[Java] 제네릭

제네릭

제네릭은 다양한 타입의 객체들을 다루는 메서드나 컬렉션 클래스에 컴파일 시의 타입 체크를 해주는 기능이다. 

즉, 클래스 내부에서 사용할 데이터 타입을 나중에 인스턴스를 생성할 때 확정하는 것을 제네릭이라 한다.

객체의 타입을 컴파일 시에 체크하기 때문에 객체의 타입 안정성을 높이고 형변환의 번거로움이 줄어든다.

ArrayList와 같은 컬렉션 클래스는 다양한 종류의 객체를 담을 수 있긴 하지만 보통 한 종류의 객체를 담는 경우가 더 많다. 그런데도 꺼낼 때 마다 타입체크를 하고 형변환을 하는 것은 아무래도 불편할 수 밖에 없다.

위의 그림은 아래의 코드를 간략화한 것이다. 

class Person<T>{

    public T info;// p1 일시 데이터 타입은 String이된다.(인스턴스 생성시 String 제네릭 생성)

// p2 일시 데이터 타입은 StringBuilder이 된다.

}

 

public class GenericDemo {

 

    public static void main(String[] args) {

        Person<String> p1 = new Person<String>();

        Person<StringBuilder> p2 = new Person<StringBuilder>();

    }

}

p1.info와 p2.info의 데이터 타입은 결과적으로 아래와 같다.

- p1.info : String

- p2.info : StringBuilder

그것은 각각의 인스턴스를 생성할 때 사용한 <> 사이에 어떤 데이터 타입을 사용했느냐에 달려있다. 

클래스 선언부를 보자.

public T info;

클래스 Person의 필드 info의 데이터 타입은 T로 되어 있다. 그런데 T라는 데이터 타입은 존재하지 않는다. 이 값은 아래 코드의 T에서 정해진다.

class Person<T>{

위 코드의 T는 아래 코드의 <> 안에 지정된 데이터 타입에 의해서 결정된다. 

Person<String> p1 = new Person<String>();

위의 코드를 나눠보자. 아래 코드는 변수 p1의 데이터 타입을 정의하고 있다.

Person<String> p1

아래 코드는 인스턴스를 생성하고 있다. 

new Person<String>();

즉 클래스를 정의 할 때는 info의 데이터 타입을 확정하지 않고 인스턴스를 생성할 때 데이터 타입을 지정하는 기능의 제네릭이다. 

1. 제네릭의 장점

1) 타입 안정성을 제공한다.(타입 안정성을 높인다는 것은 의도하지 않은 타입의 객체를 저장하는 것을 막고, 저장된 객체를 꺼내올 때 원래의 타입과 다른 타입으로 형변환되어 발생할 수 있는 오류를 줄여준다는 뜻이다.)

2) 타입체크와 형변환을 생략할 수 있으므로 코드가 간결해 진다. 

간단히 얘기하면, 다룰 객체의 타입을 미리 명시해줌으로써 형변환을 하지 않아도 되게 하는 것이다.

기존에는 다양한 종류의 타입을 다루는 메서드의 매개변수나 리턴타입으로 Object 타입의 참조변수를 많이 사용했고, 그로 인해 형변환이 불가피했지만, 이젠 Object타입 대신 원하는 타입을 지정하기만 하면 되는 것이다.

(타입을 지정하지 않으면 Object 타입으로 간주된다.)

2. 컬렉션 클래스 이름 바로 뒤에 저장할 객체의 타입을 적어주면, 컬렉션에 저장할 수 있는 객체는 지정한 타입의 객체 뿐이다.

컬렉션클래스<저장할 객체의 타입> 변수명 = new 컬렉션클래스<저장할 객체의 타입>();

ArrayList<Tv> tvList = new ArrayList<Tv>();

// Tv객체만 저장할 수 있는 ArrayList를 생성

tvList.add(new Tv());

tvList.add(new Radio());// 컴파일 에러

3. 다형성을 사용해야 하는 경우에는 부모타입을 지정함으로써 여러 종류의 객체를 저장할 수 있다.

class Product{ }

class Tv extends Product{ }

class Audio extends Product{ }

//Product 클래스의 자손객체들을 저장할 수 있는 ArrayList를 생성

ArrayList<Product> list = new ArrayList<Product>();

list.add(new Product());

list.add(new Tv());

list.add(new Audio());

Product p = list.get(0);// 형변환이 필요없다.

Tv t = (Tv)list.get(i);// 형변환을 필요로 한다.

ArrayList가 Product타입의 객체를 저장하도록 지정하면, 이들의 자손인 Tv와 Audio타입의 객체도 저장할 수 있다. 다만 꺼내올 때 원래의 타입으로 형변환해야 한다.

4. Product 클래스가 Tv클래스의 조상이라 할지라도 아래와 같이는 할 수는 없다.

ArrayList<Product> list = new ArrayList<Tv>();//허용안함

List<Tv> tvList = new ArrayList<Tv>();// But, 허용된다.

5. 와일드카드

보통 제네릭에서는 단 하나의 타입을 지정하지만, 와일드 카드'?'를 사용하면 된다. 보통 제네릭에서는 단 하나의 타입을 지정하지만. 와일드 카드는 하나 이상의 타입을 지정하는 것을 가능하게 해준다.

아래와 같이 어떤 타입('?')이 있고 그 타입이 Product의 자손이라고 선언하면, Tv객체를 저장하는 'ArrayList<Tv>' 또는 Audio객체를 저장하는 'ArrayList<Audio>'를 매개변수로 넘겨줄 수 있다.

