[Java] 제네릭과 와일드카드

출처

ChatGPT

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제네릭 Generics

개요

제네릭은 클래스 인터페이스, 메서드에서 사용할 데이터 타입을 일반화하여 선언 시점에 구체적인 타입을 지정할 수 있도록 하는 자바의 기능. 제네릭을 사용하면 컴파일러가 타입을 체크하믈로, 잘못된 타입을 사용하는 오류를 줄이고 타입 안전성을 높일 수 있다.

장점

1. 타입 안정성 Type Safety

제네릭을 사용하면 컴파일 시점에 타입 체크가 이루어져 잘못된 타입이 들어가는 것을 방지할 수 있다.

2. 코드 재사용성

하나의 클래스나 메서드로 다양한 데이터 타입을 처리할 수 있어 코드 중복을 줄일 수 있다.

3. 명확한 코드

타입 캐스팅이 불필요해져서 코드가 간결하고 읽기 쉬워진다.

기본 문법

// 제네릭 클래스 선언
public class Box<T> {
    private T item;

    public void setItem(T item) {
        this.item = item;
    }

    public T getItem() {
        return item;
    }
}

// 제네릭 사용 예시
Box<String> stringBox = new Box<>();
stringBox.setItem("Hello");
String message = stringBox.getItem(); // 캐스팅 불필요

 

제네릭 메서드

제네릭 메서드는 메서드 레벨에서 타입을 매개변수로 사용하는 방법. 메서드가 호출될 때 타입이 결정된다.

// 제네릭 메서드 선언
public <T> void printArray(T[] array) {
    for (T element : array) {
        System.out.println(element);
    }
}

// 제네릭 메서드 사용 예시
Integer[] intArray = {1, 2, 3};
String[] strArray = {"A", "B", "C"};

printArray(intArray); // Integer 배열을 출력
printArray(strArray); // String 배열을 출력

// 제네릭 메서드 선언
public <T> void printArray(T[] array) {
    for (T element : array) {
        System.out.println(element);
    }
}

// 제네릭 메서드 사용 예시
Integer[] intArray = {1, 2, 3};
String[] strArray = {"A", "B", "C"};

printArray(intArray); // Integer 배열을 출력
printArray(strArray); // String 배열을 출력

 

와일드 카드 Wildcards

개요

와일드카드는 제네릭 타입의 경계를 정의하는 데 사용되며, 제네릭 클래스나 메서드가 다룰 수 있는 타입의 범위를 확장하거나 제한한다. 주로 불특정한 타입을 처리할 때 사용된다.

와일드카드의 종류

1. 언바운드 와일드 카드 '?'

• '<?>'는 특정 타입에 제한이 없는 경우에 사용된다.
• 읽기 전용: 와일드카드를 사용하면 컬렉션에 데이터를 추가하는 것이 제한될 수 있다.

2. 상한 경계 와일드카드 '? extends T'

• '<? extends T>'는 와일드카드 타입이 T 클래스의 서브클래스이거나 T 자체를 가리킨다.
• 읽기 전용 : 컬렉션에서 데이터를 읽을 수 있지만, 추가하는 것은 제한된다.

3. 하한 경계 와일드카드 '? super T'

• '<? super T>'는 와일드카드 타입이 T 클래스의 슈퍼클래스이거나 T 자체를 가리킨다.
• 쓰기 가능 : 컬렉션이 데이터를 추가할 수 있다.

사용 예시

import java.util.List;

public class WildcardExample {

    // 언바운드 와일드카드 사용
    public static void printList(List<?> list) {
        for (Object element : list) {
            System.out.println(element);
        }
    }

    // 상한 경계 와일드카드 사용
    public static double sumNumbers(List<? extends Number> list) {
        double sum = 0;
        for (Number number : list) {
            sum += number.doubleValue();
        }
        return sum;
    }

    // 하한 경계 와일드카드 사용
    public static void addNumbers(List<? super Integer> list) {
        list.add(10);
        list.add(20);
    }
}

 

사용 예시 설명

• 언바운드 와일드카드 : 'printList' 메서드는 모든 타입의 리스트를 받아 출력한다.

List<String> stringList = Arrays.asList("A", "B", "C");
WildcardExample.printList(stringList);

• 상한 경계 와일드카드 : 'sumNumbers' 메서드는 'Number'의 하위 클래스(예: 'Integer', 'Double')의 리스트를 받아 합계를 계산한다.

List<Integer> intList = Arrays.asList(1, 2, 3);
double sum = WildcardExample.sumNumbers(intList);
System.out.println("Sum: " + sum);

 

• 하한 경계 와일드카드 : 'addNumbers' 메서드는 'Integer'의 슈퍼클래스(예: 'Number', 'Object')의 리스트에 값을 추가한다.

