[Java] 자바 제네릭 - 선언, 생성, 타입변수 제한, 제네릭 메소드, 와일드 카드

제네릭(generic)이란?

• 자바에서 제네릭(generic)이란 데이터의 타입(data type)을 일반화한다(generalize)는 것을 의미한다.
• 제네릭은 클래스나 메소드에서 사용할 내부 데이터 타입을 컴파일 시에 미리 지정하는 방법이다. 이렇게 컴파일 시에 미리 타입 검사(type check)를 수행하면 다음과 같은 장점을 가진다.
  
  • 클래스나 메소드 내부에서 사용되는 객체의 타입 안정성을 높일 수 있다.
  • 반환값에 대한 타입 변환 및 타입 검사에 들어가는 노력을 줄일 수 있다.
• JDK 1.5 이전에서는 여러 타입을 사용하는 대부분의 클래스나 메소드에서 인수나 반환값으로 Object 타입을 사용했다. 하지만 이 경우에는 반환된 Object 객체를 다시 원하는 타입으로 타입 변환해야 하며, 이때 오류가 발생할 가능성도 존재한다.
• 하지만 JDK 1.5부터 도입된 제네릭을 사용하면 컴파일 시에 미리 타입이 정해지므로, 타입 검사나 타입 변환과 같은 번거로운 작업을 생략할 수 있게 된다.

제네릭의 선언 및 생성

• 자바에서 제네릭은 클래스와 메소드에만 다음과 같은 방법으로 선언할 수 있다.

class MyArray<T> {
    T element;
    void setElement(T element) { this.element = element; }
    T getElement() { return element; }
}

• 위의 예제에서 사용된 'T'를 타입 변수(type variable)라고 하며, 임의의 참조형 타입을 의미한다. 꼭 'T'뿐만 아니라 어떠한 문자를 사용해도 상관없으며, 여러 개의 타입 변수는 쉼표(,)로 구분하여 명시할 수 있다. 타입 변수는 클래스에서뿐만 아니라 메소드의 매개변수나 반환값으로도 사용할 수 있다. 위와 같이 선언된 제네릭 클래스(generic class)를 생성할 때에는 타입 변수 자리에 사용할 실제 타입을 명시해야 한다.

// MyArray 클래스에 사용된 타입 변수로 Integer 타입을 사용
MyArray<Integer> myArr = new MyArray<Integer>();

• 위처럼 제네릭 클래스를 생성할 때 사용할 실제 타입을 명시하면, 내부적으로는 정의된 타입 변수가 명시된 실제 타입으로 변환되어 처리된다.
• 자바에서 타입 변수 자리에 사용할 실제 타입을 명시할 때 기본 타입을 바로 사용할 수는 없어서, Integer와 같이 래퍼(wrapper) 클래스를 사용해야만 한다.

MyArray<Integer> myArr = new MyArray<>(); // Java SE 7부터 가능

• Java SE 7부터 인스턴스 생성 시 타입을 추정할 수 있는 경우에는 타입을 생략할 수 있다.

import java.util.*;

class LandAnimal { public void crying() { System.out.println("육지동물"); } }
class Cat extends LandAnimal { public void crying() { System.out.println("냐옹냐옹"); } }
class Dog extends LandAnimal { public void crying() { System.out.println("멍멍"); } }
class Sparrow { public void crying() { System.out.println("짹짹"); } }

class AnimalList<T> {
    ArrayList<T> al = new ArrayList<T>();

    void add(T animal) { al.add(animal); }
    T get(int index) { return al.get(index); }
    boolean remove(T animal) { return al.remove(animal); }
    int size() { return al.size(); }
}

public class Generic01 {
    public static void main(String[] args) {
        AnimalList<LandAnimal> landAnimal = new AnimalList<>(); // Java SE 7부터 생략가능함.

        landAnimal.add(new LandAnimal());
        landAnimal.add(new Cat());
        landAnimal.add(new Dog());
        // landAnimal.add(new Sparrow()); // 오류가 발생함.

        for (int i = 0; i < landAnimal.size() ; i++) {
            landAnimal.get(i).crying();
        }
    }
}

>> 육지동물
>> 냐옹냐옹
>> 멍멍

제네릭의 제거 시기

• 자바 코드에서 선언되고 사용된 제네릭 타입은 컴파일 시 컴파일러에 의해 자동으로 검사되어 타입 변환된다. 그리고 코드 내의 모든 제네릭 타입은 제거되어, 컴파일된 class 파일에는 어떠한 제네릭 타입도 포함되지 않게 된다. 이런 식으로 동작하는 이유는 제네릭을 사용하지 않는 코드와의 호환성을 유지하기 위해서다.

