Generics

자바5.0에 새로 추가된 기능중에 하나로 이게 뭔지 한 문장으로 표현하면 다음과 같습니다.
Generics allow you to abstract over types.

Generic을 사용하는 가장 좋은 예로 Collection을 들 수 있겠습니다.

List myIntList = new LinkedList(); // 1
myIntList.add(new Integer(0)); // 2
Integer x = (Integer) myIntList.iterator().next(); // 3

이러한 기존의 코드를 다음과 같이 사용할 수 있습니다.

List<Integer> myIntList = new LinkedList<Integer>(); // 1’
myIntList.add(new Integer(0)); //2’
Integer x = myIntList.iterator().next(); // 3’

2’ 에서 Integer가 아닌 다른 객체를 넣으려고 하면 컴파일 에러가 발생합니다. 3’ 에서는 캐스팅이 필요없습니다.

기존의 List는 모든 객체가 Object 타입으로 들어가고 그래서 꺼낼 때 캐스팅이 필요했지만 Generic을 사용한 List를 사용하면 type-parameter를 사용해서 특정 타입의 객체만 들어갈 수 있도록 지정할 수 있기 때문에 꺼낼 때 캐스팅이 필요 없습니다.

=> 코드의 가독성과 견고함(robustness)을 높여줍니다.

public interface List<E> {
    void add(E x);
    Iterator<E> iterator();
}
public interface Iterator<E> { E next();
    boolean hasNext();
}

위와 같이 생겼으며 사용하는 방법은 1. Intoduction에서 보았듯이 List<Integer>처럼 E와 같은 type-parameter 대신에 원하는 실제 타입(actual type parameter)를 넣어 주면 됩니다.

이 때 다음과 같은 코드가 생길 것이라고 생각하는 것은 괜찮지만 사실은 그렇치 않습니다.

public interface IntegerList {
void add(Integer x)
Iterator<Integer> iterator();
}

왜냐면 List<Integer>가 저런 코드를 사용하는 것 처럼 동작하긴 하지만 실제 저런 복사본을 어디에도 만들지 않기 때문입니다. C++의 탬플릿과는 다르다고 합니다.

Agile Java 14장 5절에 보면 C++은 인수화된 형(type-parameter)을 사용할 때마다 새로운 형식을 만든다고 합니다. 하지만 자바는 Erasure(삭제) 방식을 사용한다고 합니다. 즉 인수화된 형식 정보를 지우고 적절한 캐스팅으로 대체 된다고 합니다.

List<String> ls = new ArrayList<String>(); //1
List<Object> lo = ls; //2

위 두 줄의 코드 중에서 1번은 문제가 없고 2번은 컴파일 에러가 발생합니다. 다음과 같은 일이 발생 할 수 있기 때문에 미연에 방지하기 위함입니다.

lo.add(new Object()); // 3
String s = ls.get(0); // 4: attempts to assign an Object to a String!

void printCollection(Collection c) {
    Iterator i = c.iterator();
    for (k = 0; k < c.size(); k++) {
        System.out.println(i.next());
}}

위와 같은 코드를 Generic을 사용하여 다음과 같이 표현하고 싶겠지만...

void printCollection(Collection<Object> c) {
    for (Object e : c) {
        System.out.println(e);
}}

원하는 대로 동작하지 않을 것입니다. 오로지 Object만 들어있는 컬렉션을 받을 수 있을 뿐... List<String>을 printCollection의 매개 변수로 넣으려고 하면 컴파일 에러가 발생합니다. 3. Generics and Subtyping에서 발생했던 문제와 같은 논리입니다.

Collection<Object>는 모든 타입들의 Supertype이 아닙니다. 모든 타입들의 Supertyle은 ? 와일드 카드를 사용해서 표현합니다. 즉 Collection<?> 이렇게 표현하면 됩니다. 따라서 위의 메소드를 다음과 같이 작성하면 원하는 결과를 얻을 수 있습니다.

void printCollection(Collection<?> c) {
    for (Object e : c) {
        System.out.println(e);
}}

주의할 것은 ? 을 사용한 콜렉션에 추가하는 일을 하면 컴파일 에러가 발생한다는 것입니다.

Collection<?> c = new ArrayList<String>();
c.add(new Object()); // compile time error

왜냐면.. ? 는 모든 타입을 나타내기 때문에 Collection에 어떤 타입이 들어갈지 예측할 수 없기 때문입니다. 1. Introduction에서 Collection에 타입의 제약을 가해서 빼낼 때 캐스팅 없이 알고 있는 타입으로 빼내는 견고함과 가독성을 위해 Generics를 사용하기 시작한 것을 기억하실 것입니다. 그렇다면 지금 벌어지는 일이 그와는 정반대 되는 일임을 알 수 있을 것입니다. 따라서 컴파일 에러가 발생합니다.

넣는 것과 다르게 ? 를 사용한 Collection에서 꺼내는 일(get())은 가능합니다. 위와 같은 코드의 경우 나오는 객체의 타입을 Object 타입으로 예상하고 있고 실제 모든 객체들은 Object 타입이기 때문입니다.

