6장 코틀린 타입 시스템

KOTLIN IN ACTION 6장을 요약한 내용입니다.

널 가능성

코틀린을 비롯한 최신 언어에서 null에 대한 접근 방법은 가능한 한 이 문제를 실행시점에서 컴파일 시점으로 옮기는 것이다. 널이 될 수 있는지 여부를 타입 시스템에 추가함으로써 컴파일러가 여러 가지 오류를 컴파일 시 미리 감지해서 실행 시점에 발생할 수 있는 예외의 가능성을 줄일 수 있다.

NullPointerException 오류를 다루는 다른 방법

자바에도 NullPointerException문제를 해결하는 데 도움을 주는 도구가 있다. 예를 들어 @Nullable이나 @NotNull을 사용할 수 있다. 하지만 이는 IDE에 종속된 기능으로 일관적인 NPE에 대한 해결책을 보장할 수 없고 오류가 발생할 위치를 정확하게 찾기 위해 적절한 위치에 애노테이션을 추가하는 일도 쉽지는 않다. 이 문제를 해결하는 다른 방법은 nullㄷ 새니 자바8에 새로 도입된 Optional 타입 등의 null을 감싸는 특별한 래퍼 타입을 활용할 수 있다. 하지만 이도 몇 가지 단점이 있다.

코드가 더 지저분해지고 래퍼가 추가됨에 따라 실행 시점에 성능이 저하되며 전체 에코시스템에서 일관성 있게 활용하기 어렵다.

안전한 호출 연산자: ?.

?.은 null 검사와 메소드 호출을 한 번의 연산으로 수행한다. 예를 들어 s?.toUpperCase()는 훨씬 더 복잡한 if(s ≠ null) s.toUpperCase() else null과 같다.

class Address(val streetAddress: String, val zipCode: Int,
              val city: String, val country: String)

class Company(val name: String, val address: Address?)

class Person(val name: String, val company: Company?)

fun Person.countryName(): String {
   val country = this.company?.address?.country
   return if (country != null) country else "Unknown"
}

fun main(args: Array<String>) {
    val person = Person("Dmitry", null)
    println(person.countryName())
}

?. 연산자를 사용하면 다른 추가 검사 없이 Person의 회사 주소에서 country 프로퍼티를 단 한 줄로 가져올 수 있다.

엘비스 연산자: ?:

코틀린은 null 대신 사용할 디폴트 값을 지정할 때 편리하게 사용할 수 있는 연산자를 제공한다. 그 연산자는 엘비스(elvis) 연산자라고 한다.

코틀린에서는 return이나 throw 등의 연산도 식이다. 따라서 엘비스 연산자의 유항에 return, throw 등의 연산을 넣을 수 있고, 엘비스 연산자를 더욱 편하게 사용할 수 있다.

class Address(val streetAddress: String, val zipCode: Int,
              val city: String, val country: String)

class Company(val name: String, val address: Address?)

class Person(val name: String, val company: Company?)

fun printShippingLabel(person: Person) {
    val address = person.company?.address
      ?: throw IllegalArgumentException("No address")
    with (address) {
        println(streetAddress)
        println("$zipCode $city, $country")
    }
}

fun main(args: Array<String>) {
    val address = Address("Elsestr. 47", 80687, "Munich", "Germany")
    val jetbrains = Company("JetBrains", address)
    val person = Person("Dmitry", jetbrains)
    printShippingLabel(person)
    printShippingLabel(Person("Alexey", null))
}

printShippingLabel 함수는 모든 정보가 제대로 있으면 주소를 출력한다. 주소가 없으면 그냥 NullPointerException을 던지는 대신에 의미 있는 오류를 발생시킨다.

안전한 캐스트: as?

as?는 값을 대상 타입으로 변환할 수 없으면 null을 반환한다.

class Person(val firstName: String, val lastName: String) {
   override fun equals(o: Any?): Boolean {
      val otherPerson = o as? Person ?: return false

      return otherPerson.firstName == firstName &&
             otherPerson.lastName == lastName
   }

   override fun hashCode(): Int =
      firstName.hashCode() * 37 + lastName.hashCode()
}

fun main(args: Array<String>) {
    val p1 = Person("Dmitry", "Jemerov")
    val p2 = Person("Dmitry", "Jemerov")
    println(p1 == p2)
    println(p1.equals(42))
}

이 패턴을 사용하면 파라미터로 받은 값이 원하는 타입인지 쉽게 검사하고 캐스트할 수 있고, 타입이 맞지 않으면 쉽게 false를 반환할 수 있다.

