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Java 자바 제네릭(Generic) 개념과 문법 알아보기

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제네릭(Generic)이란?

자바 제네릭은 코드의 재사용성을 높이고 타입 안전성을 보장하는 중요한 개념입니다. 이 블로그 글에서는 자바 제네릭의 개념, 장점, 제약 조건, 그리고 다양한 사용 사례를 깊이 있게 탐구해 보겠습니다. 예제와 설명을 통해 제네릭이 왜 자바 프로그래밍에 필수적인지를 알아봅시다.

제네릭은 자바 5에서 도입된 기능으로, 클래스나 메서드에서 사용할 수 있는 타입을 일반화(generic)하여 코드의 재사용성을 높이는 것을 목표로 합니다. 제네릭을 사용하면 특정 클래스나 메서드를 다양한 타입에 대해 안전하게 사용할 수 있습니다. 예를 들어, List나 Map 같은 컬렉션 프레임워크의 클래스들이 대표적인 제네릭 클래스입니다.

기본적인 예제를 통해 제네릭의 개념을 이해해 보겠습니다.

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

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위의 코드에서 List<String>은 문자열 타입만 저장할 수 있는 리스트를 의미합니다. 제네릭을 사용하지 않으면 컴파일 타임에 타입을 검사할 수 없어 런타임 오류가 발생할 위험이 있지만, 제네릭을 사용함으로써 이러한 문제를 방지할 수 있습니다.

제네릭의 장점

타입 안정성 (Type Safety)

제네릭을 사용하면 코드에서 다루는 데이터 타입을 명시적으로 지정할 수 있습니다. 이렇게 하면 컴파일 타임에 타입 오류를 방지할 수 있어 코드의 안전성이 크게 향상됩니다.

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List<Integer> numbers = new ArrayList<>();
numbers.add(10);
numbers.add("Hello"); // 컴파일 오류 발생

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위의 코드에서 List<Integer>는 정수만 저장할 수 있으므로 문자열을 추가하려고 하면 컴파일 오류가 발생합니다. 이는 타입 안정성을 보장하여 런타임 오류를 줄이는 효과가 있습니다.

코드 재사용성 (Reusability)

제네릭을 사용하면 데이터 타입에 구애받지 않는 범용적인 코드를 작성할 수 있습니다. 예를 들어, 아래와 같은 제네릭 클래스를 정의할 수 있습니다.

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public class Box<T> {
    private T item;

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

    public T getItem() {
        return item;
    }
}

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위의 Box<T> 클래스는 어떤 타입의 객체든 저장할 수 있습니다. T는 타입 파라미터로, 이 클래스를 사용할 때 구체적인 타입으로 대체됩니다.

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Box<String> stringBox = new Box<>();
stringBox.setItem("Hello Generics");
System.out.println(stringBox.getItem());

Box<Integer> intBox = new Box<>();
intBox.setItem(123);
System.out.println(intBox.getItem());

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이렇게 하면 동일한 클래스를 사용해 다양한 타입의 데이터를 다룰 수 있어 코드의 재사용성이 크게 향상됩니다.

코드의 가독성 (Readability)

제네릭을 사용하면 코드의 의도를 명확하게 전달할 수 있어 가독성이 향상됩니다. 예를 들어, List<String>은 해당 리스트가 문자열을 저장한다는 것을 명확하게 보여주므로, 코드 리뷰나 유지보수 시 이해하기 쉽습니다. 이는 협업하는 팀원들이나 후속 작업을 진행하는 개발자들에게 큰 도움이 됩니다.

제네릭 메서드와 와일드카드

제네릭 메서드

제네릭은 클래스뿐만 아니라 메서드에도 적용할 수 있습니다. 이를 통해 메서드에서 사용할 타입을 호출 시점에 지정할 수 있습니다.

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

public static void main(String[] args) {
    Integer[] intArray = {1, 2, 3, 4, 5};
    String[] strArray = {"A", "B", "C"};

    printArray(intArray);
    printArray(strArray);
}

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위의 코드에서 printArray 메서드는 어떤 타입의 배열이든 출력할 수 있도록 정의되었습니다. 메서드 선언부의 <T>는 타입 파라미터를 정의하며, 메서드에서 사용될 타입을 일반화합니다.

