Programming Language/Java

[Java] 28. 제네릭 - Generic(2)

lumana 2025. 1. 13. 21:53

제네릭 - Generic(2)

#Java

정리

저번 챕터처럼 크게 제네릭 타입, 타입 매개변수를 이용하여 코드를 개선하는 예제를 봐보자.

package generic.ex3;

public class AnimalHospitalV2<T> {
    private T animal;

    public void set(T animal) {
        this.animal = animal;
    }

    public void checkup() {
        // T의 타입을 메서드를 정의하는 시점에는 알 수 없다. Object의 기능만 사용 가능
        animal.toString();
        animal.equals(null);
        // 컴파일 오류
        //System.out.println("동물 이름: " + animal.getName());
        //animal.sound();
    }

    public T getBigger(T target) {
        // 컴파일 오류
        //return animal.getSize() > target.getSize() ? animal : target;
        return null;
    }
}

DogHospital, CatHospital, AnimalHospital 모두 받을 수 있는 <T> 를 사용해서 제네릭 타입을 선언했다.
하지만 Anima에서 정의된 메서드를 사용할 수 없다. 자바 컴파일러 입장에서 T 에 어떤 값이 들어올지 예측할 수 없기 때문이다. 우리는 Animal 타입의 자식을 들어오기를 기대했지만, 여기 코드 어디에도 Animal 에 대한 정보는 없다. Integer가 올 수도 있는 것이고, Object가 올 수도 있는 것이다.

자바 컴파일러는 어떤 타입이 들어올지 알 수 없기 때문에 T 를 어떤 타입이든 받을 수 있는 모든 객체의 최종 부모인 Object 타입으로 가정한다. 따라서 Object 가 제공하는 메서드만 호출할 수 있다.

여기에 추가로 한 가지 문제가 더 있다. 바로 동물 병원에 Integer, Object 같은 동물과 전혀 관계 없는 타입을 타입 인자로 전달할 수 있다는 점이다. 우리는 최소한 Animal 이나 그 자식을 타입 인자로 제한하고 싶다.

자바는 타입 매개변수를 제한할 수 있는 기능을 제공한다.

타입 매개변수 제한

public class AnimalHospitalV3<T extends Animal> {
	// 이하 동일
}

타입 매개변수 T 를 Animal 과 그 자식만 받을 수 있도록 제한을 두는 것이다.
즉 T 의 상한이 Animal 이 되는 것이다.

이렇게 되면 타입 인자로 들어올 수 있는 값이 Animal과 그 자식으로 제한된다.

이제 자바 컴파일러는 T 에 입력될 수 있는 값의 범위를 예측할 수 있으므로 위 예시에서는 Animal이 제공하는 기능을 사용할 수 있다.

타입 매개변수 제한 정리
제네릭에 타입 매개변수 상한을 사용해서 타입 안전성을 지키면서 상위 타입의 원하는 기능까지 사용할 수 있었다. 덕분에 코드 재사용과 타입 안전성이라는 두 마리 토끼를 동시에 잡을 수 있었다.

제네릭 메서드

지금까지는 제네릭 타입으로 선언한 클래스를 다뤘다. 제네릭이 클래스 단위로 적용되었다.
이번에는 특정 메서드에 제네릭을 적용하는 제네릭 메서드에 대해 알아보자.

public class GenericMethod {
    public static Object objMethod(Object obj) {
        System.out.println("object print: " + obj);
        return obj;
    }

    public static <T> T genericMethod(T t) {
        System.out.println("generic print: " + t);
        return t;
    }

    public static <T extends Number> T numberMethod(T t) {
        System.out.println("bound print: " + t);
        return t;
    }
}

public class MethodMain1 {
    public static void main(String[] args) {
        Integer i = 10;
        Object object = GenericMethod.objMethod(i);

        // 타입 인자(Type Argument) 명시적 전달
        System.out.println("명시적 타입 인자 전달");
        Integer result = GenericMethod.<Integer>genericMethod(i);
        Integer integerValue = GenericMethod.<Integer>numberMethod(10);
        Double doubleValue = GenericMethod.<Double>numberMethod(20.0);
    }
}

