[Java] 제네릭

👩‍🚀 목표

자바의 제네릭에 대해 학습하세요.

👩‍💻 학습할 것

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

 

 

 

제네릭 Generics

다양한 타입의 객체들을 처리할 수 있는 클래스와 메서드를 작성하는 기법

컬렉션 클래스에 컴파일 시 타입 체크를 해주는 기능

자바 1.5부터 추가

 

장점

객체 타입 안정성을 높여준다. (의도하지 않은 객체를 저장하는 것을 막고, 다른 타입으로 형변환되는 가능성을 줄여줌)

타입 체크와 형변환을 생략하여 코드가 간결해진다.

 

class Box<T>

Box<T> : 제네릭 클래스 T의 Box, T Box라고 읽는다.

T : 타입 변수

Box :  원시 타입 raw type

 

 

제네릭 타입 호출

Box<String> b = new Box<String>();

 

일반적으로 사용하는 제네릭 타입 이름

• E - Element (used extensively by the Java Collections Framework)
• K - Key
• N - Number
• T - Type
• V - Value
• S,U,V etc. - 2nd, 3rd, 4th types

 

타입변수

제네릭 클래스 작성시 Object 타입 대신 타입 변수를 선언한다.

클래스 옆의 <T> 의 T가 타입 변수이다.

 

 

제네릭 사용법

제네릭 사용 이전 방법

Object 타입 변수는 어떤 객체도 참조 할 수 있다.

→ 내부에 Object 타입의 변수를 선언하고 이 변수로 데이터를 가리킨다.

public class Box {
    private Object data;
	public void set(Object data){
    	this.data = data;
    }
    public Object get() {
    	return data;
    }
}

사용

데이터를 꺼낼 대마다 항상 형변환이 필요하다.

부주의하게 다른 객체로 형변환을 할 수도 있어 실행 도중에 오류를 발생시킬 수 있다.

 

Box box = new box();

box.set("Hello World");
String s = (String)b.get();

box.set(new Integer(10));
Integer i = (Integer)box.get();

 

 

제네릭 사용

자료형을 표시하는 자리에 T가 사용된다.

public class Box<T> {
    private T data;
    public void set(T data) {
    	this.data = data;
    }
    public T get(){
    	return data;
    }
}

 

사용

타입 매개변수의 값은 객체를 생성할 때 구체적으로 결정된다.

Box<String> stringBox = new Box<String>();
stringBox.set("Hello World");
String s = stringBox.get();

 

정수 타입을 추가하려고하면

컴파일러가 컴파일러 단계에서 오류를 감지한다.

→ 더 안전하게 프로그래밍 할 수 있다.

Box<String> stringBox = new Box<String>();
stringBox.set(new Integer(10)); // 컴파일 오류!

 

주의사항

1. static 필드로 타입 변수를 사용할 수 없다.

T는 인스턴스 변수로 간주되기 때문이다.

static 멤버는 인스턴스 변수를 참조할 수 없다.

public class Fruit<T> {
	static T fruit; // 컴파일 에러
}

2. 제네릭 타입의 배열을 생성할 수 없다. 타입변수로 배열 선언은 가능하다.

new 연산자 때문인데

new 연산자는 컴파일 시점에 타입 T가 무엇인지 정확히 알아야 한다.

그러나 아래 코드의 Box<T> 클래스를 컴파일 시점에 T가 어떤 타입이 될 지 알 수 없으므로 배열을 생성할 수 없는 것이다.

class Box<T> {
    T[] itemArr;  // T타입 배열을 위한 참조변수
    
    T[] toArr() {
    	T[] tmmpArr = new T[itemArr.length]; // 에러, 제네릭 배열 생성불가
       	...
        return tmpArr;
    }
}

4. 타입 매개 변수로 인스턴스를 생성할 수 없다.

3. instanceof 연산자를 사용할 수 없다. 와일드카드? 를 사용하면 가능하다.