와일드카드 (`?`)

와일드카드는 제네릭 타입에 대한 유연성을 제공하기 위해 사용됩니다. 예를 들어, List<?>는 어떤 타입이든 담을 수 있는 리스트를 의미합니다.

List<?>: 임의의 타입의 리스트를 나타내며, 타입을 알 수 없는 경우에 사용합니다.
List<? extends Number>: Number 또는 그 하위 클래스만 담을 수 있습니다.
List<? super Integer>: Integer 또는 그 상위 클래스만 담을 수 있습니다.

와일드카드를 사용하여 더 유연하게 제네릭 타입을 처리할 수 있습니다. 예를 들어, 다음과 같은 메서드는 숫자 리스트를 인자로 받아서 처리할 수 있습니다.

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

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이 메서드는 List<Integer>, List<Double> 등 다양한 숫자 리스트를 인자로 받을 수 있습니다.

와일드카드의 한정 (extends와 super)

와일드카드는 상한 제한(extends)과 하한 제한(super)을 사용할 수 있습니다. 이를 통해 제네릭 타입의 범위를 제어하고, 보다 유연하면서도 안전한 코드를 작성할 수 있습니다.

상한 제한 (extends): 주로 읽기 전용 데이터를 처리할 때 사용됩니다. 예를 들어, List<? extends Number>는 Number의 서브타입만을 처리하므로, 이 리스트에 데이터를 추가하는 것은 불가능하지만 읽기는 가능합니다.
하한 제한 (super): 주로 데이터를 추가하는 용도로 사용됩니다. 예를 들어, List<? super Integer>는 Integer의 슈퍼타입에 데이터를 추가하는 것이 가능합니다.

이와 같은 한정 키워드를 적절히 사용하면 메서드가 특정 조건에서만 동작하도록 제어할 수 있어 코드의 안정성이 높아집니다.

제네릭의 제약 사항

타입 소거 (Type Erasure)

자바에서 제네릭은 컴파일 시 타입 검사 후 타입 정보를 제거하는 타입 소거 방식을 사용합니다. 따라서 런타임에는 제네릭 타입 정보가 사라지며, 이는 일부 상황에서 타입 캐스팅 문제를 발생시킬 수 있습니다.

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List<String> stringList = new ArrayList<>();
List<Integer> intList = new ArrayList<>();

if (stringList.getClass() == intList.getClass()) {
    System.out.println("동일한 클래스입니다."); // 출력됨
}

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위 예제에서 List<String>과 List<Integer>는 런타임 시 동일한 List 클래스로 인식됩니다. 이는 타입 소거로 인해 발생하는 현상입니다.

기본 타입 사용 불가

제네릭에는 기본 타입(primitive type)을 사용할 수 없습니다. 예를 들어, List<int>와 같은 선언은 불가능합니다. 대신, 래퍼 클래스(Integer, Double 등)를 사용해야 합니다.

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List<Integer> intList = new ArrayList<>();
intList.add(10); // 가능

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이는 제네릭이 객체 타입을 기대하기 때문이며, 기본 타입은 래퍼 클래스로 감싸져야 합니다.

정적 컨텍스트에서의 타입 파라미터 사용 제한

제네릭 타입 파라미터는 정적(static) 변수나 메서드에서 사용할 수 없습니다. 이는 정적 멤버가 클래스 수준에서 공유되기 때문에, 특정 인스턴스에 종속된 제네릭 타입을 사용할 수 없기 때문입니다.

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public class GenericClass<T> {
    private static T instance; // 컴파일 오류 발생

    public static T getInstance() { // 컴파일 오류 발생
        return instance;
    }
}

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이러한 제약을 피하기 위해서는 정적 멤버에서 제네릭을 사용하지 않거나, 정적 메서드에 제네릭 타입 파라미터를 직접 정의해야 합니다.

제네릭과 컬렉션 프레임워크

자바 컬렉션 프레임워크는 제네릭의 대표적인 활용 예입니다. 예를 들어 List<E>, Map<K, V> 등에서 E, K, V와 같은 타입 파라미터를 사용하여 컬렉션이 다루는 요소의 타입을 지정할 수 있습니다.

List와 Map의 제네릭 사용

List와 Map은 각각 요소의 타입을 제네릭으로 지정하여 타입 안전성을 보장합니다.