제네릭 타입

정의: GenericClass<T>
타입 인자 전달: 객체를 생성하는 시점
- 예) new GenericClass<String>

제네릭 메서드

정의: <T> T genericMethod(T t)
타입 인자 전달: 메서드를 호출하는 시점
- 예) GenericMethod.<Integer>genericMethod(i)
제네릭 메서드는 클래스 전체가 아니라 특정 메서드 단위로 제네릭을 도입할 때 사용한다.
제네릭 메서드를 정의할 때는 메서드의 반환 타입 왼쪽에 다이아몬드를 사용해서 <T> 와 같이 타입 매개변수를 적어준다.
제네릭 메서드는 메서드를 실제 호출하는 시점에 다이아몬드를 사용해서 <Integer> 와 같이 타입을 정하고 호출한다.

제네릭 메서드의 핵심은 메서드를 호출하는 시점에 타입 인자를 전달해서 타입을 지정하는 것이다. 따라서 타입을 지정하면서 메서드를 호출한다.

인스턴스 메서드, static 메서드

제네릭 메서드는 인스턴스 메서드와 static 메서드에 모두 적용할 수 있다. 다만, static 메서드에서 제네릭 타입과는 무관하다는 점을 인지하자. static 메서드는 인스턴스 단위가 아니라 클래스 단위로 작동하기 때문에 제네릭 타입과는 무관하다

class Box<T> {
    T instanceMethod(T t) {} // 가능
    static T staticMethod1(T t) {} // 제네릭 타입의 T 사용 불가능
}

제네릭 메서드의 타입 매개변수 제한

제네릭 메서드도 제네릭 타입과 마찬가지로 타입 매개변수를 제한할 수 있다.

public static <T extends Number> T numberMethod(T t) {}

제네릭 메서드 타입 추론

Integer i = 10;
Integer result = GenericMethod.<Integer>genericMethod(i);

자바 컴파일러는 genericMethod() 에 전달되는 인자 i 의 타입이 Integer 라는 것을 알 수 있다. 또한 반환 타입이 Integer result 라는 것도 알 수 있다. 이런 정보를 통해 자바 컴파일러는 타입 인자를 추론할 수 있다.

따라서, 제네릭 메서드를 호출할 때 타입을 생략할 수 있다.
Integer result2 = GenericMethod.genericMethod(i);

타입을 추론해서 컴파일러가 대신 처리하기 때문에 타입을 전달하지 않는 것처럼 보인다. 하지만 실제로는 타입 인자가 전달된다는 것을 기억하자.

제네릭 타입과 제네릭 메서드의 우선순위

제네릭 타입과 제네릭 메서드의 타입 매개변수를 같은 이름으로 사용하면 어떻게 될까?

제네릭 타입보다 제네릭 메서드가 높은 우선순위를 가진다. 따라서 제네릭 메서드가 적용된다.
하지만 이렇게 이름이 겹치면 모호하므로 둘의 이름이 겹치면 다음과 같이 둘 중 하나를 다른 이름으로 변경하는 것이 좋다.

와일드카드

“와일드카드”는 제네릭 타입을 편리하게 사용하게 해준다.
(와일드카드라는 뜻은 컴퓨터 프로그래밍에서 *, ? 와 같이 하나 이상의 문자들을 상징하는 특수 문자를 뜻한다. 쉽게 이야기해서 여러 타입이 들어올 수 있다는 뜻이다.)

비제한 와일드카드

// 이것은 제네릭 메서드이다.
// Box<Dog> dogBox를 전달한다. 타입 추론에 의해 타입 T가 Dog가 된다.
static <T> void printGenericV1(Box<T> box) {
    System.out.println("T = " + box.get());
}

// 이것은 제네릭 메서드가 아니다. 일반적인 메서드이다.
// Box<Dog> dogBox를 전달한다. 와일드카드 ?는 모든 타입을 받을 수 있다.
static void printWildcardV1(Box<?> box) {
    System.out.println("? = " + box.get());
}

와일드카드는 제네릭 타입이나 제네릭 메서드를 정의할 때 사용하는 것이 아니다. Box<Dog>, Box<Cat> 처럼 타입 인자가 전달된 제네릭 타입을 전달 받아서 활용할 때 사용한다.
와일드카드인 ? 는 모든 타입을 다 받을 수 있다는 뜻이다.
- 다음과 같이 해석할 수 있다. ? == <? extends Object>
이렇게 ? 만 사용해서 제한 없이 모든 타입을 다 받을 수 있는 와일드카드를 비제한 와일드카드라 한다.
- 여기에는 Box<Dog> dogBox , Box<Cat> catBox , Box<Object> objBox 가 모두 입력될 수 있다.

