이왕이면-제네릭-타입으로-만들라

제네릭 클래스 만들기
정리
마무리
참고자료

제네릭 클래스 만들기

먼저 클래스 선언 시, 타입 매개변수를 추가한다.

// 일반 클래스
public class Stack {
    private Object[] elements;
    ...
    
    public Stack() {
        elements = new Object[DEFAULT_CAPACITY];
    }

    public void push(Object e) {
        ensureCapacity();
        elements[size++] = 0;
    }

    public Object pop() {
        if (size == 0) {
            throw new EmptyStackException();
        }
        return elements[--size];
    }
    ...
}

// 제네릭 클래스
public class Stack<E> {
    private E[] elements;
    ...
    
    public Stack() {
        elements = new Object[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
    }

    public void push(E e) {
        ensureCapacity();
        elements[size++] = e;
    }

    public E pop() {
        if (isEmpty()) {
            throw new EmptyStackException();
        }

        E result = elements[size--];
        elements[size] = null;
        return result;
    }
    ...
}

타입 이름으로는 보통 E를 사용하며, 제네릭 필드를 쓴다는 것을 명시한다.

추가적으로 타입 매개변수에 제약을 두는 제네릭 타입도 있다.

java.util.concurrent.DelayQueue가 그 예시이다.

class DelayQueue<E extends Delayed> implements BlockingQueue<E>

타입 매개변수 목록인 는 concurrent.Delayed의 하위타입만 받는다는 의미이다. 결과적으로 DelayQueue 자신과 DelayQueue를 사용하는 클라이언트는 DelayQueue의 원소에서 형변환 없이 곧바로 Delayed 클래스의 메서드를 호출할 수 있다.

다시 본론으로 돌아와서, item28 에서 말했지만 E와 같은 실체화 불가 타입은 배열을 만들 수 없다. 따라서 배열을 사용하는 코드를 제네릭으로 만드려고 할 때는 두 가지 해결책이 있다.

제네릭 배열 생성을 금지하는 제약을 우회

E[] elemet = (E[]) new Object[DEFAULT_INITAL_CAPACITY]; // unchecked cast

Object 배열을 생성하고 제네릭 배열로 형변환을 시도한다면, 컴파일러는 오류 대신 경고를 내보낼 것이다. 하지만 이는 일반적으로 타입 안정성을 해친다.

컴파일러는 작성한 프로그램이 타입 안전하지 증명할 수 없지만 코드를 작성하는 개발자라면 가능하다. 배열 elements는 priavet 필드에 저장되고, 클라이언트로 반환되거나 다른 메서드에 전달되는 일이 없다.

push()를 통해 배열에 저장되는 원소의 타입은 항상 E로, 비검사 형변환은 안전하다.

    // elements[]는 push(E)로 넘어온 E의 인스턴스만 담는다.
    // 런타임에는 E[]가 아닌 Object[]
    @SuppressWarnings("unchecked")
    public Stack() {
        elements = (E[]) new Object[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
    }

비검사 형변환이 안전함을 증명했다면 범위를 좁혀 @SuppressWarnings 애노테이션으로 해당 경고를 숨긴다.

결과적으로 Stack은 깔끔히 컴파일되고, 명시적 형변환 없이 ClassCastException 걱정 없이 사용 가능하다.

이 방법은 가독성이 좋으며, 배열 타입을 E[]로 선언해 오직 E타입 인스턴스만 받는다는 것을 확실히 알릴 수 있고 코드도 짧다.

하지만 배열의 런타임 타입이 컴파일타임 타입과 달라 힙 오염(heap pollution: item32)를 일으킨다.

필드 타입을 Object[]로 변경

public class Stack<E> {
    
    private Object[] elements;
    ...
    
    public E pop() {
        if (isEmpty()) {
            throw new EmptyStackException();
        }

        E result = elements[size--]; 
        elements[size] = null;
        return result;
    }
}

elements의 필드 타입을 Object[]로 변경하면 pop()의 E result = elements[size–]; 에서 오류대신 다음 경고가 발생한다.

java: incompatible types: java.lang.Object cannot be converted to E

배열이 반환원소를 E로 형변환하면 이어서

Unchecked cast: 'java.lang.Object' to 'E'

Unchecked cast 경고를 볼 수 있다. E는 런타임에 이뤄지는 형변환이 안전하지 증명할 방법이 없다. 이번에도 마찬가지로 직접 타입 안정성을 증명하고 경고를 숨길 수 있다.

// push에서 E타입만 허용하므로 안전
@SuppressWarnings("unchecked")E result = (E) elements[size--];

두 번째 방식은 배열에서 원소를 읽을 때 마다 형변환을 해줘야한다는 특징이 있으며, 첫째 방식과 달리 E를 사용하지 않아 힙오염의 우려가 없다.

정리

제네릭 타입 안에서 리스트를 사용하는 것이 항상 가능한 것도, 꼭 더 좋은 것도 아니다. Java는 List를 기본 타입으로 제공하지 않으므로 ArrayList같은 제네릭 타입도 결국 기본 타입인 배열을 사용해 구현해야한다. 또한 HashMap같은 제네릭 타입은 성능 목적으로 배열을 사용하기도 한다.

마무리

보면서 틀리거나 이상한 내용이 있으면 언제든지 피드백 부탁드립니다.

실제로 틀린 내용이지만 이를 고치지 않으면 잘못된 지식을 알고 있는 것인데 그게 두렵습니다. 읽어 주셔서 감사합니다.

참고자료

이펙티브자바 3판