타입 변수의 제한

• 제네릭은 'T'와 같은 타입 변수(type variable)를 사용하여 타입을 제한한다. 이때 extends 키워드를 사용하면 타입 변수에 특정 타입만을 사용하도록 제한할 수 있다.
• 클래스가 아닌 인터페이스의 타입을 제한해 구현할 경우에도 implements 키워드가 아닌 extends 키워드를 사용해야만 한다.
• 클래스와 인터페이스를 동시에 상속받고 구현해야 한다면 엠퍼센트(&) 기호를 사용하면 된다.

class AnimalList<T extends LandAnimal & WarmBlood> { ... }

import java.util.*;
 
class LandAnimal { public void crying() { System.out.println("육지동물"); } }
class Cat extends LandAnimal { public void crying() { System.out.println("냐옹냐옹"); } }
class Dog extends LandAnimal { public void crying() { System.out.println("멍멍"); } }
class Sparrow { public void crying() { System.out.println("짹짹"); } }
 
// T는 LandAnimal 또는 LandAnimal의 서브클래스만을 허용
class AnimalList<T extends LandAnimal> {
    ArrayList<T> al = new ArrayList<T>();
 
    void add(T animal) { al.add(animal); }
    T get(int index) { return al.get(index); }
    boolean remove(T animal) { return al.remove(animal); }
    int size() { return al.size(); }
}

public class Generic02 {
    public static void main(String[] args) {
	    // 제네릭 타입 LandAnimal을 가지는 AnimalList 객체를 생성
        AnimalList<LandAnimal> landAnimal = new AnimalList<>(); // Java SE 7부터 생략가능
 
        landAnimal.add(new LandAnimal());
        landAnimal.add(new Cat());
        landAnimal.add(new Dog());
        // LandAnimal 또는 LandAnimal의 서브클래스 아니므로 오류 발생
        // landAnimal.add(new Sparrow()); 
        for (int i = 0; i < landAnimal.size() ; i++) {
            landAnimal.get(i).crying();
        }
    }
}

>> 육지동물
>> 냐옹냐옹
>> 멍멍

제네릭 메소드(generic method)

• 제네릭 메소드란 메소드의 선언부에 타입 변수를 사용한 메소드를 의미하며, 이때 타입 변수의 선언은 메소드 선언부에서 반환 타입 바로 앞에 위치한다.

public static <T> void sort( ... ) { ... }

• 제네릭 클래스에서 정의된 타입 변수 T와 제네릭 메소드에서 사용된 타입 변수 T는 전혀 별개의 것이다.

// 제네릭 클래스에서 정의된 타입 변수 T
class AnimalList<T> {
    ...
    // 제네릭 메소드에서 사용된 타입 변수 T
    public static <T> void sort(List<T> list, Comparator<? super T> comp) {
        ...
    }
    ...
}

와일드카드의 사용

• 와일드카드(wild card)란 이름에 제한을 두지 않음을 표현하는 데 사용되는 기호를 의미힌다.
• 자바의 제네릭에서는 물음표(?) 기호를 사용하여 이러한 와일드카드를 사용할 수 있다.

<?>           // 타입 변수에 모든 타입을 사용할 수 있음
<? extends T> // T 타입과 T 타입을 상속받는 자손 클래스 타입만을 사용할 수 있음
<? super T>   // T 타입과 T 타입이 상속받은 조상 클래스 타입만을 사용할 수 있음

import java.util.*;

class LandAnimal { public void crying() { System.out.println("육지동물"); } }
class Cat extends LandAnimal { public void crying() { System.out.println("냐옹냐옹"); } }
class Dog extends LandAnimal { public void crying() { System.out.println("멍멍"); } }
class Sparrow { public void crying() { System.out.println("짹짹"); } }

class AnimalList<T> {
    ArrayList<T> al = new ArrayList<T>();

    public static void cryingAnimalList(AnimalList<? extends LandAnimal> al) {
        LandAnimal la = al.get(0);
        la.crying();
    }

    void add(T animal) { al.add(animal); }
    T get(int index) { return al.get(index); }
    boolean remove(T animal) { return al.remove(animal); }
    int size() { return al.size(); }
}

public class Generic03 {
    public static void main(String[] args) {
        AnimalList<Cat> catList = new AnimalList<Cat>();
        catList.add(new Cat());
        AnimalList<Dog> dogList = new AnimalList<Dog>();
        dogList.add(new Dog());

        AnimalList.cryingAnimalList(catList);
        AnimalList.cryingAnimalList(dogList);
    }
}

>> 냐옹냐옹
>> 멍멍

 

Reference

• http://www.tcpschool.com/