제네릭 메서드 실행 예시

// 1. 전달
printGenericV1(dogBox)

// 2. 제네릭 타입 결정 dogBox는 Box<Dog> 타입, 타입 추론 -> T의 타입은 Dog
static <T> void printGenericV1(Box<T> box) {
    System.out.println("T = " + box.get());
}

// 3. 타입 인자 결정
static <Dog> void printGenericV1(Box<Dog> box) {
    System.out.println("T = " + box.get());
}

// 4. 최종 실행 메서드
static void printGenericV1(Box<Dog> box) {
    System.out.println("T = " + box.get());
}

와일드 카드 실행 예시

// 1. 전달
printWildcardV1(dogBox)

// 이것은 제네릭 메서드가 아니다. 일반적인 메서드이다.
// 2. 최종 실행 메서드, 와일드카드 ?는 모든 타입을 받을 수 있다.
static void printWildcardV1(Box<?> box) {
    System.out.println("? = " + box.get());
}

printGenericV1() 제네릭 메서드를 보자. 제네릭 메서드에는 타입 매개변수가 존재한다. 그리고 특정 시점에 타입 매개변수에 타입 인자를 전달해서 타입을 결정해야 한다. 이런 과정은 매우 복잡하다.

반면에 printWildcardV1() 메서드를 보자. 와일드카드는 일반적인 메서드에 사용할 수 있고, 단순히 매개변수로 제네릭 타입을 받을 수 있다. 제네릭 메서드처럼 타입을 결정하거나 복잡하게 작동하지 않는다. 단순히 일반적인 메서드에 제네릭 타입을 받을 수 있는 매개변수가 하나 있는 것 뿐이다.

제네릭 타입이나 제네릭 메서드를 정의하는게 꼭 필요한 상황이 아니라면, 더 단순한 와일드카드 사용을 권장한다.

상한 와일드 카드

static <T extends Animal> void printGenericV2(Box<T> box) {
    T t = box.get();
    System.out.println("이름 = " + t.getName());
}

static void printWildcardV2(Box<? extends Animal> box) {
    Animal animal = box.get();
    System.out.println("이름 = " + animal.getName());
}

제네릭 메서드와 마찬가지로 와일드카드에도 상한 제한을 둘 수 있다.
- 여기서는 ? extends Animal 을 지정했다.
Animal 과 그 하위 타입만 입력 받는다. 만약 다른 타입을 입력하면 컴파일 오류가 발생한다.
box.get() 을 통해서 꺼낼 수 있는 타입의 최대 부모는 Animal 이 된다. 따라서 Animal 타입으로 조회할 수 있다.
결과적으로 Animal 타입의 기능을 호출할 수 있다.

타입 매개변수가 꼭 필요한 경우

와일드카드는 제네릭을 정의할 때 사용하는 것이 아니다. Box<Dog>, Box<Cat> 처럼 타입 인자가 전달된 제네릭 타입을 전달 받아서 활용할 때 사용한다. 따라서 다음과 같은 경우에는 제네릭 타입이나 제네릭 메서드를 사용해야 문제를 해결할 수 있다.

static <T extends Animal> T printAndReturnGeneric(Box<T> box) {
    T t = box.get();
    System.out.println("이름 = " + t.getName());
    return t;
}

static Animal printAndReturnWildcard(Box<? extends Animal> box) {
    Animal animal = box.get();
    System.out.println("이름 = " + animal.getName());
    return animal;
}

printAndReturnGeneric() 은 다음과 같이 전달한 타입을 명확하게 반환할 수 있다.

