Kotlin in action(9)

제네릭스를 쓰면 타입 파라미터를 받는 타입을 정의할 수 있다.(List, Map 과 같은)

코틀린은 값이 들어오는 것에 따라 타입인자를 추론할 수 있는데, 빈리스트를 만들 경우에는 타입인자의 타입을 명시해줘야한다. 자바에서는 처음부터 제네릭이 없었기에 타입인자를 명시하지않고 선언하는게 가능하지만 코틀린은 처음부터 제네릭이 도입돼서 추론을 하게 하던가, 명시를 해야한다.

제네릭 함수와 프로퍼티

모든 타입인자를 갖는 리스트를 다룰 수 있는 함수를 작성하면, 반드시 호출시점에 구체적인 타입을 타입인자로 넘겨줘야한다. 

fun <T> List<T>.slice(indices: IntRange) : List<T>

반환 값도 제네릭, 타입 인자도 제네릭이다. 수신객체를 이용한 함수로 정의되어 있다.

 

제네릭 클래스도 마찬가지로 <T>를 이용해 선언한다.

interface Comparable<T> {
    fun compareTo(other: T): Int
}

class String : Comparable<String> {
    override fun compareTo(other: String): Int = /*...*/
}

클래스에서 Comparable 인터페이스를 구현하는데, T에 String을 넣어서 구현했다.

타입 파라미터 제약

어떤 타입을 제네릭 타입의 타입 파라미터에 대한 상한으로 지정하면 그 제네릭 타입을 인스턴스화할 때 사용하는 타입 인자는 반드시 그 상한 타입이거나 그 상한 타입의 하위 타입이어야 한다. 상한으로 지정한다는 얘기는 Number같은 최상위 타입을 지정할 때를 말한다.

fun <T : Number> oneHalf(value: T): Double { 
    return value.toDouble() / 10.0
}

상한을 지정하면 이때부터 T는 상한타입으로 변한다.

 

이런 제약은 단일 제약이고, 여러 제약을 적용하고 싶으면 타입 파라미터 제약 목록을 사용하면 된다.

fun <T> ensureTrailingPeriod(seq: T) 
    where T : CharSequence, T : Appendable { // <- 이 부분의 조건 검사가 목록역할함
    
    }

non-null 타입으로 한정하는 법도 있다. 상한을 정하지않은 타입 파라미터는 Any?가 디폴트인데, 그러면 nullable이 기본이다. 항상 non-null만 인자로 받게하려면 Any를 명시적으로 써서 상한을 지정하면된다.(Any가 아니어도 non-null type으로 상한을 지정하면된다.)

그러면 String?, Int?는 Any?의 자손타입이지 Any의 자손타입이 아니기 때문에 null이 들어오지 못하게 만들 수 있다.

실행 시 제네릭스 동작

JVM의 제네릭스는 타입소거(type erasure)를 사용해 구현된다. 실행시점에 제네릭 클래스의 인스턴스에 타입인자 정보가 존재하지않는데, 이걸 inline함수를 이용해 타입인자가 런타임시점에 지워지지 않게 하는 것을 실체화(reify)라고 한다. 타입소거의 장점으로는 저장해야하는 타입정보 크기가 줄어서 메모리 사용량을 줄인다는 것이 있다.

실행시점에 제네릭스 인스턴스는 그 자체로만 있고, 어떤 원소타입을 갖는지는 컴파일러가 잘 보장해준다.

 

이번에 프로젝트 리팩토링하면서 자주 본 에러인데

if (value is List<String>) { ... }
ERROR: Cannot check for instance of erased type

타입소거로 인해 is 검사에서 타입인자로 지정한 타입을 실행시점에서 검사할 수 없기 때문에 발생하는 에러다. 이걸 올바르게 고치려면 

if (value is List<*>)

타입인자 타입을 *(스타프로젝션)으로 바꿔야한다. as 캐스팅에서는 빌드는 허용하지만 경고문구가 unchecked cast라고 나오긴하니 주의해야한다.

