36. Generic - 제네릭 클래스, 제네릭 프로그래밍

 

▶ 제네릭 프로그래밍

 

- 제네릭 프로그래밍(Generic Programming) : 작성한 코드를 다양한 타입의 객체에 대해 재사용하는 객체 지향 기법이다.

 

- 제네릭은 자바 버전 1.5부터 추가된 기능으로, 복잡한 애플리케이션을 개발할 때 발생하는 여러 가지 버그들을 많이 줄일 수 있다.

 

- 제네릭은 안드로이드와 같은 애플리케이션을 개발할 때 많이 사용되므로 정확하게 알고 있어야 한다.

 

- C++ 언어의 템플레이트와 거의 유사한 기능이다.

 

 

 

▶ 제네릭

 

- 제네릭(Generic) : 클래스를 정의할 때, 구체적인 타입(type)을 적지 않고 변수 형태로 적어 놓는 것이다. 

 

- 클래스를 선언하여 객체를 생성할 때, 구체적인 타입을 기재한다. 즉, 타입을 어떤 클래스 종류의 매개변수로 보는 것이다.

 

- 기존의 방법 : 이전에는 아래와 같이 Object 타입으로 객체를 받아서 다형성을 이용했는데, 그 이유는 모든 객체가 Object 클래스를 상속하므로 다양한 형태의 데이터를 담을 수 있었기 때문이다.

 

public class PrevBox {

private Object data;

public void set(Object data) { 

this.data = data; 

}

public Object get() { 

return data; 

}

}

• 단, get() 메소드로 저장한 객체를 반환받을 때 원하는 타입으로 캐스팅(Casting)해야 하는 번거로움이 있었다.

 

- 제네릭 기법

//제네릭 클래스

public class Box<T> { // T는 타입을 의미한다.

private T data;

public void set(T data) { 

this.data = data; 

}

public T get() { 

return data; 

}

}

• 위의 클래스를 선언할 때, 아래와 같이 구체적인 타입을 기재하여 제네릭 클래스를 사용한다.
  

Box<String> strBox = new Box<String>(); // String 타입만 저장한다.

Box<Integer> intBox = new Box<Integer>(); // Integer 타입만 저장한다.

 

- 제네릭 클래스(Genenric class)에서는 타입을 변수로 표시한다. 이것을 “타입 매개변수(type parameter)”라고 하며, 타입 매개변수는 객체 생성 시에 프로그래머에 의하여 결정된다.

 

 

 

▶ 타입 매개변수의 표기

 

- 제네릭 클래스는 여러 개의 타입 매개변수를 가질 수 있으나 타입의 이름은 클래스나 인터페이스 안에서 유일하여야 한다.

 

- 관례에 의하여 타입의 이름은 “하나의 대문자”로 한다.

 

- 대문자로 하는 이유는 변수의 이름과 타입의 이름을 구별할 수 있게 하기 위함이다.

 

- 아래는 일반적으로 널리 사용되는 타입의 이름들이다.

• E – Element(요소 : 자바 컬렉션 라이브러리에서 많이 사용된다.)

• K – Key

• N – Number

• T – Type

• V – Value

• S, U, V 등 – 2번째, 3번째, 4번째 타입

 

- 다이아몬드 : 자바 SE 7버전부터는 제네릭 클래스의 생성자를 호출할 때, 타입 인수를 구체적으로 주지 않아도 된다. 컴파일러가 문맥에서 타입을 추측하기 때문이다. “<>”를 다이아몬드라고 표현한다.

 

Box<String> Box = new Box<>(); //Box<String> strBox = new Box<String>(); 와 같다.

 

- 다중 타입 매개변수(Multiple Type Parameters)

interface Pair<K, V> {
	public K getKey();
	public V getValue();
}

public class OrderedPair<K, V> implements Pair<K, V> {
	private K key;
	private V value;
 
	public OrderedPair(K key, V value) {
		this.key = key;
		this.value = value;
	}
 
	public K getKey() { 
		return key; 
	}
	
	public V getValue() { 
		return value; 
	}
}

---

public class PairTest {
	public static void main(String[] args) {
		Pair<String, Integer> pair1 = new OrderedPair<String, Integer>(“Even”, 8);
		Pair<String, String> pair2 = new OrderedPair<String, String>(“Hi”, “nice~”);
		 
		//pair1과 pair2는 인터페이서 Pair 참조 변수로 선언되었다.
		//new OrderPair<String, Integer>은 K를 String으로 실체화하고, V를 Integer로 실체화한다.
		//오토박싱(autoboxing)에 의하여 int(위의 값 8)가 Integer 객체로 자동 변환된다.
		//오토박싱이란 기초 자료형을 대응되는 클래스 객체로 자동 변환해주는 기능이다.
		 