Dog dog = WildcardEx.printAndReturnGeneric(dogBox)

반면에 printAndReturnWildcard() 의 경우 전달한 타입을 명확하게 반환할 수 없다. 여기서는 Animal 타입으로 반환한다.

Animal animal = WildcardEx.printAndReturnWildcard(dogBox)

메서드의 타입들을 특정 시점에 변경하려면 제네릭 타입이나, 제네릭 메서드를 사용해야 한다.
와일드카드는 이미 만들어진 제네릭 타입을 전달 받아서 활용할 때 사용한다. 따라서 메서드의 타입들을 타입 인자를 통해 변경할 수 없다. 쉽게 이야기해서 일반적인 메서드에 사용한다고 생각하면 된다.

하한 와일드카드

와일드카드는 상한 뿐만 아니라 하한도 지정할 수 있다.

	static void writeBox(Box<? super Animal> box) {
        box.set(new Dog("멍멍이", 100));
    }

이 코드는 ? 가 Animal 타입을 포함한 Animal 타입의 상위 타입만 입력 받을 수 있다는 뜻이다.

Box<Object> objBox : 허용
Box<Animal> animalBox : 허용
Box<Dog> dogBox : 불가
Box<Cat> catBox : 불가

타입 이레이저

이레이저(eraser) 는 지우개라는 뜻이다. 제네릭은 자바 컴파일 단계에서만 사용되고, 컴파일 이후에는 제네릭 정보가 삭제된다. 제네릭에 사용한 타입 매개변수가 모두 사라지는 것이다. 쉽게 이야기해서 컴파일 전인 .java 에는 제네릭의 타입 매개변수가 존재하지만, 컴파일 이후인 자바 바이트코드 .class 에는 타입 매개변수가 존재하지 않는 것이다.

제네릭 타입 선언

GenericBox.java

public class GenericBox<T> {
    private T value;

    public void set(T value) {
        this.value = value;
    }

    public T get() {
        return value;
    }
}

제네릭 타입을 선언했다.

제네릭 타입에 Integer 타입 인자 전달
Main.java

void main() {
    GenericBox<Integer> box = new GenericBox<Integer>();
    box.set(10);
    Integer result = box.get();
}

이렇게 하면 자바 컴파일러는 컴파일 시점에 타입 매개변수와 타입 인자를 포함한 제네릭 정보를 활용해서 new GenericBox<Integer>() 에 대해 다음과 같이 이해한다.

public class GenericBox<Integer> {
    private Integer value;

    public void set(Integer value) {
        this.value = value;
    }

    public Integer get() {
        return value;
    }
}

컴파일이 모두 끝나면 자바는 제네릭과 관련된 정보를 삭제한다. 이때 .class 에 생성된 정보는 다음과 같다.

컴파일 후
GenericBox.class

public class GenericBox {
    private Object value;

    public void set(Object value) {
        this.value = value;
    }

    public Object get() {
        return value;
    }
}

상한 제한 없이 선언한 타입 매개변수 T 는 Object 로 변환된다.

Main.class

void main() {
    GenericBox box = new GenericBox();
    box.set(10);
    Integer result = (Integer) box.get(); // 컴파일러가 캐스팅 추가
}

값을 반환 받는 부분을 Object 로 받으면 안된다. 자바 컴파일러는 제네릭에서 타입 인자로 지정한 Integer 로 캐스팅하는 코드를 추가해준다.

타입 매개변수 제한의 경우

타입 매개변수를 제한하면 제한한 타입으로 코드를 변경한다.

컴파일 전

AnimalHospitalV3.java

public class AnimalHospitalV3<T extends Animal> {
    private T animal;

    public void set(T animal) {
        this.animal = animal;
    }

    public void checkup() {
        System.out.println("동물 이름: " + animal.getName());
        System.out.println("동물 크기: " + animal.getSize());
        animal.sound();
    }

    public T getBigger(T target) {
        return animal.getSize() > target.getSize() ? animal : target;
    }
}

// 사용 코드 예시
AnimalHospitalV3<Dog> hospital = new AnimalHospitalV3<>();
...
Dog dog = animalHospitalV3.getBigger(new Dog());

컴파일 후

AnimalHospitalV3.class

public class AnimalHospitalV3 {
    private Animal animal;

    public void set(Animal animal) {
        this.animal = animal;
    }

    public void checkup() {
        System.out.println("동물 이름: " + animal.getName());
        System.out.println("동물 크기: " + animal.getSize());
        animal.sound();
    }

    public Animal getBigger(Animal target) {
        return animal.getSize() > target.getSize() ? animal : target;
    }
}

T 의 타입 정보가 제거되어도 상한으로 지정한 Animal 타입으로 대체되기 때문에 Animal 타입의 메서드를 사용하는데는 아무런 문제가 없다.

