Java Generic

제네릭

데이터 타입을 일반화 하는 것
클래스나 메서드에서 사용할 내부 데이터 타입을 컴파일 시에 미리 지정하는 방법
컴파일 시 type check를 함으로써 클래스나 메서드 내부에서 사용되는 객체의 타입의 안정성을 높이고, 반환값에 대한 타입 변환 및 타입 검사에 들어가는 노력을 줄일 수 있다.
Java 5 이전에는 여러 타입을 사용하는 대부분의 클래스나 메서드에서 인수나 반환값으로 Object 타입을 사용했었다. 이 경우 반환된 Object 객체를 다시 원하는 타입으로 cast 해야하고 이때 오류가 발생할 가능성도 생긴다.
Java5 부터 도입된 제네릭을 사용하면 컴파일 시에 미리 타입이 정해지므로, 타입검사나 타입변환과 같은 번거로운 작업을 생략할 수 있게 된다.

제네릭을 사용하는 이유

잘못된 타입이 사용될 수 있는 문제를 컴파일 과정에서 제거
실행 시 발생할 수 있는 타입 에러를 컴파일 시 미리 강하게 체크하여 사전에 에러를 방지
타입 변환을 할 필요가 없어 프로그램 성능이 향상

제네릭 사용법

제네릭 선언 및 생성

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

타입 변수

클래스 명 옆에 로 DemoGeneric이라는 클래스 내부에서 T를 사용할 수 있게 된다.
T는 클래스 내부에서 타입 매개변수를 대표하는 값으로 사용된다.
타입변수는 어떠한 문자를 사용해도 되지만 네이밍 규칙을 지켜주는 것이 좋다.
E(element), K(key), N(number), T(type), V(value), R(return type)

class GenericTest {

    static class DemoGeneric<E, V> {
        E element;
        V value;
        void setElement(E element) {
            this.element = element;
        }
        E getElement() {
            return element;
        }
        void setValue(V value) {
            this.value = value;
        }
        V getValue() {
            return value;
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        DemoGeneric<String, Integer> gr = new DemoGeneric<>();
        gr.setElement("Test");
        gr.setValue(27);
        System.out.println(gr.getElement());
        System.out.print(gr.getValue());
    }
}

제네릭 메서드 생성

public class GenericTest {

    public static <T> T genericMethod(T t) {
        return t;
    }

    public static <T> void printAll(List<T> list) {
        for(T t : list) {
            System.out.print(t);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        List<Integer> list = new ArrayList<>();
        list.add(1);
        list.add(2);
        list.add(3);

        System.out.println(genericMethod("Test"));
        printAll(list);

    }
}

제네릭 클래스에서는 해당 클래스 내부에서 사용할 타입 파라미터가 무엇인지 알려주기 위해 class를 선언할 때 알려주었다면 제네릭 메서드에서는 메서드를 정의할 때, 해당 메서드 내부에서 사용할 타입 파라미터가 무엇인지 알려주기 위해 메서드를 정의할 때 먼저 나열해주고 사용해야 한다. 즉, 리턴타입을 명시하기 전에 작성되어야 한다.

바운드 타입 매개변수

바운드타입은 특정 타입의 서브타입으로 제한한다. 클래스나 인터페이스를 설계할 때 가장 흔하게 사용된다.

public class BoundTypeTest <T extends Number>{
    public void set(T value) {}

    public static void main(String[] args) {
        BoundTypeTest<Integer> boundTypeTest = new BoundTypeTest<>();
        BoundTypeTest.set("Hi");
    }
}

BoundTypeTest 클래스의 Type 파라미터를 T로 선언하고 로 선언하여 BoundTypeTest의 타입으로 Number의 서브타입만 허용한다.
BoundTypeTest 클래스 내부 메서드 set의 인자에 T 타입을 사용하면 Number의 서브타입만 허용하기 때문에 문자열을 전달하려고 하면 컴파일 에러가 발생한다.

WildCard

제네릭으로 구현된 메서드의 경우 선언된 타입으로만 매개변수를 입력해야한다. 이를 상속받은 클래스 혹은 부모클래스를 사용하고 싶어도 불가능하고 어떤 타입이 와도 상관없는 경우 대응하기 좋지않다. 이를 위해 WildCard를 사용한다.

Unbounded WildCard

List<?> 와 같은 형태로 물음표만 가지고 정의된다. 내부적으로 Object로 정의되어서 사용되고 모든 타입의 인자를 받을 수 있다.
내부적으로 Object로 정의되어서 사용되고 모든 타입의 인자를 받을 수 있다. 타입 파라미터에 의존하지 않는 메서드만을 사용하거나 Object 메서드에서 제공하는 기능으로 충분한 경우에 사용한다.
Object 클래스에서 제공되는 기능을 사용하여 구현할 수 있는 메서드를 작성하는 경우나 타입 파라미터에 의존하지 않는 일반 클래스의 메서드를 사용하는 경우에 사용됨

Upper Bounded WildCard

<? extends Foo> 와 같은 형태로 사용하고, 특정 클래스의 자식 클래스만을 인자로 받는다. 임의의 Foo 클래스를 상속받는 어떤 클래스가 와도 되지만 Foo 클래스에 정의된 기능만 사용가능하다.

