[Java] 왜 제네릭은 원시 타입을 사용할 수 없는가

출처

ChatGPT

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1. 제네릭의 작동 방식과 타입 소거(Type Erasure)

• 관련 글 -> [Java] 제네릭의 타입 소거 Type Erasure

제네릭은 컴파일 시간에 타입을 검사하고, 런타임에는 타입 정보를 유지하지 않는다. 즉, 제네릭 타입의 매개변수는 컴파일 시점에만 유효하며, 타입 소거(Type Erasure) 과정에서 컴파일러는 제네릭 타입 정보를 제거하고 모든 제네릭 타입을 해당 경계(bound) 또는 Object로 대체한다.

 

예를 들어, 다음과 같은 제네릭 클래스가 있다고 가정해본다.

public class Box<T> {
    private T value;

    public void setValue(T value) {
        this.value = value;
    }

    public T getValue() {
        return value;
    }
}

 

컴파일 후, 제네릭 타입 T는 Object로 대체되어 다음과 같은 형태가 된다.

public class Box {
    private Object value;

    public void setValue(Object value) {
        this.value = value;
    }

    public Object getValue() {
        return value;
    }
}

 

타입 소거 과정에서 모든 제네릭 타입 정보가 제거되어, 결국 컴파일된 바이트코드에는 원시 타입과 관련된 제네릭 정보가 남아있지 않게 된다.

 

2. 원시 타입(Primitive Type)과 참조 타입(Reference Type)의 차이

자바에는 두 가지 주요 데이터 타입이 있다.

 

원시 타입(Primitive Type)

int, char, boolean, byte, short, long, float, double 등.

• 원시 타입은 기본적으로 스택 메모리에 저장되며, 고정된 크기를 가지고 있다. 예를 들어, int는 4바이트 크기이다.
• 원시 타입은 참조 타입과 달리 메모리에 직접 값을 저장한다.

참조 타입(Reference Type)

모든 클래스, 인터페이스, 배열 등이 이에 해당한다.

• 참조 타입은 객체의 참조(메모리 주소)를 저장하며, 실제 데이터는 힙 메모리에 저장된다.
• 참조 타입은 null을 가질 수 있고, 객체 생성 시 메모리 할당을 통해 힙 메모리 상의 주소를 참조한다.

 

3. 제네릭에서 원시 타입을 사용할 수 없는 이유

타입 소거와 메모리 모델의 차이

원시 타입은 메모리에서 직접 값을 저장한느 반면, 제네릭은 기본적으로 Object와 같은 참조 타입을 기대한다. 컴파일러는 제네릭 타입을 참조 타입으로 취급하여 Object로 변환하시만, 원시 타입은 이와 호환되지 않는다. 원시 타입을 제네릭으로 사용할 수 없다면 타입 변환 문제가 발생할 수 있다.

상속 구조의 차이

모든 참조 타입은 Object를 상속하지만, 원시 타입은 그렇지 않다. 제네릭은 타입 경계를 Object로 설정하는 경우가 많은데, 원시 타입을 이를 상속하지 않으므로 제네릭 타입으로 사용할 수 없다.

자동 박싱과 언박싱의 성능 문제

제네릭에서 원시 타입을 직접 사용할 수 없다 보니, int 같은 원시 타입을 사용할 때마다 컴파일는 이를 Integer로 자동 변환하는 박싱(Boxing)을 수행해야 하고, 반대로 언박싱(Unboxing)도 필요하다. 이 과정은 성능에 영향을 미칠 수 있으며, 명시적, 또는 암시적 타입 캐스팅과 관련된 예외가 발생할 수 있다.

• 관련 글 -> [Java] 박싱(Boxing), 언박싱(Unboxing)으로 인해 발생할 수 있는 성능 이슈

 

4. 제네릭과 래퍼 클래스의 사용

대신, 제네릭은 래퍼 클래스(예: Integer, Double, Character)를 사용하여 원시 타입을 처리할 수 있다. 예를 들어, List<int>는 사용할 수 없지만, List<Integer>는 가능하다.

 

예제

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class GenericExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 원시 타입(int)을 사용할 수 없기 때문에, 래퍼 클래스 Integer를 사용합니다.
        List<Integer> numbers = new ArrayList<>();
        numbers.add(1);  // 오토박싱: int -> Integer
        numbers.add(2);
        numbers.add(3);

        int sum = 0;
        for (Integer number : numbers) {
            sum += number;  // 오토언박싱: Integer -> int
        }

        System.out.println("Sum: " + sum);  // 출력: Sum: 6
    }
}

 

5. 결론

 

• 타입 소거로 인해 제네릭에서는 참조 타입만 사용할 수 있으며, 원시 타입을 직접 사용할 수 없다.
• 원시 타입과 제네릭의 메모리 모델과 상속 구조의 차이로 인해 원시 타입은 제네릭에 맞지 않다.
• 대신 래퍼 클래스를 사용하여 제네릭에서 원시 타입을 처리하며, 자동 박싱과 언박싱으로 변환된다.