// 사용 코드 예시
AnimalHospitalV3 hospital = new AnimalHospitalV3<>();
...
Dog dog = (Dog) animalHospitalV3.getBigger(new Dog());

반환 받는 부분을 Animal 로 받으면 안되기 때문에 자바 컴파일러가 타입 인자로 지정한 Dog 로 캐스팅하는 코드를 넣어준다.

자바의 제네릭은 단순하게 생각하면 개발자가 직접 캐스팅 하는 코드를 컴파일러가 대신 처리해주는 것이다. 자바는 컴파일 시점에 제네릭을 사용한 코드에 문제가 없는지 완벽하게 검증하기 때문에 자바 컴파일러가 추가하는 다운 캐스팅에는 문제가 발생하지 않는다.

자바의 제네릭 타입은 컴파일 시점에만 존재하고, 런타임 시에는 제네릭 정보가 지워지는데, 이것을 타입 이레이저라고 한다.

타입 이레이저 방식의 한계

컴파일 이후에는 제네릭의 타입 정보가 존재하지 않는다. .class 로 자바를 실행하는 런타임에는 우리가 지정한 Box<Integer>, Box<String> 의 타입 정보가 모두 제거된다.

따라서 런타임에 타입을 활용하는 다음과 같은 코드는 작성할 수 없다.

소스 코드

class EraserBox<T> {
    public boolean instanceCheck(Object param) {
        return param instanceof T; // 오류
    }

    public void create() {
        return new T(); // 오류
    }
}

런타임

class EraserBox {
    public boolean instanceCheck(Object param) {
        return param instanceof Object; // 오류
    }

    public void create() {
        return new Object(); // 오류
    }
}

여기서 T 는 런타임에 모두 Object 가 되어버린다.
instanceof 는 항상 Object 와 비교하게 된다. 이렇게 되면 항상 참이 반환되는 문제가 발생한다. 자바는 이런 문제 때문에 타입 매개변수에 instanceof 를 허용하지 않는다.
new T 는 항상 new Object 가 되어버린다. 개발자가 의도한 것과는 다르다. 따라서 자바는 타입 매개변수에 new 를 허용하지 않는다.

실무에서 직접 제네릭을 사용해서 무언가를 설계하거나 만드는 일은 드물다. 그것보다는 대부분 이미 제네릭을 통해 만들어진 프레임워크나 라이브러리들을 가져다 사용하는 경우가 훨씬 많다. 그래서 이미 만들어진 코드의 제네릭을 읽고 이해하는 정도면 충분하다. 실무에서 직접 제네릭을 사용하더라도 어렵고 복잡하게 사용하기 보다는 보통 단순하게 사용하는 것이 일반적이다.

참고) 김영한의 실전 자바 - 중급 2편

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[Java] 28. 제네릭 - Generic(2)

제네릭 - Generic(2)

정리

타입 매개변수 제한

제네릭 메서드

제네릭 타입

제네릭 메서드

인스턴스 메서드, static 메서드

제네릭 메서드의 타입 매개변수 제한

제네릭 메서드 타입 추론

제네릭 타입과 제네릭 메서드의 우선순위

와일드카드

비제한 와일드카드

상한 와일드 카드

타입 매개변수가 꼭 필요한 경우

하한 와일드카드

타입 이레이저

제네릭 타입 선언

타입 매개변수 제한의 경우

컴파일 전

컴파일 후

타입 이레이저 방식의 한계

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제네릭 - Generic(2)

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타입 매개변수 제한

제네릭 메서드

제네릭 타입

제네릭 메서드

인스턴스 메서드, static 메서드

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