널 아님 단언: !!

느낌표를 이중(!!)으로 사용하면 어떤 값이든 널이 될 수 없는 타입으로 (강제로) 바꿀 수 있다. 실제 널에 대해 !!를 적용하면 NPE가 발생한다.

fun ignoreNulls(s: String?) {
    val sNotNull: String = s!!
    println(sNotNull.length)
}

어떤 함수가 값이 널인지 검사한 다음에 다른 함수를 호출한다고 해도 컴파일러는 호출된 함수 안에서 안전하게 그 값을 사용할 수 있음을 인식할 수 없다.

하지만 사용시 기억해야만 하는 함정이 있다. !!를 넣에 대해 사용해서 발생하는 예외의 스택 트레이스(stack trace)에는 어떤 파일의 몇 번째 줄인지에 대한 정보는 들어있지만 어떤식에서 예외가 발생했는지에 대한 정보는 들어있지 않다. 어떤 값이 널이었는지 확실히 하기 위해 여러 !! 단언문을 한 줄에 함께 쓰는 일을 피하라.

person.company!!.address!!.country // 이런 식으로 코드를 작성하지 말라

let 함수

let 함수를 사용하면 널이 될 수 있는 식을 더 쉽게 다룰 수 있다. let 함수를 안전한 호출 연산자와 함께 사용하면 원하는 식을 평가해서 결과가 널인지 검사한 다음에 그 결과를 변수에 넣는 작업을 간단한 식을 사용해 한꺼번에 처리할 수 있다.

let 함수는 자신의 수신 객체를 인자로 전달받은 람다에게 넘긴다. 널이 될 수 있는 값에 대해 안전한 호출 구문을 사용해 let을 호출하되 널이 될 수 없는 타입을 인자로 받는 람다를 let에 전달한다.

fun sendEmailTo(email: String) {
    println("Sending email to $email")
}

fun main(args: Array<String>) {
    var email: String? = "yole@example.com"
    email?.let { sendEmailTo(it) }
    email = null
    email?.let { sendEmailTo(it) }
}

let을 쓰면 긴 식의 결과를 저장하는 변수를 따로 만들 필요가 없다.

여러 값이 널인지 검사해야 한다면 let 호출을 중첩시켜서 처리할 수 있다. 그렇게 let을 중첩시켜 처리하면 코드가 복잡해져서 알아보기 어려워진다. 그런 경우 일반적인 if를 사용해 모든 값을 한꺼번에 검사하는 편이 낫다.

나중에 초기화할 프로퍼티

코틀린에서 클래스 안의 널이 될 수 없는 프로퍼티를 생성자 안에서 초기화할지 않고 특별한 메소드 안에서 초기화할 수는 없다. 코틀린에서는 일반적으로 생성자에서 모든 프로퍼티를 초기화해야 한다. 게다가 프로퍼티 타입이 널이 될 수 없는 타입이라면 반드시 널이 아닌 값으로 그 프로퍼티를 초기화해야 한다. 그런 초기화 값을 제공할 수 없으면 널이 될 수 있는 타입을 사용할 수밖에 없다. 하지만 널이 될 수 있는 타입을 사용하면 모든 프로퍼티 접근에 널 검사를 넣거나 !! 연산자를 써야 한다.

class MyService {
    fun performAction(): String = "foo"
}

class MyTest {
    private var myService: MyService? = null // null로 초기화하기 위해 널이 될 수 있는 타입인 프로퍼티를 선언한다. 

    @Before fun setUp() {
        myService = MyService() // setUp 메소드 안에서 진짜 초깃값을 지정한다. 
    }

    @Test fun testAction() {
        Assert.assertEquals("foo",
            myService!!.performAction()) // 반드시 널 가능성에 신경 써야 한다. !!나 ?을 꼭 써야 한다. 
    }
}

이 코드는 보기 나쁘다. 특히 프로퍼티를 여러 번 사용해야 하면 코드가 더 못생겨진다. 이를 해결하기 위해 myService 프로퍼티를 나중에 초기화(late-initialized)할 수 있다. lateinit 변경자를 붙이면 프로퍼티를 나중에 초기화할 수 있다.

class MyService {
    fun performAction(): String = "foo"
}

class MyTest {
    private lateinit var myService: MyService // 초기화하지 않고 널이 될 수 없는 프로퍼티를 선언한다. 

