5. Wildcard

Unbounded Wildcard

 

Collections 클래스에는 reverse API가 있습니다. 해당 API는 주어진 Collection내 원소들을 역순으로 뒤집어주는 기능을 수행합니다.

 

public class Collections {
    ....
    public static void reverse(List<?> list){}
    ....
}

 

위 파라미터 변수를 살펴보면 wildcard가 사용되었지만 그 어떠한 경계도 지정되지 않은 형태로 사용되었습니다.

이는 말 그대로 타입 변수가 어떠한 것이든 상관이 없음을 의미합니다.

 

자세히 보면 List<Object> 와 의미가 비슷하다고 생각할 수 있습니다. 

하지만 List<?>와 List<Object>는 다릅니다.

 

public class Main{
   public void static main(int argc, String[] argv){
       List<Object> ints = new ArrayList<>();
       ints.add(1);
       ints.add(2);
       List<?> objs;
   }
}

 

List<Object>에는 Object 의 Subtype이 할당될 수 있지만, List<?>에는 오직 null 만이 할당될 수 있습니다. null만 할당이 가능하다는 점에서 List<? extends Object>와 같습니다.

 

Unbounded Wildcard 의미는 전달되는 변수의 타입이 무엇인지 정확히는 모르나 타입은 존재하며, 관심대상은 파라미터 타입이 아닌 객체가 제공하는 기능입니다.

 

즉 위 예시의 경우에는 관심대상은 List 인터페이스가 제공하는 기능이지 그 안에서 제공되는 타입들이 제공되는 기능은 관심대상은 아닙니다.

 

 

Unbounded Wildcard 내용을 정리하면 다음과 같습니다.

• Object 클래스에 의하여 제공되는 기본적인 기능을 사용할 경우
• 타입 파라미터에 의존적이지 않은 Generic Class에서 제공되는 기능을 사용하는 경우
• 매개 변수로 전달되는 실제 타입은 관심 대상이 아니다.

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Wildcard Capture

 

Get and Put 원리를 적용하여 reverse API를 직접 구현해봅시다. 메소드 수행 동작상에서 List의 원소가 제공하는 기능은 관심대상이 아니기에 다음과 같이 Spec을 정의할 수 있습니다.

 

public static void reverse(List<?> list)

 

메소드를 구현하면 대략 다음과 같습니다.

 

public static void reverse(List<?> list){
    List<Object> tmp = new ArrayList<>(list);
    for(int i =0;i < tmp.size();i++){
        list.set(i, tmp.get(i));
    }
}

Error:(12, 32) java: incompatible types: java.lang.Object cannot be converted to capture#1 of ?

 

위 메소드에서 tmp 리스트의 타입 인자가 Object인 이유는 전달받는 타입 정보를 모르기 때문에 모든 타입을 수용할 수 있도록 Object로 지정하였습니다.

 

하지만 메소드를 수행하면 에러가 발생하는 것을 볼 수 있습니다.

무엇이 문제였을까요?

 

public interface List<?> extends Collection<?>{
    ...
    ? get(int index);
    ? set(int index, ? element)
    ...
}

 

상위 경계 포스팅에서 다루었던 내용을 잠시 복습해보겠습니다.

 

Wildcard로 타입 인자가 지정되었을 때 타입에 대한 정보를 모르기때문에, 위 인터페이스에서 set 메소드를 호출할때마다 이를 지칭하기 위해 capture# of ?와 같은 형태로 컴파일러가 임의의 타입 변수를 할당합니다. 이를 Wildcard Capture라고 합니다.

 

문제는 알지 못하는 임의의 타입 T를 가르키는 capture# of ? 변수는 컴파일러가 내부적으로만 사용하고 타입 제약조건을 공식화하는데 사용하지 않는다는 점입니다. 

 

따라서 Object 타입의 값을 알 수 없는 List에 집어넣으려고 하기 때문에 에러가 발생합니다.

 

public static void reverse(List<T> list){
    List<T> tmp = new ArrayList<>(list);
    for(int i =0;i < tmp.size();i++){
        list.set(i, tmp.get(i));
    }
}

 

가장 심플한 방법은 reverse API를 위와 같이 타입 파라미터를 명시하는 방법입니다.

하지만, 관심대상이 아닌 T 타입을 컴파일러 제약때문에 API에 넣는다는 것은 그다지 좋은 디자인이 아닙니다.

따라서 API 디자인 규칙을 잘 준수하면서도 기능 동작을 구현하기위해 일종의 컴파일러 트릭을 사용합니다.

 

 

위 코드는 Helper 메소드를 사용하여 문제를 해결하였습니다. 즉 reverse 메소드를 호출할 때는 Wildcard Capture 정보를 타입 제약 조건으로 사용되지 않았습니다. 하지만 내부적으로 reverseHelper 메소드를 호출할때, 파라미터 타입에 T 타입을 명시하였기 때문에, capture# of ?와 같은 정보를 타입으로써 지정할 수 있습니다. 

 

이후 동일 타입내에서 값을 추출하고 넣음을 보장할 수 있기때문에 값 할당이 허용됩니다.

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Wildcard 제한

 

public class Main {
    public static void main(String[] args)  {
        List<?> list = new ArrayList<?>(); //Compile 에러 발생
    }
}

 

 

Wildcard를 사용하면, 이를 기반으로 인스턴스 생성이 불가합니다.

만약, 타입 자동 추론을 이용하여 위 그림과 같이 list를 생성 할지라도, add 수행시 알 수 없는 타입이기 때문에 null외에 값 허용이 안됩니다.

 

이러한 제한을 둔 배경에는 Wildcard는 구체적인 타입 파라미터가 지정된 객체를 가르키는 것이기 때문에, 타입을 알 수 없는 Wildcard가 지정된 인스턴스 생성은 바람직하지 않기 때문입니다.

 

하지만 Wildcard가 쓰여있다고 해서 모든 객체가 생성 불가능한 것은 아닙니다.

Nested 형태로 Wildcard가 명시된 구조에서는 생성 가능합니다.

 

public class Main {
    public static void main(String[] args)  {
        List<List<?>> lists = new ArrayList<List<?>>();
        List<Integer> ints = Arrays.asList(1, 2, 3);
        List<Double> dbls = Arrays.asList(1.0, 2.0);
        lists.add(ints);
        lists.add(dbls);
    }
}

 

다만, 위에서도 볼 수 있듯이 Nested 형태 Wildcard가 포함된 인스턴스 또한 다른 List의 타입 파라미터를 가르키는 용도로 사용될 뿐 Wildcard 자체가 타입으로써 사용되지는 않습니다.