스미스요원

제네릭 타입의 클래스를 생성하는 것

• Java JDK에서 제공되는 제네릭 타입의 클래스 메소드를 사용하는 것은 크게 어렵지 않다.

• 그럼 직접 제네릭 타입의 클래스를 선언하는 것은 어떨까?

• 이번 아이템과 함께해줄 코드를 소개합니다! (아이템 7에서 다룬 Object 기반 스택 코드)

public class Stack {
    private Object[] elements;
    private int size = 0;
    private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;

    public Stack() {
        elements = new Object[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
    }

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

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

    private void ensureCapacity() {
        if (elements.length == size)
            elements = Arrays.copyOf(elements, 2 * size);
    }
}

• 제네릭 타입을 사용하지 않고 단순히 Object 라는 최상위 클래스의 범용성을 이용해 구현했다.

• 스택 POP시 Object 타입의 객체를 반환하기 때문에 객체를 꺼낸 후 형변환을 시켜줘야한다.

    ◦ 형변환 과정에서 런타임 오류가 발생할 수 있음

    ◦ 제네릭 타입으로 구현해주는 것이 안전하다.

일반 클래스를 제네릭 클래스로 만드는 법

• 먼저 클래스 선언에 타입 매개변수를 추가해줘야 한다.

    ◦ 스택이 담을 원소의 타입을 하나 추가해주자.

        - 타입 이름으로는 보통 E를 사용한다.

• 그 다음 코드에 쓰인 Object 자료형을 적절한 타입 매개변수 자료형으로 바꿔주어야 한다.

    ◦ Object → E

public class Stack {
    private Object[] elements;
    ...
    public Stack() { elements = new Object[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY]; }
		...
}

public class Stack<E> {
    private E[] elements;
    ...
    public Stack() { elements = new E[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY]; } // 컴파일 에러 발생
		...
}

• 이 때 E 같이 실체화가 불가능한 타입으로는 배열을 만들 수 없어 오류가 발생한다.

해결방법 1 : 제네릭 배열 생성을 금지하는 제약을 우회하는 방법

• Object 배열을 생성한 다음 제네릭 배열로 형변환하면 오류가 경고로 바뀐다.

    ◦ 컴파일러는 이 프로그램의 타입 안전성을 증명할 방법이 없음 : 직접 확인해줘야 한다.

        - 현재 코드의 배열 elements는 private 필드에 저장되므로 외부에 반환되는 일이 없다.

        - 즉 push 메소드를 통해 배열에 저장되는 원소의 타입은 항상 E 이므로 이 비검사 형변환은 확실히 안전하다.

    ◦ 비검사 형변환이 안전함을 직접 증명했다면 @SuppressWarnings 어노테이션으로 해당 경고를 숨기면 된다.

        - 현재 예시에서는 생성자가 비검사 배열 생성 말고는 하는 일이 없으므로 생성자 전체에서 경고를 숨겨도 된다.

• 이렇게 어노테이션을 사용하면 오류나 경고 없이 컴파일되고, ClassCastException 발생 걱정도 없다!

// 배열 elements는 push(E)로 넘어온 E 인스턴스만 담는다.
// 타입 안정성을 보장하지만 Object 배열을 생성한 다음 제네릭 배열로 형변환한 것이기 때문에
// 이 배열의 런타임 타입은 E[]가 아닌 Object[] 이다.

@SuppressWarnings("unckecked")
public Stack() {
	elements = (E[]) new Object[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY];
}

해결방법 2 : elements 필드의 타입을 E[...] 에서 Objects[...] 로 바꾸는 방법

• 이렇게 하면 배열이 반환한 원소를 E로 형변환했을 때 오류 대신 경고가 뜬다.

• E는 실체화 불가 타입이므로 컴파일러는 런타임에 이뤄지는 형변환이 안전한지 증명할 방법이 없다.

    ◦ 즉 이번에도 개발자가 직접 안정성을 확인하고 경고를 숨겨주는 것이 좋다.

• pop 메소드 전체에서 경고를 숨기지 말고, 비검사 형변환을 수행하는 할당문에서만 숨겨보자(by Item27)

// 비검사 경고를 적절히 숨긴다.
public E pop() {
	if (size == 0) throw new EmptyStackException();
	
	// push에서 E 타입만 허용하므로 이 형변환은 안전하다.
	@SuppressWarnings("unckecked") E result = (E)elements[--size];

	elements[size] = null; // 다 쓴 참조 해제
	return result;
}

두가지 방법의 비교

• 첫번째 방법이 가독성이 더 좋다.

    ◦ 배열의 타임을 E[]로 선언하여 오직 E 타입 인스턴스만 받음을 확실히 어필할 수 있고 코드도 더 짧다.

    ◦ 첫번째 방식에서는 형변환을 배열 생성 시 단 한번만 해주면 되지만, 두번째 방법에서는 배열에서 원소를 읽을 때마다 해줘야 한다.

    ◦ 현업에서는 첫번째 방식이 더 많이 사용된다.

    ◦ 그러나 Heap Pollution(힙 오염)을 일으킨다.

        - 배열의 런타임 타입이 컴파일 타입과 다르기 때문

        - 힙 오염을 피하고자 두번째 방법이 채택되는 경우가 많다.

제네릭 타입과 배열 vs 리스트

• 지금까지 설명된 Stack 예시는 계속 배열 사용중 → Item 28 : 배열보다는 리스트를 우선하라 와 모순되어 보일 수 있다.

• 제네릭 타입의 경우 리스트를 사용하는것이 항상 가능하지도 않고, 항상 더 좋다고 이야기 할 수도 없다.

    ◦ Java가 리스트를 기본 타입으로 제공하지 않기 때문에 ArrayList 같은 제네릭 타입도 결국 기본 타입인 배열을 사용하여

      구현해야 한다.

    ◦ HashMap 같은 제네릭 타입은 성능을 높일 목적으로 배열을 사용하기도 한다.

• 대다수의 제네릭 타입은 타입 매개변수에 아무런 제약을 두지 않는다.

    ◦ Stack<Object>, Stack<int[]>, Stack<List<String>>, Stack 등 어떤 참조 타임으로도 Stack을 만들 수 있다.

    ◦ 단 기본 타입은 사용할 수 없다. Stack<int>, Stack<double>을 만들려고 하면 컴파일 오류가 난다.

    ◦ 이는 자바 제네릭 타입 시스템의 근본적인 문제이지만, 박싱된 기본 타입(Integer, Double)을 사용해 우회할 수 있다.

• 타입 매개변수에 제약을 두는 제네릭 타입도 있다.

    ◦ 예) java.util.concurrent.DelayQueue

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

        - 타입 매개변수 목록인 <E extends Delayed>는 java.util.concurrent.Delayed의 하위 타입만 받는다는 뜻이다.

        - 이렇게 ehlaus DelayQueue 자신과 DelayQueue를 사용하는 클래스는 DelayQueue의 원소에서 형변환없이 곧바로

           Delyed 클래스의 메소드를 호출할 수 있다.

        - ClassCastException 발생 걱정은 하지 않아도 된다.

    ◦ 이러한 타입 매개변수 E 를 한정적 타입 매개변수(bounded type parameter)라고 한다.

    ◦ 모든 타입은 자기 자신의 하위 타입이므로 DelayQueue<Delayed>로 사용할 수 있다.