? 의 기본 상위 경계는 Object 이기 때문이라고 해도 되겠네요. 조금 후에 extends를 사용해서 상위 경계를 원하는 타입으로 제한할 수 있는데 그때는 나오는 타입을 역시 원하는 상위 타입으로 예측할 수 있기 때문에 get()을 하는데는 아무 문제가 없습니다.

bl195.bmp위와 같은 구조에서 Canvas의 drawAll의 코드가 다음과 같다고 생각해 봅니다.

public void drawAll(List<Shape> shapes) {
    for (Shape s: shapes) {
       s.draw(this);
   }
}

이
때 drawAll의 매개 변수로 넘겨줄 수 있는 Collection은 오로지 List<Shape> 밖에 없습니다.
하지만 메소드 선언 부를 다음과 같이 바꾸면 public void drawAll(List<? extends
Shape> shapes) { ... } List<Circle>과 List<Rectangle>도
매개변수로 넘겨 줄 수 있습니다.

<? extends Shape>와 같은 표현을 상위
경계[footnote]기본 상위 경계는 Object 입니다.[/footnote]을 가했다고 해서 bounded wildcard
라고 하며 Shape를 상위 경계(upper bound)라고 합니다.

이때도 역시 4. Wildcards 에서 보았던 것처럼 다음의 코드는 컴파일 에러를 발생합니다.

public void addRectangle(List<? extends Shape> shapes) {
   shapes.add(0, new Rectangle()); // compile-time error!
}

? 의 상위 제한은 알지만 여전히 어떤 객체가 들어갈지는 예측할 수가 없습니다. List<Rectangle> 에 Rectangle의 상위 타입(Shape의 하위타입이면서..)이 들어 갈 수도 있기 때문입니다.

static void fromArrayToCollection(Object[] a, Collection<?> c) {
    for (Object o : a) {
        c.add(o); // compile time error
}}

배열에 있는 요소들을 콜렉션으로 옮겨 담는 메소드인데 위의 메소드에서 컴파일 에러가 발생하는 이유는 앞에서도 설명을 했지만 ? 와일드 카드는 모든 타입을 나타내기 때문에 Collection이 어느 특정 타입을 유지 하리라 예측 할 수 없기 때문입니다.

static <T> void fromArrayToCollection(T[] a, Collection<T> c) {
    for (T o : a) {
        c.add(o); // correct
}}

하지만 위 코드는 에러가 발생하지 않습니다. T라는 특정 타입 하나로 제한되었기 때문입니다. 이런 메소드를 generic method라고 합니다. 위 메소드를 사요하면 특정 타입만을 가지는 Collection을 만들 수 있기 때문에 Generics를 사용하는 이유인 견고함과 가독성 유지에 위배되지 않습니다.

그렇다면 문제는 언제 ? 를 쓰고 언제 generic method를 사용하는가 입니다.

interface Collection<E> {
    public boolean containsAll(Collection<?> c);
    public boolean addAll(Collection<? extends E> c);
}

위 코드를 아래 처럼 generic method를 사용해서 표현할 수도 있습니다.

interface Collection<E> {
    public <T> boolean containsAll(Collection<T> c);
    public <T extends E> boolean addAll(Collection<T> c);
// hey, type variables can have bounds too!
}

하지면 여기서 사용된 T라는 type parameter는 리턴타입에 영향을 주지도 않으며 매개변수들 간의 계층 관계를 나타내지도 않습니다.[footnote]물론 여기서 매개변수는 한 개 밖에 없어서 더욱 그렇쵸.[/footnote] 이런 경우에서 addAll에서의 E는 상위제한을 가하는 용도로만 사용되었습니다. 또한 다양한 type을 받아 들이기 위해 T라는 type parameter를 사용했습니다. 이럴때는 ? 와일드카드를 사용하는 것이 좋습니다.

다형성을 나타내고 싶고 매개 변수에서 한번만 사용되는 type parameter는 generic method보다 ? 와일드 카들르 사용하는 것이 좋습니다.
generic method는 매개변수 타입들 간 or/and 리턴 타입 간의 관계를 표현할 때 사용하는 것이 좋습니다.

주의 할 것은 아래와 같이 매개변수 간의 관계가 있다고 해서

class Collections {
    public static <T> void copy(List<T> dest, List<? extends T> src){...}
}

아래와 같이 S라는 type parameter를 상용할 수도 있습니다.

class Collections {
    public static <T, S extends T> void copy(List<T> dest, List<S> src){...}
}

하지만 여기서 매개변수들 만 본다면 T라는 type parameter는 두 개의 매개변수에서 모두 사용된 것이지만[footnote]S = S extends T 이기 때문에 S를 대체하면 T가 두번 사용된 것입니다.[/footnote] S는 하나의 매개변수에서 사용된 것이나 마찬가지 입니다. 따라서 이 경우도 ? 와일드 카드를 사용하는 것이 보다 깨끗하고 간결합니다.