 

실체화

제네릭 함수의 본문에서 그 함수의 타입인자를 가리킬수 있게 하는 방법으로 inline 함수가 있다. 이게 인라인 함수가 유용한 이유 중 하나인 타입인자 실체화이다.

제네릭 함수를 인라인 함수로 만들고, 타입파라미터를 reified로 지정하면 실행시점에 타입 검사가 가능하다.

inline fun <reified T> isA(value: Any) = value is T

컴파일러는 인라인함수의 본문을 바이트코드로 변환해서 호출 지점에 다 붙여버린다. 이때 reified된 인자를 호출 지점에서 다 알 수 있기 때문에 실행시점에 타입 검사가 가능하다.

 

java.lang.Class 타입인자를 받는 경우 실체화를 자주 사용한다.

ClassName::class.java로 파라미터에 넣는 경우인데, 이걸 inline과 reified를 이용해 바꿔보면 아래와 같다.

inline fun <reified T: Activity> Context.startActivity() {
	val intent = Intent(this, T::class.java)
    startActivity(intent)
}

::는 클래스 참조할 떄 사용하는데, 10장에 리플렉션 때 자세히 나온다고한다.

 

실체화도 하지 못하는 게 있다.

• 타입 파라미터 클래스의 인스턴스 생성
• 타입 파라미터 클래스의 동반 객체 메소드 호출
• 실체화한 타입 파라미터를 요구하는 함수를 호출하면서 실체화하지 않은 타입 파라미터로 받은 타입을 타입 인자로 넘기기
• 클래스, 프로퍼티, 인라인 함수가 아닌 함수의 파라미터를 reified로 지정하기(이건 어느 정도 예상했다)

마지막 제약이 있으므로, 성능상의 이유나 인라이닝되는 과정에서 람다를 인라이닝할 수 없다면 noinline을 붙여서 인라이닝을 금지 할 수 있다.

변성 variance - 무공변, 공변성, 반공변성

base 타입이 같고 타입인자가 다른 여러타입이 어떤 관계에 놓여있는지 알아보는 절이다.

원소 변경이 생긴다면 List<String> -> List<Any> 과정에서 타입 불일치가 생길 수 있어서 불가능하다. 그게 아니라면 안전하다.

제네릭이 아닌 클래스의 경우 타입이 될 수 있다. 그 예시로 String 클래스는 String, String? 두 타입이 될 수 있다. 제네릭 클래스인 경우 타입 파라미터를 구체적인 타입 인자로 바꿔줘야하며 List는 타입이 될 수 없지만 여전히 클래스이고, List<String>과 같은 경우는 타입이다.

 

상한 개념에서 내려와서, 컴파일러는 변수대입/ 함수인자 전달 시 하위 타입검사를 매번 수행한다. 이때 보통의 경우는 하위타입 == 하위 클래스 이지만(non-null -> nullable가능, 그 반대는 불가능) 제네릭 클래스의 경우를 보자.

인스턴스화 할 때 MutableList<A> MutableList<B>에서 A와 B의 여부에 따라 하위타입관계가 성립하지않는 경우 그때 제네릭 타입을 무공변(invariant)이라고 한다. 

다시 말하면 B가 A의 하위타입이지만 MutableList<B>는 MutableList<A>의 하위타입이 아닌 것을 무공변이라고 한다.

List<T>의 경우에는 코틀린에서 읽기전용 컬렉션인데, List<A>, List<B>는 하위타입규칙을 적용할 수 있고 이때는 공변(covariant)적이라고 말한다.

 

제네릭 클래스(인터페이스도 당연히 포함)가 타입 파라미터에 대해 공변적임을 나타내려면 파라미터 앞에 out을 표기해야한다. 이게 공변적이라고 선언하는 방법이다. 

interface Producer<out T> {
    fun produce(): T
}

타입 파라미터를 공변적으로 만들면 이 클래스의 인스턴스를 함수 인자나 반환값으로 사용하는 게 가능해진다.