 

제네릭 주요 개념 (바운디드 타입, 와일드 카드)

한정된 타입 매개 변수 bounded type parameter

타입 매개 변수로 전달되는 타입 종류 제한 하고 싶을 때 사용

키워드 extends를 사용한다.

특정 타입의 자손들만 대입할 수 있게 제한할 수 있다.

 

과일 상자에 장난감을 담을 수 있다.

FruitBox<Toy> FruitBox = new FruitBox<Toy>();
fruitBox.add(new Toy());

 

Fruit의 자손만 타입으로 지정 가능

class FruitBox<T extends Fruit> {
    ArrayList<T> list = new ArrayList<T>();
}

 

여전히 한 종류의 타입만 담을 수 있지만 Fruit클래스의 자손들만 담을 수 있다는 제한이 추가 되었다....

FruitBox<Apple> appleBox = new FruitBox<Apple>();
FruitBox<Toy> toyBox = new FruitBox<Toy>(); // Toy는 Fruit의 자손이 아니라서 에러

 

클래스가 아닌 인터페이스를 구현해야한다는 제약이 필요할 때도 extends 키워드를 사용한다.

implements를 사용하지 않도록 주의한다.

interface Eatable {}

// 올바른 사용
class FruitBox<T extends Eatable> {...}

// 잘못된 사용
class FruitBox<T implements Eatable> {...}

 

클래스 Fruit의 자손이면서 Eatable 인터페이스도 구현해야 할 때는 & 기호로 연결한다.

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

 

 

 

 

제네릭 클래스 생성시 참조 변수에 지정된 제네릭 타입과 생성자에 지정된 타입이 일치해야 한다.

일치하지 않으면 컴파일 에러가 발생한다. (상속관계더라도 에러)

ArrayList<Fruit> fruitList = new Array<Apple>(); // 에러

 

와일드카드 WildCard

제네릭 타입에 다형성을 적용하는 방법

기호 ? 사용

extends 키워드로 상한을, super 키워드로 하한을 제한할 수 있다. 

 

<? extends T>  Upper Bounded Wildcard

와일드 카드의 상한 제한, T와 T의 자손들만 가능

<? super T>  Lower Bounded Wildcard

와일드 카드의 하한 제한,  T와 T의 조상들만 가능

 

<?> Unbounded WildCard

제한이 없는 와일드 카드. 모든 타입이 가능, <? extends Object>와 동일

 

하나의 참조변수로 다른 제네릭 타입이 지정된 객체를 다룰 수 있다.

ArrayList<? extends Fruit> fruitList = new Array<Apple>();
ArrayList<? extends Fruit> fruitList = new Array<Banana>();

 

와일드 카드를 매개변수에 적용

 

static Juice makeJuice(FruitBox<? extends Fruite> box){
    String tmp = "";
    for(Fruit f : box.getList()){
    	tmp += f + " ";
    }
    return new Juice(tmp);
}

타입이 다른 여러 객체를 매개 변수로 지정 가능

System.out.println(Juicer.makeJuice(new FruiteBox<Fruit>()));
System.out.println(Juicer.makeJuice(new FruiteBox<Apple>()));

 

 

제네릭 메소드 만들기

제네릭 메소드

메서드의 선언부에 제네릭 타입이 선언된 메소드

제네릭 타입의 선언위치는 반환 타입 바로 앞이다.

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

 

제네릭 클래스에 정의된 타입 매개변수가 T이고,

제네릭 메서드에 정의된 타입 매개변수가 T여도 이 둘은 별개의 것이다.

같은 타입 문자 T를 사용하더라도 다른 타입 변수라는 것을 유의하자.

class FruitBox<T> {

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

}

 

static 멤버에는 타입 매개변수를 사용할 수 없지만,

메서드에 제네릭 타입을 선언하고 사용하는 것은 가능하다.

 

메서드에 선언된 제네릭 타입 매개변수는

메서드 내에서만 지역적으로 사용될 것이므로 메서드가 static이건 아니건 상관없다. 

