제네릭 타입

왜 제네릭을 사용해야 하는가?

제네릭 타입을 이용함으로써 잘못된 타입이 사용될 수 있는 문제를 컴파일 과정에서 제거할 수 있게 되었다. 제네릭은 클래스와 인터페이스, 그리고 메서드를 정의할 때 타입(type)을 파라미터(parameter)로 사용할 수 있도록 한다.

컴파일 시 강한 타입 체크를 할 수 있다.

자바 컴파일러는 코드에서 잘못 사용된 타입 때문에 발생하는 문제점을 제거하기 위해 제네릭 코드에 대해 강한 타입체크를 한다. 실행 시 타입 에러가 나는 것보다는 컴파일 시에 미리 타입을 강하게 체크해서 에러를 사전에 방지하는 것이 좋다.

타입 변환(casting)을 제거한다.

비제네릭 코드는 불필요한 타입 변환을 하기 때문에 프로그램 성능에 악영향을 미친다. 다음 코드를 보면 List에 문자열 요소를 저장했지만, 요소를 찾아올 때는 반드시 String으로 타입 변환을 해야 한다.

List list = new ArrayList();
list.add("hello");
String str = (String) list.get(0);  // 타입 변환을 해야 한다.

다음과 같이 제네릭 코드로 수정하면 List에 저장되는 요소를 String 타입으로 국한하기 때문에 요소를 찾아올 때 타입 변환을 할 필요가 없어 프로그램 성능이 향상된다.

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("hello");
String str = list.get(0);  // 타입 변환을 하지 않는다.

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제네릭 타입(class, interface)

제네릭 타입은 타입을 파라미터로 가지는 클래스와 인터페이스를 말한다. 제네릭 타입은 클래스 또는 인터페이스 이름 뒤에"<>" 부호가 붙고, 사이에 타입 파라미터가 위치한다. 아래 코드에서 타입 파라미터의 이름은 T이다.

public class 클래스명<T>{ ... }
public interface 인터페이스명<T>{ ... }

타입 파라미터는 변수명과 동일한 규칙에 따라 작성할 수 있지만, 일반적으로 대문자 알파벳 한 글자로 표현한다. 제네릭 타입을 실제 코드에서 사용하려면 타입 파라미터에 구체적인 타입을 지정해야 한다. 그렇다면 왜 이런타입 파라미터를 사용해야 할까? 그 이유를 알기 위해 다음 Box 클래스를 살펴보자.

public class Box {
    private Object object;
    public Object getObject() { return object; }
    public void setObject(Object object) { this.object = object; }
}

Box 클래스의 필드 타입이 Object인데, Object 타입으로 선언한 이유는 필드에 모든 종류의 객체를 저장하고 싶어서이다. Object 클래스는 모든 자바 클래스의 최상위 조상(부모) 클래스이다. 따라서 자식 객체는 부모 타입에 대입할 수 있다는 성질 때문에 모든 자바 객체는 Object 타입으로 자동 타입 변환되어 저장된다.

Object object = 자바의 모든 객체;

set() 메소드는 매개 변수 타입으로 Object를 사용함으로써 매개값으로 자바의 모든 객체를 받을수 있게 했고, 받은 매개값을 Object 필드에 저장시킨다. 반대로 get() 메소드는 Object 필드에 저장된 객체를 Object 타입으로 리턴한다. 만약 필드에 저장된 원래 타입의 객체를 얻으려면 다음과 같이 강제 타입 변환을 해야 한다.

Box = new Box();
box.set("hello")                  // String 타입을 Object 타입으로 자동 타입 변환해서 저장
String str = (String) box.get();  // Object 타입을 String 타입으로 강제 타입 변환해서 얻음

public class Box {
    private Object object;

    public Object get() {
        return object;
    }

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

public class Apple {
}

public class BoxExample {
    public static void main(String[] args) {
        Box box = new Box();
        box.set("홍길동");
        String name = (String) box.get();

        box.set(new Apple());
        Apple apple = (Apple) box.get();
    }
}

이와 같이 Object 타입을 사용하면 모든 종류의 자바 객체를 저장할 수 있다는 장점은 있지만, 저장할 때 타입 변환이 발생하고, 읽어올 때에도 타입 변환이 발생한다. 이러한 타입변환이 빈번해지면 전체 프로그램 성능에 좋지 못한 결과를 가져올 수 있다. 그렇다면 모든 종류의 객체를 저장하면서 타입 변환이 발생하지 않도록 하는 방법이 없을까? 해결책은 제네릭에 있다. 다음은 제네릭을 이용해서 Box 클래스를 수정한 것이다.

public class Box<T> {
    private T t;
    public T get() { return t; }
    public void set(T t) { this.t = t; }
}

타입 파라미터 T를 사용해서 Object 타입을 모두 T로 대체했다. T는 Box 클래스로 객체를 생성할때 구체적인 타입으로 변경된다. 예를 들어 다음과 같이 Box 객체를 생성했다고 가정해보자.