Lower Bounded WildCard

<? super Foo> 와 같은 형태로 사용하고, Upper Bounded WildCard와 다르게 특정 클래스의 부모 클래스만을 인자로 받는다.

Erasure

컴파일러는 제네릭 타입을 이용해서 소스파일을 체크하고 필요한 곳에 형변환을 넣어준다.
즉, 컴파일된 파일에는 제네릭 타입에 대한 정보가 없다. 이렇게 하는 주 목적은 하위 호환성에 있다.
제네릭은 타입 파라미터에 primitive 타입을 사용하지 못하는데 그 이유는 타입 소거(type Erasure) 때문이다.

public class GenericTest() {
    List<Integer> list = new ArrayList<>();
}

public class GenericTest {

  // compiled from: GenericTest.java

  // access flags 0x0
  // signature Ljava/util/List<Ljava/lang/Integer;>;
  // declaration: list extends java.util.List<java.lang.Integer>
  Ljava/util/List; list

  // access flags 0x1
  public <init>()V
   L0
    LINENUMBER 4 L0
    ALOAD 0
    INVOKESPECIAL java/lang/Object.<init> ()V
   L1
    LINENUMBER 5 L1
    ALOAD 0
    NEW java/util/ArrayList
    DUP
    INVOKESPECIAL java/util/ArrayList.<init> ()V
    PUTFIELD GenericTest.list : Ljava/util/List;
    RETURN
   L2
    LOCALVARIABLE this LGenericTest; L0 L2 0
    MAXSTACK = 3
    MAXLOCALS = 1
}

바이트 코드를 살펴보면 ArrayList가 생성될 때 타입정보가 나오지 않는다. 제네릭을 사용하지 않고 raw type으로 ArrayList를 생성해도 동일한 바이트 코드를 볼 수 있다.
내부에서 타입 파라미터를 사용할 경우 Object 타입으로 취급하여 처리된다.
제네릭 타입이 특정 타입으로 제한되어 있을 경우 해당 타입에 맞춰 컴파일시 타입 변경이 발생하고 타입 제한이 없을 경우 Object 타입으로 변경된다. 이를 타입소거(type Erasure)라 한다.
이는 제네릭을 사용하더라도 하위 버전에서 동일하게 동작해야하기 때문에 하위 호환성을 지키기 위해 만들어졌다.
원시 타입을 사용하지 못하는 것도 바로 이 기본 타입은 Object 클래스를 상속받고 있지 않기 때문이다. 그래서 기본 타입 자료형을 사용하기 위해서는 Wrapper 클래스를 사용해야 한다.

Unbounded WildCard 타입소거

public class Node<T> {
    private T data;
    private Node<T> next;

    public Node(T data, Node<T> next) {
        this.data = data;
        this.next = next;
    }

    public T getData() {
        return data;
    }
}



// 위 코드는 아래와 같다고 볼 수 있다.
public class Node {
    private Object data;
    private Node next;

    public Node(Object data, Node next) {
        this.data = data;
        this.next = next;
    }

    public Object getData() {
        return data;
    }
}

Bounded WildCard 타입소거

public class Node<T extends Comparable<T>> {
    private T data;
    private Node<T> next;

    public Node(T data, Node<T> next) {
        this.data = data;
        this.next = next;
    }

    public T getData() {
        return data;
    }
}



// 위 코드는 아래와 같다고 볼 수 있다.
public class Node {
    private Object data;
    private Comparable next;

    public Node(Object data, Comparable next) {
        this.data = data;
        this.next = next;
    }

    public Object getData() {
        return data;
    }
}

메서드 타입소거

public static <T> int count(T[] anArray, T elem) {
    int cnt = 0;
    for (T e : anArray) {
        if (e.equals(elem)) {
            cnt++;
        }
    }
    return cnt;
}



// 위 코드는 아래와 같다고 볼 수 있다.
public static int count(Object[] anArray, Object elem) {
    int cnt = 0;
    for (Object e : anArray) {
        if (e.equals(elem)) {
            cnt++;
        }
    }
    return cnt;
}

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제네릭 선언 및 생성

타입 변수

제네릭 메서드 생성

바운드 타입 매개변수

WildCard

Unbounded WildCard

Upper Bounded WildCard

Lower Bounded WildCard

Erasure

Unbounded WildCard 타입소거

Bounded WildCard 타입소거

메서드 타입소거

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