		//또는 아래와 같은 방식도 가능하다.
		 
		//Pair<String, Integer> pair1 = new OrderedPair<>(“Even”, 8);
		//Pair<String, String> pair2 = new OrderedPair<>(“Hi”, “nice~”);
 	}
}

- Raw 타입 : 타입 매개변수가 없는 제네릭 클래스의 이름이다.

 

Box<Integer> intBox = new Box<>(); //기존 방식

Box rawBox = new Box(); //Raw 방식

• 주의할 점은 처음부터 제네릭 클래스가 아니면 Raw 타입이라고 하지 않는다.

• Raw 타입은 JDK 5.0 이전에는 제네릭이 없었기 때문에 이전 코드와 호환성을 유지하기 위해 등장하였다. 즉, 타입을 주지 않으면 무조건 Object 타입으로 간주하는 것이다.

 

 

 

▶ 제네릭 메소드

 

- 일반 클래스의 메소드에서도 타입 매개변수를 사용하여 “제네릭 메소드”를 정의할 수 있다.

 

- 제네릭 메소드에서의 타입 매개변수의 범위는 메소드 내부로 제한된다.

 

- 아래는 실제 Array 클래스에 있는 제네릭 메소드의 일부이다.

 

public class Array {

...

public static <T> T getLast(T[] a)

{

return a[a.length-1];

}

...

}

 

- 타입 매개변수(<T>)는 반드시 메소드의 수식자(public, static)와 반환형(T) 사이에 위치되어야 한다.

 public static <T> T getLast(T[] a)

- 제네릭 메소드를 호출하기 위해서는 실제 타입을 꺽쇠괄호 안에 넣어주어도 되고 생략하여도 된다.

 

String[] name = {“김철수”, “김영희”, “김숙자”, “김말년”};

String last = Array.<String>getLast(name);

↓

String last = Array.getLast(name); // 컴파일러는 이미 타입 정보를 알고 있다!

 

- 한정된 타입 매개변수 : 타입 매개변수로 전달되는 타입의 종류를 제한하기 위한 기능으로 extends 키워드를 사용한다.

• 아래는 한정된 타입 매개변수를 표현하는데 잘못된 예시이다. Array 클래스로 계속 예를 들면,

public class Array {

...

public static <T> T getMax(T[] a) {

if (a == null || a.length = 0) return null;

 

T largest = a[0];

 

for(int i = 1; i < a.length; i++) {

if (largest.compareTo(a[i]) > 0) largest = a[i];

}

return largest;

}

...

}

• 위의 예시에서 T는 compareTo()라고 하는 Comparable 인터페이스를 구현해야 한다. 따라서 클래스의 범위를 Comparable 인터페이스를 구현한 클래스로 제한하는 것이 바람직하다.

• 아래는 위의 메소드 getMax()를 올바르게 변경한 것이다.

public static <T extends Comparable> T getMax(T[] a) {

...

}

• “T extends Comparable”은 타입 T가 Comparable 인터페이스를 구현한 클래스들에 대해서만 호출될 수 있음을 의미한다.

• implements 키워드가 아닌 extends 키워드를 사용하는 것에 주의해야 한다. 이를 통해 타입 매개변수에 상속관계가 성립함을 추측할 수 있다.

 

 

 

▶ 제네릭과 상속

 

- 제네릭에서는 타입 매개변수에 상속관계가 성립한다.

 예를 들어 Number를 타입 매개변수로 주어 객체를 생성했다면, Number의 자식 클래스인 Integer, Double, Float 객체도 모두 처리할 수 있다. 맨 처음 작성했던 제네릭 클래스인 Box 를 사용해보자.

public class Box<T> {

private T data;

public void set(T data) { 

this.data = data; 

}

public T get() { 

return data; 

}

}

 

Box<Number> box = new Box<Number>(); // 객체 생성 시 구체적인 타입을 기재한다.

box.add(new Integer(10)); // 타입의 하위 클래스들도 모두 처리된다.

box.add(new Double(10.1));

box.add(new Float(0.0));

 

- 제네릭에서의 상속에서는 한 가지 주의할 점이 있다.

 타입 매개변수에서 상속관계가 성립하는 것과 어떤 타입 매개변수를 가진 제네릭 클래스에서 상속관계가 성립하는 것은 서로 다르다는 것이다.

