제네릭(Generic)이란?

제네릭에 대한 설명에 앞서, Java에서 다수의 데이터를 쉽고 효과적으로 처리할 수 있는 표준화된 방법을 제공하는 클래스의 집합을 컬렉션 프레임워크(collection framwork)라고 합니다.

자주 쓰이는 컬렉션 프레임워크의 클래스 구조도를 보면 아래의 이미지와 같습니다. (아래의 이미지에 나와있는 구조도는 간략화되어 있으며, 실제로는 훨씬 더 많고 복잡합니다.)

Collection framwork 구조도

 

제네릭(Generic)

위 이미지에서 보면 <E>라던가 <K, V>라는 표현을 볼 수 있습니다. 해당 표현은 제네릭을 의미하며, 제네릭이란 사전적 의미로 "일반적인"이라는 의미를 갖고 있는 단어입니다.

Java에서도 비슷한 의미로 사용되며, 클래스 내부에서 사용할 데이터 타입을 외부에서 파라미터 형태로 지정하여 일반화를 한다는 의미입니다.

즉, 클래스 및 인터페이스 구현 시 가상의 자료형을 정의 후, 객체를 정의할 때 타입 매개변수를 선언하여 사용하게 되며 클래스 및 인터페이스 이름 뒤에 "<타입 매개변수>"를 작성하여 사용합니다.

추가로 타입 매개변수에 기본 타입은 넣을 수 없기 때문에 wrapper class를 사용해야 합니다. (해당 내용은 아래에서 자세히 다루겠습니다.)

글로 보면 무슨 내용인지 감이 안 잡힐 수 있습니다. (저도 글만 보고는 이게 무슨 말인가 싶었고.. 지금도 그렇습니다.)

그러니 코드 예제로 쉽게 접근을 해보도록 하겠습니다.

public class 클래스명<타입 매개변수> { ... }
public interface 인터페이스명<타입 매개변수> { ... }

위 형태로 구현하여 사용하게 되며, 타입 매개변수에 들어가는 값은 정해진 규칙이 있는 건 아니지만 일반적으로 대문자 알파벳 한 글자를 사용하여 표현합니다. 자주 사용되는 타입 매개변수들이 있기에 아래 표로 정리를 해보았습니다.

타입 인자	설명
<T>	Type
<E>	Element
<K>	Key
<N>	Number
<V>	Value
<R>	Result

 

제네릭의 필요성

Java의 제네릭은 개발자들이 개발을 함에 있어서 필요하다고 느껴 Java5부터 추가되어 사용된 기능입니다.

그렇다면 제네릭이 왜 추가되었고 사용되는지 필요성에 대해 알아보도록 하겠습니다.

제네릭은 다형성을 쉽게 구현하기 위해서 추가되었다고 볼 수 있습니다.

제네릭을 사용하지 않고 다형성을 구현하는 방법 중 하나로 최상위 클래스인 Object 클래스를 사용하여 다양한 클래스를 받아 사용하는 방법이 있습니다. 아래의 코드와 같은 방식입니다.

class Basket {
	private Object obj;

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

	public Object get() {
		return obj;
	}
}

public class Main {
	public static void main(String[] args) {
		Basket basket = new Basket();
		basket.set("String"); // 문자열 대입, String class
		basket.set(10); // 정수형 대입, 정확히는 Integer wrapper class
		basket.set('C'); // 캐릭터형 대입, 정확히는 Character wrapper class
		basket.set(10.0); // 실수 대입, 정확히는 Double wrapper class
	}
}

위 예제 코드를 보면 Object 타입의 obj 변수에 set 메서드를 통해 여러 가지 타입을 저장하는 것을 볼 수 있습니다.

이렇게 하나의 변수에 여러 가지 타입을 저장할 수 있게 됨으로써 다형성을 구현하는 방식인 것입니다.

하지만 이 방식에 단점이 존재하는데, 이러한 단점은 get 메서드를 통해 obj 변수의 값을 반환받아 사용할 때 발생합니다.

