[Java] Java Generic

Posted 28. February 2021. 8 min read.

Java Generic

백기선님의 자바 스터디 14주차 내용입니다.

공부할 내용

제네릭 사용법
제네릭 주요 개념 (바운디드 타입, 와일드 카드)
제네릭 메소드 만들기
Erasure

자바 제네릭

자바 제네릭스는 JDK 1.5에서 처음 도입되었습니다.

자바의 제네릭은 다양한 타입의 객체를 다루는 메소드나 컬렉션 클래스에 컴파일 시의 타입 체크(compile-time type check)를 해주는 기능입니다.

그래서 다음과 같은 장점이 있었습니다.

객체의 타입을 컴파일 시에 체크하기 때문에 객체의 타입 안정성을 높이고 형변환의 번거로움이 줄어듭니다.
- 타입의 안정성이 높다는 것은 의도하지 않은 타입의 객체가 저장되는 것을 막고, 저장된 객체를 꺼내올 때 원래의 타입과 다른 타입으로 잘못 형변환되어 발생할 수 있는 오류를 줄여줍니다.

따라서 제네릭의 장점은 다음과 같습니다.

타입의 안정성을 제공합니다.
- 컴파일 타임에 타입 체크를 하기 때문에 런타임에서 ClassCastException과 같은 UncheckedException을 보장합니다.
타입체크와 형변환을 생략할 수 있으므로 코드가 간결해집니다.

제네릭 클래스 선언

다음과 같이 클래스가 있을 때,

class Data {
    Object data;

    public Object getData() { return data; }

    public void setData(Object data) {
        this.data = data;
    }
}

아래처럼 제네릭 클래스로 변경할 수 있습니다.

class Data<T> {
    T data;

    public T getData() { return data; }

    public void setData(T data) {
        this.data = data;
    }
}

위의 T를 타입 변수(type variable) 라고 합니다.

이를 사용하면 다음과 같이 사용가능합니다.

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Data<String> data = new Data<>();
        data.setData("New String data");
        System.out.println(data.getData());
        // output : New String data
    }
}

일반적으로 Type이라는 단어의 첫 스펠링을 따서 T라고 하며, T가 아닌 다른 것을 사용해도 됩니다.

일반적으로 상황에 맞는 경우의 약자를 사용합니다. 다음과 같은 예제가 있습니다.

ArrayList<E>
- E 는 Element의 약자입니다.
Map<K, V>
- 타입 변수가 여러개인 경우는 콤마로 구분해서 나열합니다.
- K는 Key, V는 Value를 의미합니다.

일반적으로 다음과 같은 타입 매개변수를 주로 사용합니다.

E(Element), K(Key), N(Number), T(Type), V(Value)

자바 제네릭의 주요 개념

자바 제네릭 용어

class Data<T>

Data<T> : 제네릭 클래스
T : 타입 변수
Data : 원시 타입(raw type)

자바 제네릭의 제한

자바 제네릭은 인스턴스별로 다르게 동작하도록 만들었기 때문에 여러 기능을 제공합니다.

다만 다음의 특징을 가지고 있습니다.

static 멤버에 타입 변수 T를 사용할 수 없습니다.
- static T staticItem : 불가능
제네릭 타입의 배열을 생성하는 것은 허용하지 않습니다.
- T[] itemArray : 불가능
참조 변수와 생성자 대입된 타입이 일치해야합니다.
- Box<Apple> appleBox = new Box<Grape>() : 불가능
- Box<Apple> appleBox = new Box<Apple>() : 가능
- Box<Apple> appleBox = new FruitBox<Apple>() : 가능
  - FruitBox<T> extends Box : 상속인 경우에 한해서 가능합니다.

바운디드 타입

제네릭 타입에서 타입 인자로 사용할 수 있는 타입을 제한하는 경우가 있을 수 있습니다. 이때 바운디드 타입이 사용됩나다.

바운디드 타입 파라미터를 사용하기 위해서는 extends를 사용합니다.

public class FruitBox<T extends Fruit> extends Box {}

인터페이스를 구현하는 경우에도 implements를 사용하지 않으며, extends를 사용합니다.

public class FruitBox<T extends Eatable> extends Box {}

자식이면서 인터페이스를 같이 구현하는 경우에는 다음과 같이 사용할 수 있습니다.

public class FruitBox<T extends Fruit & Eatable> extends Box {}

와일드 카드

와일드카드는 기호 ?로 표현을 하며, 와일드 카드는 어떠한 타입도 될 수 있습니다.

다음과 같이 사용할 수 있습니다.

<? extends T> : 와일드 카드의 상한 제한, T와 그 자손들만 가능
<? super T> : 와일드 카드의 하한 제한, T와 그 조상들만 가능
<?> : 제한이 없으며 모든 타입이 가능합니다. <? extends Object>와 동일합니다.

`<? extends T>`, 와일드 카드의 상한 제한 예제

class Juicer{
  static Juice makeJuice(FruitBox<? extends Fruit> box){
    String temp = "";
    for (Fruit fruit : box.getList()) {
      temp += fruit + " ";
    }
    return new Juice(temp);
  }
}

`<? super T>` : 와일드 카드의 하한 제한 예제.

class FruitComp implements Comparator<Fruit> {
  public int compare(Fruit t1, Fruit t2) {
   return t1.weight - t2.weight;
  }
}

제네릭 메서드

메서드의 선언부에 제네릭 타입이 선언된 메서드를 제네릭 메서드라고 합니다.

일반적으로 컬렉션 메소드 Collections.sort()와 같은 메소드가 대표적인 제네릭 메서드입니다.

static <T> void sort(List<T> list, Comparator<? super T> c)

다만, 제네릭 메서드와 제네릭 클래스의 매개변수는 별개의 것을 의미합니다.

class FruitBox<T> { // T-1
  ...
  static <T> void sort(List<T> list, Comparator<? super T> c) {
    ... // T - 2
  }
  // T-1과 T-2는 다릅니다.
}

자바 제네릭 타입의 제거 (Erasure)

컴파일러는 제네릭 타입을 이용해서 소스파일을 체크하고, 필요한 곳에 형변환을 넣어주고 제네릭 타입을 제거합니다.

컴파일된 파일(*.class)에는 제네릭 타입이 없기 때문에 이를 처리해줄 필요가 있습니다. 따라서 이전의 소스코드와의 호환성을 위해서 만들어졌습니다.

다음의 순으로 진행됩니다.

1. 제네릭 타입의 경계를 제거합니다.

<T extends Fruit> : Fruit로 치환됩니다.
<T> : Object로 치환됩니다.

AS-IS

class Box<T extends Fruit> {
  void add(T t) {
    ...
  }
}

TO-Be

class Box {
  void add(Fruit t){
    ...
  }
}

2. 제네릭 타입을 제거한 후에 타입이 일치하지 않는 경우, 형변환을 추가합니다.

일반적으로 Object 타입으로 변환이 일어나지만, 와일드 카드가 포함시 적절한 타입으로 형변환이 추가됩니다.