 

public void exMethod(Box<Number> number) { ... }

 

 위와 같은 메소드에서는 Box<Integer>와 Box<Double>과 같은 제네릭 클래스는 매개변수로 대입할 수 없다. 그 이유는 Integer 와 Double은 Number와 상속관계가 성립하지만 Box<Integer> 와 Box<Double>은 Box<Number> 와 상속관계가 성립하지 않기 때문이다. 쉽게 아래의 그림을 보면 차이를 알 수 있다.

 그러나 Box<Number>와 Box<Integer>, Box<Double> 사이에 상속관계가 성립할 수 있다.

 

- 제네릭 클래스의 상속 : 제네릭 클래스들 간의 상속도 일반 클래스처럼 extends와 implements 키워드를 사용하여 표시할 수 있다. 아래는 나중에 배울 컬렉션 클래스의 일부이다.

ArrayList<E> implements List<E> { ... }

List<E> extends Collection<E> { ... }

 

 즉, Collection ← List<String> ← ArrayList<String> 순서로 부모 ← 자식 상속관계가 생긴다.

 

 

 

▶ 와일드 카드

 

- 와일드 카드(Wild Card) : 제네릭을 사용하는 코드에서 타입 매개변수를 기재하는 꺽쇠괄호 속 물음표(?)로 표현되며, 카드 게임에서 조커와 유사한 역할을 한다. 즉, 어떤 타입이던지 나타낼 수 있다.

 

- 와일드 카드는 매개변수, 필드, 지역 변수의 타입을 나타내는 등 다양하게 사용된다.

 

- 상한이 있는 와일드 카드 : 전체 타입이 아닌 일정한 상한이 있는 타입을 표시하는데 사용된다. 

 코드를 작성할 때, <? extends (상한)> 과 같이 작성한다. 예를 들어 List<Integer>, List<Double>, List<Number>에만 적용되는 메소드를 작성하고 싶다면, Integer, Double 클래스는 모두 Number 클래스를 상속받기 때문에 아래와 같이 작성하면 된다.

 

public static void exMethod(List<? extends Number> list) { ... }

 

 List<? extends Number>의 의미는 Number를 상속받은 어떤 클래스도 ? 자리에 올 수 있다는 것을 의미한다. 이는List<Number>보다는 적용 대상을 넓힌 것이다. List<Number>는 타입 매개변수로 Number에 대해서만 매치되지만 List<? extends Number>은 Number의 자식클래스까지도 타입 매개변수로 매치되기 때문이다.

 

public static double sumOfList(List<? extends Number> list) {

double s = 0.0;

 

for(Number n : list) {

s += n.doubleValue();

}

 

return s;

}

public static void main(String[] args) {

List<Integer> li = Arrays.asList(1, 2, 3, 4, 5);

System.out.println(“sum = ” + sumOfList(li));

}

 

[출력 결과]

List<Integer> 타입의 li 가 List<? extends Number> 타입을 매개변수로 받는 sumOfList의 메소드에 적용된다.

- 하한이 있는 와일드 카드 : 특정한 타입을 가진 모든 객체에 대해 작동할 때 사용되는 카드로, <? super (하한)>와 같은 문법을 사용한다.

 예를 들어 Integer 객체를 가질 수 있는 모든 객체를 리스트에 추가하는 메소드를 작성한다면, List<Integer>, List<Number>, List<Object>와 같은 Integer 값을 가지고 있는 모든 객체에 대하여 해당 메소드를 적용시킬 수 있다.

 

public static void addNumbers(List<? super Integer> list) {

for(int i = 1; I <= 10; i++) {

list.add(i);

}

}

 

- 한도가 없는 와일드 카드 : 모든 타입에 매치되는 와일드 카드로, 단순히 <?> 로 표현된다. 즉, List<?> 라고 코드를 작성하면 모든 타입의 리스트를 사용하게 되는 것이다.

 주의할 점은 List<?>와 List<Object>는 혼동할 수 있으나 차이가 있다는 것이다.

 

public static void printList(List<Object> list) {

for(Object element : list) {

System.out.println(element + ", ");

}

System.out.println();

}

 

 위의 경우 printList() 메소드는 Object 객체의 리스트(List<Object>)만 출력할 수 있다. 그 이유는 List<Integer>, List<String>, List<Double>와 같은 클래스들은 List<Object>의 자식이 아니기 때문이다.

 앞에서 언급했듯이 타입 매개변수 간의 상속관계가 성립한 것이지 클래스간의 상속관계는 성립되지 않았다.

 아래는 모든 타입에 매치되는 리스트를 매개변수로 받을 수 있는 올바르게 작성된 코드이다.

 

public static void printList(List<?> list) {

for(Object element : list) {

System.out.println(element + “, ”);

}

System.out.println();

}