Tv와 Audio 모두 Product의 자손이기 때문이다.

public static void printAll(ArrayList<? extends Product> list){//Product 또는 그 자손들이 담긴 ArrayList를 매개변수로 받는 메서드

for(Unit u : list){

System.out.println(u);

}

}

6. 복수의 제네릭

클래스 내에서 여러개의 제네릭을 필요로 하는 경우가 있을 것이다. 예제를 보자.

class EmployeeInfo{

    public int rank;

    EmployeeInfo(int rank){ this.rank = rank; }

}

class Person<T, S>{//복수의 제네릭을 사용할 시에는 ','를 사용한다.

    public T info;

    public S id;

    Person(T info, S id){ 

        this.info = info; 

        this.id = id;

    }

}

public class GenericDemo {

    public static void main(String[] args) {

        Person<EmployeeInfo, int> p1 = new Person<EmployeeInfo, int>(new EmployeeInfo(1), 1);

    }

}

위의 코드는 예외를 발생시키지만 문제는 다음 예제에서 처리하고 형식만 보자. 

즉, 복수의 제네릭을 사용할 때는 <T, S>와 같은 형식을 사용한다. 여기서 T와 S 대신 어떠한 문자를 사용해도 된다. 하지만 묵시적인 약속(convention)이 있기는 하다. 그럼 예제의 오류를 해결하자.

7. 기본 데이터 타입과 제네릭

제네릭은 참조 데이터 타입에 대해서만 사용할 수 있다. 기본 데이터 타입에서는 사용할 수 없다.(wrapper 클래스로 사용할 수 있다.--> 기본타입을 객체타입으로 만드는 것) 따라서 아래와 같이 코드를 변경한다.

class EmployeeInfo{

    public int rank;

    EmployeeInfo(int rank){ this.rank = rank; }

}

class Person<T, S>{

    public T info;

    public S id;

    Person(T info, S id){ 

        this.info = info;

        this.id = id;

    }

}

public class GenericDemo {

    public static void main(String[] args) {

        EmployeeInfo e = new EmployeeInfo(1);

        Integer i = new Integer(10);

        Person<EmployeeInfo, Integer> p1 = new Person<EmployeeInfo, Integer>(e, i);

        System.out.println(p1.id.intValue());

    }

}

new Integer는 기본 데이터 타입인 int를 참조 데이터 타입으로 변환해주는 역할을 한다. 이러한 클래스를 래퍼(wrapper) 클래스라고 한다. 덕분에 기본 데이터 타입을 사용할 수 없는 제네릭에서 int를 사용할 수 있다.

8. 제네릭의 생략

제네릭은 생략 가능하다. 아래 두 개의 코드가 있다. 이 코드들은 정확히 동일하게 동작한다. e와 i의 데이터 타입을 알고 있기 때문이다.

EmployeeInfo e = new EmployeeInfo(1);

Integer i = new Integer(10);

Person<EmployeeInfo, Integer> p1 = new Person<EmployeeInfo, Integer>(e, i);

Person p2 = new Person(e, i);// 제네릭 생략함

9. 메소드에 적용

제네릭은 메소드에 적용할 수도 있다. 

class EmployeeInfo{

    public int rank;

    EmployeeInfo(int rank){ this.rank = rank; }

}

class Person<T, S>{

    public T info;

    public S id;

    Person(T info, S id){ 

        this.info = info;

        this.id = id;

    }

    public <U> void printInfo(U info){// U 데이터 타입은 info라는 매개변수의 데이터타입(EmployeeInfo)이 된다.

        System.out.println(info);

    }

}

public class GenericDemo {

    public static void main(String[] args) {

        EmployeeInfo e = new EmployeeInfo(1);

        Integer i = new Integer(10);

        Person<EmployeeInfo, Integer> p1 = new Person<EmployeeInfo, Integer>(e, i);

        p1.<EmployeeInfo>printInfo(e);//

        p1.printInfo(e);// 제네릭 생략이 가능함

    }

}

10. 제네릭의 제한

(1) extends

제네릭으로 올 수 있는 데이터 타입을 특정 클래스의 자식으로 제한할 수 있다.

abstract class Info{//부모 클래스가 반드시 추상클래스일 필요가 없다.

    public abstract int getLevel();

}

class EmployeeInfo extends Info{

    public int rank;

    EmployeeInfo(int rank){ this.rank = rank; }

    public int getLevel(){

        return this.rank;

    }

}

class Person<T extends Info>{// info 클래스나 info의 자식클래스만이 제네릭으로 올 수 있는 데이터 타입이 된다.(info의 자식이면 OK, 자식이 아니면 컴파일 에러)

    public T info;

    Person(T info){ this.info = info; }

}

public class GenericDemo {

    public static void main(String[] args) {

        Person p1 = new Person(new EmployeeInfo(1));

        Person<String> p2 = new Person<String>("부장");

    }

}

위의 코드에서 중요한 부분은 다음과 같다.

class Person<T extends Info>{

즉 Person의 T는 Info 클래스나 그 자식 외에는 올 수 없다.

extends는 상속(extends)뿐 아니라 구현(implements)의 관계에서도 사용할 수 있다.

interface Info{

    int getLevel();

}

class EmployeeInfo implements Info{

    public int rank;

    EmployeeInfo(int rank){ this.rank = rank; }

    public int getLevel(){

        return this.rank;

    }

}

class Person<T extends Info>{// extends는 상속이 무엇인가가 아니라, 부모가 누군가를 확인하는 코드이다.(implement가 아니다.)

    public T info;

    Person(T info){ this.info = info; }

}

public class GenericDemo {

    public static void main(String[] args) {

        Person p1 = new Person(new EmployeeInfo(1));

        Person<String> p2 = new Person<String>("부장");

    }

}