[Java] 제네릭(Generic)

Java에서 컬렉션을 사용할 때 보통 다음과 같은 방식으로 '<'와 '>' 사이에 컬렉션에 넣을 변수의 타입을 선언할 것이다.

List<Integer> integer_List = new ArrayList<>();
List<String> string_List = new ArrayList<>();

 

이러한 문법을 제네릭이라고 부른다. 이번 기회에 한 번 제네릭에 대해서 공부 및 정리해보자.

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제네릭 프로그래밍(Generic Programming)이란 JDK 1.5부터 도입된 문법으로 일반적인 코드를 작성하고 이 코드를 다양한 타입의 객체에 대하여 재사용하는 객체 지향 기법이다. 간단하게 말해서 클래스를 정의할 때, 구체적인 타입을 적지 않고 변수 형태로 적어 놓는 것이다.

​그렇다면 먼저 제네릭을 왜 사용하는 것일까? 제네릭을 사용함으로써 잘못된 타입 변환을 했을 시 컴파일 과정에서 제거할 수 있기 때문이다.

자바 컴파일러는 제네릭 코드에 대해 강한 타입 체크를 함으로써 사전에 타입 에러를 방지함으로써 실행 시 타입 에러가 나는 것을 막아준다. 또한, 불필요한 타입 변환을 줄여주기 때문에 프로그램 성능이 향상되는 장점이 있다.

​간단한 예시를 통해 제네릭을 사용하지 않았을 때 발생할 수 있는 문제를 보도록 하자.

JDK 1.5 이전에는 제네릭 프로그래밍을 하려면 Object 클래스를 활용한 다형성을 이용했다. 모든 클래스는 Object 클래스의 하위 클래스이기 때문에 다형성에 의하여 Object 참조 변수는 어떤 객체든지 참조할 수 있기 때문이다.

​다음과 같은 하나의 data를 가지는 Box 클래스가 있다고 하자.

class Box {
	Object data;
}

 

Box 클래스의 data는 Object로 선언되었기 때문에 어떠한 타입의 데이터든지 저장할 수 있다.

Box box = new Box();
box.data = 100; //Integer 
box.data = "Hello"; //String

 

하지만 이 방법은 문제가 있다. 먼저 데이터를 꺼낼 때마다 타입 변환을 해줘야 한다는 것이다.

String str = (String) box.data; //String 타입으로 캐스팅해줘야 함

 

이는 부주의하게 다른 타입으로 형변환을 할 수도 있다는 문제점이 존재한다.

Integer num = (Integer) box.data; //String -> Integer : 잘못된 형변환

 

이러한 문제는 실행 도중(런타임)에 알 수 있기 때문에 제네릭을 사용함으로써 실행 전 컴파일 시 방지할 수 있도록 해주는 것이다.

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Box 클래스에 제네릭 문법을 적용시키면 다음과 같다.

class Box<T> {
	T data;
}

Box<Integer> box_Integer = new Box<>(); //Integer
Box<String> box_String = new Box<>(); //String
box_Integer.data = 100;
box_String.data = "Hello";

 

제네릭을 통해 객체 생성 시에 타입 매개변수가 결정됨으로써 잘못된 형변환 오류를 줄일 수 있다.

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Box 뒤의 T를 타입 매개변수(Type Parameter)라고 부른다. 제네릭 클래스는 여러 개의 타입 매개변수를 가질 수 있으나 타입의 이름은 클래스나 인터페이스 안에서 유일해야 한다. 주로 사용하는 타입 매개변수는 다음과 같다.

 

제네릭은 클래스뿐만 아니라 메서드에도 적용이 가능하다. 이 경우 타입 매개변수의 범위가 메서드 내부로 제한된다. 또한, 제네릭 메서드의 타입 매개변수는 반드시 메서드의 수식자와 반환형 사이에 위치해야 한다. 그 이유는 컴파일러에게 제네릭 메서드라는 것을 알려주기 위해서이다.

public <T> T get_LastElement(T[] arr) { //반드시 반환형 앞에 <T> 선언해줘야 함
    	return arr[arr.length - 1];
}

 

때때로 타입 매개변수로 전달되는 타입의 종류를 제한하고 싶을 경우가 있을 것이다. 이를 가능하게 해주는 것이 바로 한정된 타입 매개변수(Bounded Type Parameter)이다. extends라는 키워드를 사용한다.

​만약 배열에서 가장 큰 값을 반환하는 제네릭 메서드가 다음과 같이 있다고 하자.

public <T> T get_MaxElement(T[] arr) {
    T max = arr[0];
    for (int i = 1; i < arr.length; ++i) {
    	if (max.compareTo(arr[i]) > 0) {
    		max = arr[i];
    	}
   	}
   	return max;
}

 

위의 메서드는 문제가 있다. 바로 T 클래스가 Comparable 인터페이스의 compareTo를 재정의하지 않았기 때문이다. 이러한 실수를 줄이기 위해서 T가 가리킬 수 있는 클래스의 범위를 extends를 사용하여 제한하는 것이다.

public <T extends Comparable<T>> T get_MaxElement(T[] arr) {
    T max = arr[0];
    for (int i = 1; i < arr.length; ++i) {
    	if (max.compareTo(arr[i]) > 0) {
    		max = arr[i];
    	}
   	}
   	return max;
}

 

주의해야 할 점은 인터페이스여도 implements를 사용하는 것이 아니라 extends를 사용한다는 점이다.

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타입 매개변수가 어떤 타입이어도 상관없을 경우 '?'를 통해 표현하는데 이를 와일드 카드라고 한다. 와일드 카드 타입에는 3가지의 형태가 존재한다.

 

한도가 없는 와일드 카드 : 제네릭타입<?>

• 말 그대로 어떠한 타입의 매개변수든지 가능하다는 뜻이다.

 

상한이 있는 와일드 카드 : 제네릭타입<? extends 상위타입>

• 이전에 배운 extends 키워드를 사용하여 상위 클래스를 상속받는 타입만 올 수 있다는 뜻이다.

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하한이 있는 와일드 카드 : 제네릭타입<? super 하위타입>

• super라는 키워드를 사용하여 하위 클래스보다 위에 있는 타입만 올 수 있다는 뜻이다.

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마지막으로 자바 컴파일러에 의해 컴파일된 .class 파일에는 제네릭 타입이 존재하지 않는다. 이는 컴파일 시 자바 컴파일러에 의해 자동으로 검사되어 적절한 타입으로 변환 후 제거되기 때문이다.

제네릭을 제거하는 이유는 제네릭을 사용하지 않는 코드와의 호환성을 유지하기 위해서이다.