    @Before fun setUp() {
        myService = MyService() 
    }

    @Test fun testAction() {
        Assert.assertEquals("foo",
            myService.performAction()) // 널 검사를 수행하지 않고 프로퍼티를 사용한다. 
     }
}

이제 널이 될 수 없는 타입이라 해도 더 이상 생성자 안에서 초기화할 필요가 없다.

코틀린의 원시 타입

원시 타입: Int, Boolean 등

원시 타입의 변수에는 그 값이 직접 들어가지만, 참조 타입의 변수에는 메모리상의 객체 위치가 들어간다. 자바는 참조 타입이 필요한 경우 특별한 래퍼 타입(Integer 등)으로 원시 타입 값을 감싸서 사용한다. 코틀린은 원시 타입과 래퍼 타입을 구분하지 않으므로 항상 같은 타입을 사용한다. 래퍼 타입을 따로 구분하지 않으면 편리하다. 더 나아가 코틀린에서는 숫자 타입 등 원시 타입의 값에 대해 메소드를 호출할 수 있다.

fun showProgress(progress: Int) {
		val percent = progress.coerceIn(0, 100)
		println("We're ${percent}% done!")
}

코틀린은 실행 시점에 숫자 타입이 가능한 한 가장 효율적인 방식으로 표현된다. 대부분의 경우 코틀린의 Int 타입은 자바 int 타입으로 컴파일 된다.

자바 원시 타입에 해당하는 타입은 다음과 같다.

  • 정수 타입 : Byte, Short, Int, Long

  • 부동소수점 수 타입 : Float, Double

  • 문자 타입 : Char

  • 불리언 타입 : Boolean

널이 될 수 있는 원시 타입: Int?, Boolean? 등

null 참조를 자바의 참조 타입의 변수에만 대입할 수 있기 때문에 널이 될 수 있는 코틀린 타입은 자바 원시 타입으로 표현할 수 없다. 따라서 코틀린에서 널이 될 수 있는 원시 타입을 사용하면 그 타입은 자바의 래퍼 타입으로 컴파일된다.

data class Person(val name: String,
                  val age: Int? = null) {

    fun isOlderThan(other: Person): Boolean? {
        if (age == null || other.age == null)
            return null
        return age > other.age
    }
}

fun main(args: Array<String>) {
    println(Person("Sam", 35).isOlderThan(Person("Amy", 42)))
    println(Person("Sam", 35).isOlderThan(Person("Jane")))
}

// false
// null

Person 클래스에 선언된 age 프로퍼티의 값은 Integer로 저장된다. 코틀린에서적절한 타입을 찾으려면 그 변수나 프로퍼티에 널이 들어갈 수 있는지만 고민하면 된다.

숫자 변환

코틀린과 자바의 가장 큰 차이점 중 하나는 숫자를 변환하는 방식이다. 코틀린은 한 타입의 숫자를 다른 타입의 숫자로 자동 변환하지 않는다. 결과 타입이 허용하는 숫자의 범위가 원래 타입의 범위보다 넓은 경우 조차도 자동 변환은 불가능하다.

val i = 1
val l: long = i // "Error: type mismatch" 컴파일 오류 발생
val l2: long = i.toLong()

코틀린은 모든 원시 타입에 대한 변환 함수를 제공한다. 그런 변환 함수의 이름은 toByte(), toShort(), toChar() 등과 같다. 즉, 어떤 타입을 더 표현 범위가 넓은 타입으로 변환하는 함수도 있고, 타입을 범위가 더 표현 범위가 좁은 타입으로 변환하면서 값을 벗어나는 경우에는 일부를 잘라내는 함수(Long.toInt())도 있다.

문자열을 숫자로 변환하기

코틀린 표준 라이브러리는 문자열을 원시 타입으로 변환하는 여러 함수를 제공한다. (toInt, toByte, toBoolean 등)

>>> println("42".toInt()) 42

이런 함수는 문자열의 내용을 각 원시 타입을 표기하는 문자열로 파싱한다. 파싱에 실패하면 NumberFormatException이 발생한다.

Any, Any?: 최상위 타입

자바에서 Object가 클래스 계층의 최상위 타입이듯 코틀린에서는 Any 타입이 모든 널이 될 수 없는 타입의 조상 타입이다. 하지만 코틀린에서는 Any가 Int 등의 원시 타입을 포함한 모든 타입의 조상 타입이다.

val answer: Any = 42 // Any가 참조 타입이기 때문에 42가 박싱된다.

Unit 타입: 코틀린의 void

코틀린의 Unit 타입은 자바 void와 같은 기능을 한다. 관심을 가질 만한 내용을 전혀 반환하지 않는 함수의 반환 타입으로 Unit을 쓸 수 있다. 이는 반환 타입 선언 없이 정의한 블록이 본문인 함수와 같다.

