입 지정인데 static은 그렇지 않다 ! (새로 생성되는 것이 아님)

때문에 클래스레벨에서 무언가를 처음부터 고정시키는 것은 불가능, 그렇게 되면 각 인스턴스마다 서로 다른 타입을 지정하는게 불가능해진다

배열 생성할 떄 타입 변수 사용불가

타입 변수로 배열 선언은 가능

new 연산자 뒤에 타입 변수가 오는 것이 불가능 하다 (new는 동적인인데 타입 변수 자체는 확정적이지 않음)

static class FruitBox <T extends Fruit & Eatable> {

  private static final int DEAFULT_CAPACITY = 100;

  // T[] arr = new T[DEAFULT_CAPACITY]; // 에러
  private T[] arr = (T[]) new Object[DEAFULT_CAPACITY];
}

와일드 카드 `<?>`

타입 변수에 대해서도 다형성과 같은 사상을 가능하게 해준다

참조 변수의 타입이 다른 타입을 참조 가능하게 한다

ArrayList<Tv> list = new ArrayList<SamsungTv>(); // 예외

ArrayList<? extends Tv> list = new ArrayList<SamsungTv>(); // 가능

항목	설명
<? extends Tv>	와일드 카드의 상한 제한, T와 그 자손들만 가능
<? super Tv>	하한 제한, T와 그 조상들만 가능
<?>	제한 없음. 모든 타입이 가능. `<? extends Object>` 와 동일

메서드의 매개 변수에 와일드 카드 사용

구현부

static Juice makeJuice(FruitBox <Fruit> box) {...}

만일 위와 같이 메서드를 정의했다면

사용부

out.println(Juicer.makeJuice(new FruitBox<Fruit>)); // (1)
out.println(Juicer.makeJuice(new FruitBox<Apple>)); // (2)

사용부의 (2) 는 적용이 불가능하다

static Juice makeJuice(FruitBox <? extends Fruit> box) {...}

그래서 위와 같이 와일드 카드를 적용 해주어야 한다 !

지네릭 메서드

클래스 레벨이 아닌 메서드 레벨에서 적용된 지네릭 !

FruitBox.printSomething(new Banana(101L));

class FruitBox <T extends Fruit & Eatable> {
  public static <S> void printSomething(S something) {
    System.out.println("something class name = " + something.getClass().getSimpleName());
  }
}

클래스에 선언된 제네릭과 메서드에 선언된 제네릭은 서로 별개이다 !
- 설령 같은 변수명 T를 가질지라도 !

위 내용을 증명하는 코드

	private static void test3() {
		FruitBox<Apple> fruitBox = new FruitBox<>();
		Apple apple = new Apple(1L);
		fruitBox.add(apple);

		fruitBox.printSomething(new Banana(101L));
	}

class FruitBox <T extends Fruit & Eatable> {
		public <T> void printSomething(T something) {
			System.out.println("something class name = " + something.getClass().getSimpleName());
		}

클래스와 메서드가 동일한 변수 T를 가지지만

클래스는 Apple을 타입으로 메서드는 Banana로 타입을 받아서 사용하기 때문에 클래스와 메서드 선언부의 동일 타입 변수 T가 별개임을 알 수 있다

메서드 레벨의 <T> 를 제거한다면 클래스 레벨의 타입변수가 적용되기 때문에 클라이언트 코드에 컴파일 에러가 난다

iv와 lv의 관계와 같다 (적용 범위가 구체적이고 협소할 수록 우선시됨)

또한 메서드에 새로이 정의된 제네릭은 로컬 변수 영역에서 타입 변수가 사용되기 떄문에
static 메서드에서도 사용이 가능하다 !!
본래 메서드를 호출할 떄마다 타입을 대입해야 한다
- 하지만 대부분 생략이 가능!

out.println(Juicer.<Fruit>makeJuice(fruitBox));
out.println(Juicer.<Apple>makeJuice(appleBox);

static Juice <T extends Fruit> makeJuice(FruitBox <T> box) {...}

참고로 위 제네릭 코드는 아래 와일드카드를 파라미터로 갖는 메서드로 바꿀 수 있다

static Juice makeJuice(FruitBox <? extends Fruit> box) {...}

지네릭 타입의 형변환

지네릭 타입과 원시 타입간의 형 변환은 바람직 하지 않다
- 경고 발생
타입이 다른 것은 컴파일 에러

Box<Object> objBox = null;
Box rawtypeBox = (Box) objBox;  // 되지만 경고
objBox = (Box<Object> box);     // 되지만 경고

Box<String> strBox = (Box<Object> strBox) // 에러

와일드 카드가 사용된 지네릭 타입으로는 형변환 가능

Box<? extends Object> wBox = (Box<? extends Object>) new Box<String>(); // 된다 #1
Box<? extends Object> wBox = new Box<String>(); // #2

사실 #1은 우리가 친숙하게 보던 #2와 같다

하지만 사실은 #1은 #2의 축양형 ! (문법적으로 생략이 가능하게끔 해준 것)

지네릭 타입의 제거

컴파일러는 지네릭 타입을 제거하고, 필요한 곳에 형변환을 넣는다 !
- 때문에 런타임 시점에는 지네릭이 없다 !
아래와 같은 과정들을 거친다 (자세한 건 생략)

지네릭 타입 변수 제거
타입 제거 후 타입이 불일치 하면 형변환을 추가
생략…

이외의 이야기

위와 같은 C#은 거치지 않고 런타임 시점에도 지네릭이 남아있다고 한다 !

실제로 그렇게 하는 편이 성능상에도 좋고 런타임 시점에 해당 타입을 받아올 수 있기 때문에 언어적인 측면에서도 유리하다고 한다

그렇다면 왜.. 자바는 그렇게 하지 않았을까?

하위 호환성 때문이다..

ㅠㅠ 너무 많은 곳에서 사용하고 있기 때문에 이전 버전에 대한 배려로 삥 둘러가서 이런 방식으로라도 이전 버전에 대한 호환성을 지켜주는 것이다

자바가 몰라서 안했던 것이 아니라.. 배려적인 측면에서 안했던 것.. (C#은 속도를 선택했던 것)

이런 이유 떄문에 자바의 발전 속도가 좀 더뎠던 적도 있었다고 한다…

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