ITEM 31 : 한정적 와일드카드를 사용해 API 유연성을 높여라

• Generic#Wildcards

• 관련 용어

  한글	영문	예
  매개변수화 타입	parameterized type	List<String>
  실제 타입 매개변수	actual type parameter	String
  제네릭 타입	generic type	List<E>
  정규 타입 매개변수	formal type parameter	E
  비한정적 와일드카드 타입	unbounded wildcard type	List<?>
  로 타입	raw type	List
  한정적 타입 매개변수	bounded type parameter	<E extends Number>
  재귀 타입 한정	recursive type bound	<T extends Comparable<T>>
  한정적 와일드카드 타입	bounded wildcard type	List<? extends Number>
  제네릭 메서드	generic method	static <E> List<E> asList(E[] a)
  타입 토큰	type token	String.class

시작전, 위 개념에 대한 이해가 있어야 이해하기 쉬우며, 일부 겹치는 내용도 있다.

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Understanding Generics and Variance in Kotlin | by Tomek Polański | ProAndroidDev

제네릭 매개변수화 타입(parameterized type)은 불공변이기 때문에 서로 다른 타입이다. 아래 예시를 살펴보자.

public void pushAll(Iterable<E> src) {
  for (E e : src) {
    push(e);
  }
}

public static void main(String[] args) {
  Stack<Number> stack = new Stack<>();
  Iterable<Integer> integers = ...;
  stack.pushAll(integers); // compile error
}

Number와 Integer는 서로 상속관계가 있지만 Iterable<Integer>는 Iterable<Number>의 하위 타입이 아니며, 아무런 관계가 없기 때문에 컴파일 오류가 발생한다. 이러한 경우 상한 경계 와일드카드(upper bounded wildcard)를 이용해서 해당 문제를 해결할 수 있다.

public void pushAll(Iterable<? extends E> src) {
  for (E e : src) {
    push(e);
  }
}

다음은 스택 안에 있는 원소를 모두 Object용 컬렉션으로 옮기는 예제이다.

public void popAll(Collection<E> dst) {
  while (!isEmpty()) {
    dst.add(pop()); // compile error 
  }
}

public static void main(String[] args) {
  Stack<Number> stack = new Stack<>();
  Collection<Object> objects = ...;
  stack.popAll(objects); // compile error
}

Collection<Object>는 Collection<Number>와 아무 상하관계가 없으므로, 컴파일 오류가 발생한다. 이러한 경우 하한 경계 와일드카드(lower bounded wildcard)를 사용해 해결할 수 있다.

public void popAll(Collection<? super E> dst) {
  while (!isEmpty()) {
    dst.add(pop());
  }
}

즉, 와일드카드는 다음과 같은 관계를 갖고 있다고 볼 수 있다.

PECS

어떤 와일드 카드를 사용해야하는지 기억하는데 있어서 PECS 공식을 외워두면 도움이 될 것 이다.

PECS : producer - extends, consumer-super

즉, 매개변수화 타입 T가 생산자인 경우 상한 경계 와일드 카드(<? extends E>)를 사용하고, 소비자이면 하한 경계 와일드카드(<? super E>)를 사용하라는 것이다.

추가로 예를 한개 더 살펴 볼 것이다.

public static <E extends Comparable<E>> E max(List<E> c) {
  if (c.isEmpty()) {
    throw new IllegalArgumentException("collection is empty");
  }
  E result = null;
  
  for (E e : c) {
    if (result == null || e.compareTo(result) > 0) {
      result = Objects.requireNonNull(e);
    }
  }

  return result;
}

ITEM30에서 살펴본 예를 와일드카드 타입을 사용해 다듬어 볼 것이다.

public static <E extends Comparable<? super E>> E max(List<? extends E> c) {
  if (c.isEmpty()) {
    throw new IllegalArgumentException("collection is empty");
  }
  E result = null;
  
  for (E e : c) {
    if (result == null || e.compareTo(result) > 0) {
      result = Objects.requireNonNull(e);
    }
  }

  return result;
}

입력 배개변수는 E 인스턴스를 생성하므로 List<? extends E>로 변경해주었고, Comparable은 언제나 소비자 역할이므로, Comparable<? super E>로 변경해주었다.

Comparable와 Comparator는 모두 소비자이다.

와일드카드 타입으로 변경하기전의 max() 메서드는 List<ScheduledFuture<?>> scheduledFutures = ...; 리스트를 처리할 수 없었으며, 와일드카드 적용후에 오류없이 실행되는 것을 확인할 수 있다.

ScheduledFuture는 ScheduledFuture 인스턴스뿜 아니라 Delayed 인스턴스와도 비교할 수 있기때문에 수정전 max() 메서드에서 오류가 나는 것을 확인할 수 있다. 다시말해 Comparable을 직접 구현하지 않고, 직접 구현한 다른 타입(Delayed)를 확장한 타입을 지원하기 위해서 와일드카드가 필요한 것이다.

추가적으로 메서드 선언에 타입 매개변수가 한 번만 나오면 와일드카드로 대체하는 것이 좋다.

private static helper 메서드

컴파일러는 어떠한 경우에, 와일드카드의 타입을 추론한다. 예를들어, List<?> 리스트가 정의되어있을때, 컴파일러는 코드에서 특정 타입을 추론한다. 이러한 시나리오를 와일드카드 캡처라고 한다.

"capture of" 오류 문구를 제외하고는 와일드카드 캡처를 신경쓰지 않아도 된다.

public static void swap(List<?> list, int i, int j){
    list.set(i, list.set(j, list.get(i)));
};

swap() 메서드에서 List.set(int, E)를 호출할때 컴파일러는 List에 삽입되는 객체의 유형을 확인할 수 없기 때문에 오류를 발생시킨다. 이러한 유형의 오류가 발생하면 일반적으로 컴파일러는 변수에 잘못된 타입의 값을 할당하고 있다고 믿는다는 것을 의미한다. 이 오류는 형변환이나 리스트의 로 타입을 사용하지 않고 private static helper 메서드로 해결할 수 있다.

public static void swap(List<?> list, int i, int j){
    swapHelper(list, i, j);
};


// Helper method created so that the wildcard can be captured
// through type inference.
public static <E> void swapHelper(List<E> list, int i, int j){
  list.set(i, list.set(j, list.get(i)));
};

helper 메서드 덕분에 컴파일러는 E가 캡쳐 변수인 CAP#1 임을 추론할 수 있다. 즉, list에서 꺼낸 값의 타입은 항상 E이고, E 타입의 값이라면 리스트에 추가해도 안전하다는 것을 컴파일러는 알 수 있다. 일반적으로 helper 메서드는 originalMethodNameHelper로 지정된다.