Box<String> box = new Box<String>();

타입 파라미터 T는 String 타입으로 변경되어 Box 클래스의 내부는 다음과 같이 자동으로 재구성 된다.

public class Box<String> {
    private String t;
    public void set(String t) { this.t = t; }
    public String get() { return t; }
}

필드 타입이 String으로 변경되었고, set() 메소드도 String 타입만 매개값으로 받을 수 있게 변경되었다. 그리고 get() 메소드 역시 String 타입으로 리턴하도록 변경되었다. 그래서 다음 코드를 보면 저장할 때와 읽어올 때 전혀 타입 변환이 발생하지 않는다.

Box<String> box = new Box<>();
box.set("hello");
String str = box.get();

이번에는 다음과 같이 Box 객체를 생성했다고 가정해보자. Integer는 int 값에 대한 객체 타입으로 자바에서 제공하는 표준 API이다.

Box<Integer> box = new Box<>();

타입 파라미터 T는 Integer 타입으로 변경되어 Box 클래스는 내부적으로 다음과 같이 자동으로 재구성된다.

public class Box<Integer> {
    private Integer t;
    public void set(Integer t) { this.t = t; }
    public Integer get() { return t; }
}

필드 타입이 Integer로 변경되었고, set() 메소드도 Integer 타입만 매개값으로 받을 수 있게 변경되었다. 그리고 get() 메소드 역시 Integer 타입으로 리턴하도록 변경되었다. 그래서 다음 코드를 보면 저장할 때와 읽어올 때 전혀 타입 변환이 발생하지 않는다.

Box<Integer> box = new Box<>();
box.set(6);             // 자동 Boxing
int value = box.get();  // 자동 UnBoxing

이와 같이 제네릭은 클래스를 설계할 때 구체적으로 타입을 명시하지 않고, 타입 파라미터로 대체했다가 실제 클래스가 사용될 대 구체적인 타입을 지정함으로써 타입 변환을 최소화 시킨다.

public class Box<T> {
    private T t;

    public T get() {
        return t;
    }

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

public class BoxExample {
    public static void main(String[] args) {
        Box<String> box1 = new Box<>();
        box1.set("홍길동");
        String name = box1.get();

        Box<Integer> box2 = new Box<>();
        box2.set(6);
        int value = box2.get();
    }
}

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멀티 타입 파라미터(class<K,V, ...>, integerface<K,V, ...>)

제네릭 타입은 두 개 이상의 멀티 타입 파라미터를 사용할 수 있는데, 이 경우 각 타입 파라미터를 콤마로 구분한다. 다음 예제는 Product<T, M> 제네릭 타입을 정의하고 ProductExample 클래스에서 Product<Tv, String> 객체와 Product<Car, String> 객체를 생성한다. 그리고 Geter와 Setter를 호출하는 방법을 보여준다.

public class Product<T, M> {
    private T kind;
    private M model;

    public T getKind() {
        return kind;
    }

    public void setKind(T kind) {
        this.kind = kind;
    }

    public M getModel() {
        return model;
    }

    public void setModel(M model) {
        this.model = model;
    }
}

public class ProductExample {
    public static void main(String[] args) {
        Product<Tv, String> product1 = new Product<>();
        product1.setKind(new Tv());
        product1.setModel("스마트Tv");
        Tv tv = product1.getKind();
        String tvModel = product1.getModel();

        Product<Car, String> product2 = new Product<>();
        product2.setKind(new Car());
        product2.setModel("디젤");
        Car car = product2.getKind();
        String carModel = product2.getModel();
    }
}

제네릭 타입 변수 선언과 객체 생성을 동시에 할 때 타입 파라미터 자리에 구체적인 타입을 지정하는 코드가 중복해서 나와 다소 복잡해질 수 있다. 자바 7부터 제네릭 타입 파라미터의 중복기술을 줄이기 위해 다이아몬드 연산자 <>를 제공한다. 자바 컴파일러는 타입 파라미터 부분에 <> 연산자를 사용하면 타입 파라미터를 유추해서 자동으로 설정해준다. 예를 들어 다음은 자바6 이전 버전에서 사용한 제네릭 타입 변수 선언과 객체 생성 코드이다.

Product<Tv, String> product = new Product<Tv, String>();

자바 7부터는 다이아몬드 연산자를 사용해서 다음과 같이 간단하게 작성할 수 있다.

Product<Tv, String> product = new Product<>();

참고 서적: 이것이 자바다(신용권 저)