현재 obj 변수에 저장된 데이터의 타입이 무엇인지 확인을 해야 한다는 것과 사용을 위해 명시적 형 변환이 필요하게 된다는 것입니다. 이때 형 변환을 잘 못하게 되면 에러가 발생하게 되기도 합니다. 아래의 예제 코드처럼 말이죠.

public class Main {
	public static void main(String[] args) {
		Basket basket = new Basket();
		basket.set("String");

		String s = (String) basket.get(); // 정상적으로 수동 형 변환 가능
		// Integer i = (Integer) basket.get(); // 문자열을 정수로 수동 형 변환을 할 수 없기에 ClassCastException 에러 발생
	}
}

이러한 단점을 해소하고자 제네릭이 나오게 된 것입니다.

제네릭의 장점으로는 타입 확인과 형 변환을 생략하여 간결한 코드 작성이 가능해진다는 것, 클래스나 메서드 내부에서 사용되는 객체의 타입 안정성 제공이 있습니다.

 

제네릭 사용법

위 제네릭이란 무엇인가에 대한 내용에서 제네릭의 정의에 대해서 언급을 했기에 구현 방법은 대강 알 것도 같지만, 사용법에 대해선 언급이 없었기에 어떻게 사용하는지 알아보면서 구현 방법에 대한 내용도 자세히 알아보도록 하겠습니다.

class Basket<T> { // 제네릭 타입 매개변수 1개 T를 받아서 사용
	private T t;
	public T get() { return t; }
	public void set(T t) { this.t = t; }
}

public class Main {
	public static void main(String[] args) {
		Basket<String> basket1 = new Basket<String>(); // 객체 생성시 어떤 타입의 값을 넣을지 지정, 여기선 String 사용
		basket.set("String");
		String str = basket1.get();

		Basket<Integer> basket2 = new Basket<Integer>(); // 객체 생성시 어떤 타입의 값을 넣을지 지정, 여기선 Integer 사용
		basket2.set(10);
		int integer = basket2.get();
	}
}

위 예제 코드를 보면 클래스 정의 시 <T>를 통해 제네릭 타입 매개변수 1개를 받겠다고 정의하여 사용하는 것을 확인할 수 있습니다. 그리고 이를 이용해 변수 및 메서드의 반환, 설정 타입을 지정하여 사용하게 되고, 객체 생성 시 <String>, <Integer>를 통해 해당 객체의 타입을 지정하여 사용하게 되는 것을 알 수 있습니다.

이때 위에서도 언급했듯이 타입 매개변수에는 기본 타입을 넣을 수 없기 때문에 기본 타입을 클래스로 변환시킨 wrapper class를 사용해야 합니다. 그렇기에 해당 예제 코드에서도 <int>가 아닌 <Integer>가 사용된 것입니다.

이러한 wrapper class는 "java.lang" 패키지에 정의되어 있으며, 기본 타입별 매칭되는 wrapper class는 다음과 같습니다.

기본 타입	래퍼 클래스
byte	Byte
short	Short
int	Integer
long	Long
float	Float
double	Double
char	Character
boolean	Boolean

wrapper class 중 기본 타입과 이름이 달라지는 타입은 int와 char가 유일하며, 다른 타입의 경우 첫 글자를 대문자로 바꾸면 wrapper class가 됩니다.

wrapper class는 class이기 때문에 변수를 만들 시 참조 변수가 되며, 해당 변수에 null 값 할당이 가능하게 됩니다. (기본 타입과의 차이점)

 

다이아몬드 연산자

다이아몬드 연산자란 "<>"을 뜻하는 연산자입니다. 생긴 모양이 다이아몬드 같다고 하여 붙혀진 것으로 압니다.

제네릭에 대한 설명을 하다가 갑자기 웬 다이아몬드 연산자가 튀어나왔냐면, 당연히 제네릭에 연관이 있기 때문입니다.

위 제네릭 예제 코드를 보면 객체 생성 시 생성자에도 "new Basket<String>();" 형태로 타입 매개변수를 넣어주는 것을 볼 수 있습니다. 해당 부분을 조금 자세히 보면 변수 생성 시에도 "Basket<String> basket1"이라고 타입 매개변수를 넣어서 생성한 것을 알 수 있습니다.