모든 곳에 공변적으로 만들고 싶지만 공변적일때 안전하지 못한 경우가 있다. 타입 파라미터를 공변적으로 지정하면 클래스 내부에서 그 파라미터 사용 방법이 제한되는데, 타입 안전성을 위해서는 생산(read)으로 고정되고 소비(write)가 불가능하다는 점이다.

https://livebook.manning.com/book/kotlin-in-action/chapter-9/17

생산/ 소비 도식이다. in에서 T타입 값을 소비하고, out에서 T타입 값을 생산한다. 따라서 공변적으로 선언하려면 out위치에 존재하는 경우 안전하다.

out 키워드의 의미가 이제 확실해졌다.

1. 공변성
2. T를 아웃위치에서만 사용할 수 있게 사용제한

생성자 파라미터는 in/out 어느쪽에도 속하지않는다. 그 이유는 생성자는 인스턴스를 생성할때 호출되지 그 이후 호출할 수 있는 메서드가 아니기 때문이다. 다만 생성자 파라미터를 프로퍼티로 만든다면 그건 in/out에 속한다.

 

또 변성규칙은 클래스 외부에서의 안전성을 확보하기 위함이므로 public, protected, internal 클래스에만 적용되고 클래스 내부에만 유효한 private에는 적용되지않는다.

 

https://livebook.manning.com/book/kotlin-in-action/chapter-9/17

반공변성(contravariance)는 공변성을 180도 뒤집어 둔 것이다. 

공변성이 생산자(read) 관점에서 나온것이라면 반공변성은 소비자(write)관점이다. 따라서 in키워드의 위치가 반공변성의 핵심이고 타입인자의 하위타입관계가 뒤집혀서 제네릭 인자로 들어가게 된다.

 

지금까지 클래스를 선언하면서 변성을 지정했다. 이걸 선언지점 변성이라고 하고, 특정 타입 파라미터가 나타나는 지점에서 변성을 결정하는 걸 사용지점 변성이라고 한다.

fun <T> copyData(src: MutableList<out T>)

 호출 지점에 out을 붙여서 T타입을 out에 사용하는 메서드만 호출한다고 선언해버린 예시다. 이때 MutableList는 제약을 가해진 타입으로 바뀌며 이걸 타입 프로젝션이라고 한다. 

스타 프로젝션

제네릭 타입 인자 정보가 없음을 표현하기 위해 스타 프로젝션을 사용하고, 원소 타입이 알려지지 않은 리스트는 List<*> 라는 구문으로 표현할 수 있다고 앞서 예시로 봤다.

중요한 몇가지를 짚고 가면 *의 정확한 의미가 어떤 정해진 타입의 원소를 담지만 그 원소의 타입을 정확히 모른다는 것이지 MutableList<*> == MutableList<Any?>로 대치할 수 있는 게 아니라는 점이다.

fun printFirst(list: List<*>) {  // 모든 구체적 타입의 리스트를 인자로 받을 수 있다. 
    if (list.isNotEmpty()) { // isNotEmpty()에서는 T를 사용하지 않는다. 
        println(list.first()) // first()는 이제 Any?를 반환. 
    }
}

프로젝션이 붙는 이유는 *가 out Any?처럼 동작하기 때문이다. 반대로 in일때 스타프로젝션을 지정하면 소비대상이 어떤 T인지 알 수 없기 때문에 in Nothing으로 작동한다. 또 타입 파라미터를 시그니처에서 전혀 언급하지 않거나 데이터를 읽기는 하지만 그 타입에는 관심이 없는 경우와 같이 타입 인자 정보가 중요하지 않을 때도 스타 프로젝션 구문을 사용할 수 있다.