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List<String> names = new ArrayList<>();
names.add("Alice");
names.add("Bob");

Map<String, Integer> scores = new HashMap<>();
scores.put("Alice", 90);
scores.put("Bob", 85);

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위의 코드에서 List<String>은 문자열만 저장하며, Map<String, Integer>는 키가 문자열이고 값이 정수인 매핑을 저장합니다.

Set의 제네릭 사용

Set 인터페이스 역시 제네릭을 활용하여 타입 안정성을 제공합니다. HashSet, TreeSet 등의 클래스는 제네릭을 사용하여 특정 타입의 데이터를 중복 없이 저장합니다.

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Set<String> uniqueNames = new HashSet<>();
uniqueNames.add("Alice");
uniqueNames.add("Bob");
uniqueNames.add("Alice"); // 중복된 값은 저장되지 않음

for (String name : uniqueNames) {
    System.out.println(name);
}

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위 예제에서 Set<String>은 문자열 타입의 데이터를 중복 없이 저장하도록 보장합니다.

제네릭 타입의 고급 사용 예

제네릭은 단순히 컬렉션에만 사용되는 것이 아니라, 보다 복잡한 데이터 구조나 유틸리티 클래스를 작성할 때도 활용될 수 있습니다.

복수 타입 파라미터 사용

하나의 클래스나 메서드에서 여러 개의 타입 파라미터를 사용할 수 있습니다. 이를 통해 복잡한 데이터 구조를 더욱 유연하게 정의할 수 있습니다.

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public class Pair<K, V> {
    private K key;
    private V value;

    public Pair(K key, V value) {
        this.key = key;
        this.value = value;
    }

    public K getKey() {
        return key;
    }

    public V getValue() {
        return value;
    }
}

public static void main(String[] args) {
    Pair<String, Integer> pair = new Pair<>("Age", 30);
    System.out.println("Key: " + pair.getKey() + ", Value: " + pair.getValue());
}

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위 예제에서 Pair<K, V> 클래스는 두 개의 타입 파라미터를 사용하여 키-값 쌍을 저장합니다. 이를 통해 다양한 타입의 데이터를 쉽게 다룰 수 있습니다.

제네릭 인터페이스

제네릭은 인터페이스에도 적용될 수 있습니다. 예를 들어, Comparable<T> 인터페이스는 객체의 자연 순서를 정의하기 위해 제네릭을 사용합니다.

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public class Person implements Comparable<Person> {
    private String name;
    private int age;

    public Person(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    @Override
    public int compareTo(Person other) {
        return Integer.compare(this.age, other.age);
    }
}

public static void main(String[] args) {
    List<Person> people = new ArrayList<>();
    people.add(new Person("Alice", 25));
    people.add(new Person("Bob", 20));
    people.add(new Person("Charlie", 30));

    Collections.sort(people);
    for (Person person : people) {
        System.out.println(person.name + ", Age: " + person.age);
    }
}

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위 예제에서 Comparable<Person> 인터페이스를 구현하여 Person 객체의 나이를 기준으로 정렬할 수 있습니다. 제네릭을 사용함으로써 타입 안전성을 보장하면서도 유연한 정렬 기능을 제공할 수 있습니다.

결론

제네릭은 자바에서 코드의 재사용성을 높이고 타입 안전성을 보장하는 강력한 도구입니다. 제네릭을 통해 다양한 타입을 다룰 수 있는 유연한 클래스와 메서드를 작성할 수 있으며, 컴파일 타임에 타입 검사를 통해 안전한 코드를 작성할 수 있습니다. 제네릭의 개념과 활용 방식을 잘 이해하면, 더 안정적이고 유지보수하기 쉬운 코드를 작성할 수 있습니다.

제네릭을 활용하는 다양한 예제들을 직접 작성해 보면서 이해를 깊게 다져 보세요. 제네릭은 처음에는 어려울 수 있지만, 다양한 상황에서 적용해 보면 그 진가를 느낄 수 있을 것입니다. 또한, 제네릭의 고급 기능과 제약 사항을 이해하면 더욱 안전하고 효율적인 코드를 작성할 수 있습니다.

자바 제네릭은 코드 품질을 높이고, 유지보수성을 개선하며, 개발자가 타입 관련 문제로부터 자유로워질 수 있도록 도와줍니다. 이러한 이유로 제네릭을 깊이 이해하고 사용하는 것이 자바 개발자에게는 매우 중요한 기술이라고 할 수 있습니다.

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