List<Number> numberList = new ArrayList<>();
WildcardExample.addNumbers(numberList);
System.out.println(numberList); // [10, 20]

 

제네릭과 와일드카드의 차이점

특징	제네릭	와일드카드
타입 정의	명확한 타입을 선언하며, 특정 타입으로 제한한다.	특정 타입의 경계를 유연하게 지정할 수 있다.
유형	<T>: 특정 타입을 명시적으로 정의	<?> : 불특정 타입 <? extends T> 상한 경계 <? super T> : 하한 경계
사용 목적	타입을 명확하게 정의하여 코드의 안정성을 높인다.	여러 타입을 혀용하거나 타입의 범위를 확장할 때 사용한다.
유연성	덜 유연하다. 구체적인 타입을 미리 정의해야 한다.	더 유연하다. 다양한 타입을 수용할 수 있다.
읽기/쓰기	제네릭 타입에 따라 읽기와 쓰기가 모두 가능하다	와일드카드에 따라 읽기와 쓰기가 제한될 수 있다.

 

실용적인 사용 예

제네릭을 사용하는 이유

제네릭은 강력한 타입 체크와 코드의 명확성을 제공한다. 예를 들어, 리스트의 모든 요소가 특정 타입임을 보장할 수 있다.

List<String> strings = new ArrayList<>();
strings.add("Hello");
strings.add("World");

// 타입 불일치 오류 방지
// strings.add(10); // 컴파일 오류 발생

 

와일드카드를 사용하는 이유

와일드카드는 다양한 타입을 수용할 때 유용하다. 예를 들어, 다형성을 지원하는 메서드를 작성할 때 사용된다.

public static void printCollection(Collection<?> collection) {
    for (Object element : collection) {
        System.out.println(element);
    }
}

List<Integer> integers = Arrays.asList(1, 2, 3);
List<String> strings = Arrays.asList("A", "B", "C");

printCollection(integers);
printCollection(strings);

 

상한 경계 와일드카드와 하한 경계 와일드카드의 활용

• 상한 경계 : 불변의 경우에 사용하여 읽기 전용으로 데이터를 처리한다.

public static void processNumbers(List<? extends Number> numbers) {
    for (Number num : numbers) {
        System.out.println(num);
    }
}

List<Double> doubles = Arrays.asList(1.1, 2.2, 3.3);
processNumbers(doubles); // Double 타입도 허용

• 하한 경계 : 가변의 경우에 사용하여 안전하게 데이터를 추가할 수 있다.

public static void addIntegers(List<? super Integer> list) {
    list.add(1);
    list.add(2);
}

List<Number> numbers = new ArrayList<>();
addIntegers(numbers);
System.out.println(numbers); // [1, 2]

 

제네릭과 와일드카드의 제약 사항

1. 제네릭 타입의 인스턴스화

제네릭 타입으로 직접 인스턴스화할 수 없다. 예를 들어, 'T obj = new T();' 는 허용되지 않는다.

2. 기본 타입 사용 불가

제네릭은 기본 데이터 타입('int', 'char', 'double' 등)을 사용할 수 없다. 대신, 래퍼 클래스('Integer', 'Character', 'Double'등)를 사용해야 한다.

3. 스태틱 컨텍스트에서의 제네릭 사용

제네릭 타입은 스태틱 컨텍스트에서 사용될 수 없다. 스태틱 필드나 메서드에서 제네릭 타입 매개변수를 사용할 수 없다.

4. 자바 타입 소거 Type Erasure

자바의 제네릭은 컴파일 타임에 태입 체크를 수행하고, 런타임에는 타입 정보가 제거된다. 이는 일부 상황에서 타입 캐스팅 오류를 발생시킬 수 있다.

5. 배열과 제네릭

제네릭 타입의 배열을 생성할 수 없다. 예를 들어, 'T[] array = new T[10];'는 혀용되지 않는다.

6. 상한 경계 와일드카드와 메서드 오버로딩의 제한

와일드카드를 사용한 메서드 오버로딩은 혼란을 초래할 수 있으므로 피해야 한다.

public void doSomething(List<? extends Number> list) { ... }
public void doSomething(List<Integer> list) { ... } // 모호한 호출 발생 가능

 

결론

제네릭과 와일드카드는 자바의 타입 안정성을 보장하고 코드의 재사용성을 높이는 중요한 도구이다. 제네릭은 타입을 명확하게 정의하여 타입 안전성을 높이고, 와일드카드는 유연성을 제공하여 다양한 타입을 처리할 수 있도록 한다. 제네릭과 와일드카드의 이해는 자바 프로그래밍에서 안전하고 효율적인 코드를 작성하는 데 필수적이다. 이를 통해 타입 오류를 사전에 방지하고, 보다 읽기 쉽고 유지보수하기 쉬운 코드를 작성할 수 있다.