그럼 여기서 이러한 의문이 생길 수 있습니다. 아니 변수에서 이미 <String>이라고 선언을 했으니 당연히 <String> 타입 매개변수를 갖는 객체가 생성돼야 할 텐데 생성자에도 굳이 <String>이라고 적어줘야 하나?

이러한 의문에 대한 답변은 Java 버전에 따라 달라지게 됩니다.

맨 처음 제네릭이 Java에 추가된 버전이 Java5라고 위에서 언급했었습니다. 제네릭이 추가된 Java5와 이후 Java6까지는 생성자에도 똑같이 타입 매개변수를 작성해 줘야 했습니다.

하지만 Java7부터는 컴파일러가 문맥을 통해 타입 매개변수가 무엇인지 추론할 수 있는 상황에서는 타입 매개변수를 명시하지 않고 "<>"만 작성하여 동작할 수 있게 되었습니다.

따라서 Java5, 6에서는 항상 명시적으로 작성을 해줘야 하고, Java7부터는 위와 같은 상황에서는 아래와 같이 작성이 가능하게 되었습니다.

Basket<String> basket1 = new Basket<>();

 

와일드카드

와일드카드(wildcard)는 어떠한 것이 와도 제한을 두지 않겠다는 의미이며, '?'기호를 통해서 나타낼 수 있습니다.

Java에서 와일드카드는 타입 매개변수 또는 컬렉션 프레임워크에 사용이 가능한 기능입니다.

와일드카드를 사용하게 되면 들어올 수 있는 타입에 대한 제한을 두거나, 두지 않을 수 있습니다.

와일드카드의 사용 방법은 아래와 같으며, super 키워드의 경우 타입 매개변수에서는 사용이 불가능합니다.

<?> : 타입 매개변수에 모든 타입 사용 가능
<? extends 상위타입A> : A타입 및 A타입을 상속받는 하위 클래스 타입만 사용 가능 (상한선)
<? super 하위타입B> : B타입 및 B타입과 상속 관계인 상위 클래스 타입만 사용 가능 (하한선)

해당 내용은 제 기준으로 생각보다 내용이 많기 때문에 다른 분의 블로그를 공유드립니다. (링크)

 

제네릭 메서드

제네릭은 클래스 전체에 선언하여 사용할 수 있지만 클래스 내부에서 메서드에만 적용하여 사용할 수 있는데, 이러한 메서드를 제네릭 메서드(generic method)라고 합니다.

제네릭 클래스의 경우에 객체를 생성할 때 타입이 지정되지만, 제네릭 메서드의 경우에는 메서드가 호출될 때 타입이 지정된다는 차이가 있습니다.

따라서 제네릭 클래스의 타입은 전역 변수처럼 사용이 된다고 볼 수 있고, 제네릭 메서드의 타입은 해당 메서드에서만 사용 가능한 지역 변수처럼 사용된다고 볼 수 있습니다.

그리고 이러한 이유로 인하여 메서드를 정의하는 시점에선 어떠한 타입이 들어올지 알 수 없으므로 length()와 같이 String 클래스의 메서드는 사용할 수 없지만, 모든 클래스가 상속을 받는 최상위 클래스인 Object 클래스의 메서드는 사용할 수 있습니다. (Object 클래스의 메서드를 참고할 수 있는 Java Object class document 링크를 공유드립니다.)

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제네릭에 대한 이번 글은 여기서 마치도록 하겠습니다.

혹시나 해당 글에서 잘 못 된 내용이 있거나 추가되면 좋을 것 같은 내용을 댓글로 남겨주시면 반영하도록 하겠습니다.

 

여담으로 지금까지 공부는 했지만 블로그에 정리 못 한 내용들을 천천히 올리고 있는데.. 아직 산더미처럼 남아있네요...

아마도 다음 정리 글은 컬렉션 프레임워크가 될 것 같습니다. 그 이유는.. 사실 해당 글이 컬렉션 프레임워크를 정리하려고 했던 글인데 제네릭을 알아야 컬렉션 프레임워크를 이해할 수 있다고 판단되어서 중간에 제네릭으로 변경이 된 것이기 때문입니다. (그래서 맨 처음에 컬렉션 프레임워크에 대한 내용이 있는거라죠 ㅎㅎㅎㅎㅎㅎㅎㅎㅎㅎㅎㅎ)