코틀린의 Unit이 자바 void와 다른 점은 무엇일까?

Unit은 모든 기능을 갖는 일반적인 타입이며, void와 달리 Unit을 타입 인자로 쓸 수 있다. Unit 타입에 속한 값은 단 하나뿐이며, 그 이름도 Unit이다. Unit 타입의 함수는 Unit 값을 묵시적으로 반환한다. 이 두 특성은 제네릭 파라미터를 반환하는 함수를 오버라이드하면서 반환 타입으로 Unit을 쓸 때 유용하다.

interface Processor<T> {
		fun process() : T
}

class NoResultProcessor : Processor<Unit> {
		override fun process() { // Unit을 반환하지만 타입을 저장할 필요는 없다. 
				// 업무 처리 코드 // 여기서 return을 명시할 필요가 없다. 
		}
}

함수형 프로그래밍에서전통적으로 Unit은 '단 하나의 인스턴스만 갖는 타입'을 의미해 왔고 바로 그 유일한 인스턴스의 유무가 자바 void와 코틀린 Unit을 구분하는 가장 큰 차이다. 어쩌면 자바 등의 명령형 프로그래밍 언어에서 관례적으로 사용해온 Void라는 이름을 사용할 수도 있겠지만, 코틀린에는 Nothing이라는 전혀 다른 기능을 하는 타입이 하나 존재한다.

Nothing 타입: 이 함수는 결코 정상적으로 끝나지 않는다

코틀린에는 결코 성공적으로 값을 돌려주는 일이 없으므로 '반환 값'이라는 개념 자체가 의미 없는 함수가 일부 존재한다.

fun fail(message: String) : Nothing {
		throw IllegalStateException(message)
}

val address = company.address ?: fail("No address")
println(address.city)

Nothing 타입은 아무 값도 포함하지 않는다. 따라서 Nothing은 함수의 반환 타입이나 반환 타입으로 쓰일 타입 파라미터만 쓸 수 있다. 컴파일러는 Nothing이 반환 타입인 함수가 결코 정상 종료되지 않음을 알고 그 함수를 호출하는 코드를 분석할 때 사용한다.

컬렉션과 배열

널 가능성과 컬렉션

컬렉션 안에 널 값을 넣을 수 있는지 여부는 어떤 변수의 값이 널이 될 수 있는지 여부와 마찬가지로 중요하다.

fun addValidNumbers(numbers: List<Int?>) {
    var sumOfValidNumbers = 0
    var invalidNumbers = 0
    for (number in numbers) {
        if (number != null) {
            sumOfValidNumbers += number
        } else {
            invalidNumbers++
        }
    }
    println("Sum of valid numbers: $sumOfValidNumbers")
    println("Invalid numbers: $invalidNumbers")
}

리스트의 원소에 접근하면 Int? 타입의 값을 얻는다. 따라서 그 값을 산술식에 사용하기 전에 널 여부를 검사해야 한다. 널이 될 수 있는 값으로 이뤄진 컬렉션으로 널 값을 걸러내는 경우가 자주 있어서 코틀린 표준 라이브러리는 그런 일을 하는 filterNotNull이라는 함수를 제공한다.

fun addValidNumbers(numbers: List<Int?>) {
    val validNumbers = numbers.filterNotNull()
    println("Sum of valid numbers: ${validNumbers.sum()}")
    println("Invalid numbers: ${numbers.size - validNumbers.size}")
}

읽기 전용과 변경 가능한 컬렉션

코틀린 컬렉션과 자바 컬렉션을 나누는 가장 중요한 특성 하나는 코틀린에서는 컬렉션안의 데이터에 접근하는 인터페이스와 컬렉션 안의 데이터를 변경하는 인터페이스를 분리했다는 점이다.

일반적인 읽기 전용 라이브러리를 사용하려면 kotlin.collections.Collection 라이브러리를 사용하면 된다. 그러나 컬렉션의 데이터를 수정하려면 kotlin.collections.MutableCollection 인터페이스를 사용하면 원소를 추가하거나, 삭제하거나, 컬렉션 안의 원소를 모두 지우는 등의 메소드를 더 제공한다.

코틀린 컬렉션과 자바

모든 코틀린 컬렉션은 그에 상응하는 자바 컬렉션 인터페이스의 인스턴스라는 점은 사실이다. 하지만 코틀린은 모든 자바 컬렉션 인터페이스마다 읽기 전용 인터페이스와 변경 가능한 인터페이스라는 두 가지 표현을 제공한다.