 

 

Type Erasure

컴파일 시 엄격한 타입 검사를 위해 도입되었다.

제네릭을 구현하기 위해 Java 컴파일러는 아래 유형일 때 유형삭제를 적용한다.

• 타입 매개변수가 제한되지 않을 때 제네릭 매개 변수를 해당 경계 또는 object로 바꾼다.
  따라서 생성된 바이트 코드에는 일반 클래스, 인터페이스, 메서드만 포함된다.
• 유형 안전성을 유지하기 위해 필요한경우 type casts를 삽입한다.
• 확장된 제네릭 형식에서 다형성을 유지하기위해 bridge method를 생성한다.

Type Erasure는 매개변수화 된 유형에 대해 새 클래스가 생성되지 않도록 한다.

결과적으로 제네릭은 런타임 오버헤드를 발생시키지 않는다.

 

https://docs.oracle.com/javase/tutorial/java/generics/erasure.html

Type Erasure (The Java™ Tutorials > Learning the Java Language > Generics (Updated))

 

 

Erasure of Generic Types

Type Erasure 프로세스 동안,

Java 컴파일러는 모든 타입 매개변수를 지우고

타입 매개변수가 제한되어 있으면 각 매개변수를 첫 번째 바운드로 대체하고

유형 매개변수가 제한되지 않은 경우 Object로 바꾼다.

public class Node<T> {

    private T data;
    private Node<T> next;

    public Node(T data, Node<T> next) {
        this.data = data;
        this.next = next;
    }

    public T getData() { return data; }
    // ...
}

이런 코드가 있을 때 타입 매개변수 T는 제한되지 않으므로 Java 컴파일러는 Object로 대체한다.

public class Node {

    private Object data;
    private Node next;

    public Node(Object data, Node next) {
        this.data = data;
        this.next = next;
    }

    public Object getData() { return data; }
    // ...
}

 

다음 예제에서 일반 Node 클래스는 제한된 형식 매개 변수를 사용한다.

public class Node<T extends Comparable<T>> {

    private T data;
    private Node<T> next;

    public Node(T data, Node<T> next) {
        this.data = data;
        this.next = next;
    }

    public T getData() { return data; }
    // ...
}

Java 컴파일러는 bounded type 매개변수 T를 첫 번째 bound 클래스인 Comparable로 바꾼다.

public class Node {

    private Comparable data;
    private Node next;

    public Node(Comparable data, Node next) {
        this.data = data;
        this.next = next;
    }

    public Comparable getData() { return data; }
    // ...
}

 

Erasure of Generic Methods

Java 컴파일러는 일반 메소드 인수의 유형 매개변수도 지운다.

// Counts the number of occurrences of elem in anArray.

public static <T> int count(T[] anArray, T elem) {
    int cnt = 0;
    for (T e : anArray)
        if (e.equals(elem))
            ++cnt;
        return cnt;
}

T는 제한이 없기 때문에 Java 컴파일러는 이를 Object로 대체한다.

public static int count(Object[] anArray, Object elem) {
    int cnt = 0;
    for (Object e : anArray)
        if (e.equals(elem))
            ++cnt;
        return cnt;
}

 

다음 클래스가 정의되어 있다고 가정해보자.

class Shape { /* ... */ }
class Circle extends Shape { /* ... */ }
class Rectangle extends Shape { /* ... */ }

다른 모양을 그리기 위해 generic method를 사용하여 draw() 메소드를 작성할 수 있다.

public static <T extends Shape> void draw(T shape) { /* ... */ }

Java 컴파일러는 T를 Shape로 바꾼다.

public static void draw(Shape shape) { /* ... */ }

 

 

 

 

참조

14주차 과제: 제네릭

남궁성, 자바의 정석 기초편, 도우출판, 2019
천인국, 어서와 JAVA는 처음이지!, INFINITYBOOKS, 2015

https://docs.oracle.com/javase/tutorial/java/generics/genTypes.html

Erasure of Generic Types (The Java™ Tutorials > Learning the Java Language > Generics (Updated))