이런 성질로 인해 컬렉션의 변경 가능성과 관련해 중요한 문제가 생긴다. 자바는 읽기 전용 컬렉션과 변경 가능 컬렉션을 구분하지 않으므로, 코틀린에서 읽기 전용 Collection으로 선언된 객체라도 자바 코드에서는 그 컬렉션 객체의 내용을 변경할수 있다.

/* Java */
// CollectionUtils.java
public class CollectionUtils {
    public static List<String> uppercaseAll(List<String> items) {
        for (int i = 0; i < items.size(); i++) {
            items.set(i, items.get(i).toUpperCase());
        }
        return items;
    }
}

// Kotlin
// collections.kt
fun printInUppercase(list: List<String>) {
    println(CollectionUtils.uppercaseAll(list))
    println(list.first())
}

객체의 배열과 원시 타입의 배열

fun main(args: Array<String>) {
    for (i in args.indices) {
         println("Argument $i is: ${args[i]}")
    }
}

코틀린 배열은 타입 파라미터를 받는 클래스다. 배열의 원소 타입은 바로 그 타입 파라미터에 의해 정해진다. 코틀린에서 배열을 만드는 방법은 다양하다.

  • arrayOf 함수에 원소를 넘기면 배열을 만들 수 있다.

  • arrayOfNulls 함수에 정수 값을 인자로 넘기면 모든 원소가 null이고 인자로 넘긴 값과 크기가 같은 배열을 만들 수 있다. 물론 원소 타입이 널이 될 수 있는 타입인 경우에만 이 함수를 쓸 수 있다.

  • Array 생성자는 배열 크기와 람다를 인자로 받아서 람다를 호출해서 각 배열 원소를 초기화해준다. arryOf를 쓰지 않고 각 원소가 널이 아닌 배열을 만들어야 하는 경우 이 생성자를 사용한다.

fun main(args: Array<String>) {
    val letters = Array<String>(26) { i -> ('a' + i).toString() }
    println(letters.joinToString(""))
}

fun main(args: Array<String>) {
    val strings = listOf("a", "b", "c")
    println("%s/%s/%s".format(*strings.toTypedArray()))
}

fun main(args: Array<String>) {
    val squares = IntArray(5) { i -> (i+1) * (i+1) }
    println(squares.joinToString())
}

fun main(args: Array<String>) {
    args.forEachIndexed { index, element ->
        println("Argument $index is: $element")
    }
}

요약

  • 코틀린은 널이 될 수 있는 타입을 지원해 NullPointerException 오류를 컴파일 시점에 감지할 수 있다.

  • 코틀린의 안전한 호출(?.), 엘비스 연산자(?:), 널 아님 단언(!!), let 함수 등을 사용하면 널이 될 수 있는 타입을 간결한 코드로 다룰 수 있다.

  • as? 연산자를 사용하면 값을 다른 타입으로 취급한다. 개발자는 플랫폼 타입을 널이 될 수 있는 타입으로도, 널이 될 수 없는 타입으로도 사용할 수 있다.

  • 코틀린에서는 수를 표현하는 타입(Int 등)이 일반 클래스와 똑같이 생겼고 일반 클래스와 똑같이 동작한다. 하지만 대부분 컴파일러는 숫자 타입을 자바 원시 타입(int 등)으로 컴파일한다.

  • 널이 될 수 있는 원시 타입(Int? 등)은 자바의 박싱한 원시 타입에 대응한다.

  • Any 타입은 다른 모든 타입의 조상 타입이며, 자바의 Object에 해당한다. Unit은 자바의 void와 비슷하다.

  • 정상적으로 끝나지 않는 함수의 반환 타입을 지정할 때 Nothing 타입을 사용한다.

  • 코틀린 컬렉션은 표준 자바 컬렉션 클래스를 사용한다. 하지만 코틀린은 자바보다 컬렉션을 더 개선해서 읽기 전용 컬렉션과 변경 가능한 컬렉션을 구별해 제공한다.

  • 자바 클래스를 코틀린에서 확장하거나 자바 인터페이스를 코틀린에서 구현하는 경우 메소드파라미터의 널 가능성과 변경 가능성에 대해 깊이 생각해야 한다.

  • 코틀린의 Array 클래스는 일반 제네릭 클래스처럼 보인다. 하지만 Array는 자바 배열로 컴파일된다.

  • 원시 타입의 배열은 IntArray와 같이 각 타입에 대한 특별한 배열로 표현된다.

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