Kotlin in Action #6. 코틀린 타입 시스템

'Kotlin in Action' 책을 학습하고 정리한 내용입니다.

6. 코틀린 타입 시스템

null 가능성

코틀린에서는 null에 문제점을 컴파일 시점으로 옮겼다. null이 될 수 있는지 여부를 타입 시스템에 추가함으로써 컴파일러가 컴파일 시 미리 감지 할 수 있기 때문에 실행 시점에 발생할 수 있는 가능성을 줄였다.

null이 될 수 있는 타입

자바의 차이점으로 코틀린은 타입 시스템이 null이 될 수 있는 타입을 명시적으로 지원한다. 타입 이름 뒤에 물음표를 붙이면, 타입의 변수나 프로퍼티에 null 참조를 저장할 수 있다. 물음표가 없는 타입은 null 참조를 할 수 없으며, 컴파일 시 에러가 발생한다.

val number1: Integer? = null
val number2: Integer = null // compile error

 

null 값을 비교하고 나면 컴파일러는 변수가 null 이 아님을 알 수 있기 때문에 기본 타입의 값처럼 사용할 수 있다.

fun safeLength(text: String?): Int =
    if (text != null) text.length else 0

 

null이 될 수 있는 타입과 null이 될 수 없는 타입을 명확하게 구분하면 각 타입의 값에 대해서 어떤 연산이 가능할지 명확하게 이해할 수 있다. 실행 시점에 Integer?과 Integer 타입의 객체는 동일하다. null 타입에 대한 검사는 컴파일 시점에 수행된다. 따라서 코틀린에서는 null이 될 수 있는 타입을 처리하는데 별도의 실행 시점 비용은 들지 않는다.

 

안전한 호출 연산자 ?.

코틀린은 null 참조를 가질 수 있는 타입의 변수를 안전한게 호출할 수 있도록 ?. 호출 연산자를 지원한다. null 참조를 가질 수 있는 변수 s를 안전하게 호출하는 방법에 대한 코드이다.

val s: String? = null

// if문 사용
if (s != null) s.toUpperCase() else null

// ?. 연산자 사용
s?.toUpperCase()

 

엘비스 연산자 ?:

null 대신 사용할 기본값을 지정할 때 엘비스 연산자를 사용할 수 있다. 엘비스 연산자는 이항 연산자로 좌항을 연산한 값이 null인 경우에 우항 값을 결과로 한다.

val result = foo(null) // "", 빈 값 참조

fun foo(s: String?) =
    s ?: ""

 

안전한 캐스트 as?

코틀린에서 타입 캐스트 연산자 as가 있다. 자바와 동일하게 대상 값을 as로 지정한 타입으로 바꾸지 못하면 ClassCastException이 발생한다. as를 사용하기 전에 is를 사용해서 변환 가능한지 여부를 미리 체크 할 수 있다. is 연산자와 as 연산자를 연달아 쓰는 것보다 더 나은 해결 방법을 제공하는데, as? 연산자를 사용하면 된다.

class Person(val name: String) {
	
    fun equals(o: Any?): Boolean {
        val otherPerson = o as? Person ?: return false
        return otherPerson == name
    }	
}

 

null 아님 단언 !!

null이 될 수 있는 타입에 null이 아님을 컴파일러에게 알려주는 용도로 !!를 사용할 수 있다. !!를 사용해야 하는 곳은 실제 null이 아님에도 컴파일러가 인식을 하지 못할 때 써야 한다.

fun ignoreNulls(s: String?) {
    val sNotNull: String = s!! // s가 null일 경우에 exception 발생
}

 

!!를 사용함으로써 발생하는 예외는 스택 트레이스에 어떤식에서 예외가 발생 했는지에 대한 정보는 없고, 어떤 파일의 몇 번째 줄인지에 대한 정보만 있다. 따라서 어떤 식에서 null 값으로 예외가 발생했는지 정확하게 파악하기 위해서는 단언문을 한 줄에 함께 쓰는 일은 피해야 한다.

person.company!!.address!!.country

 

let 함수

let 함수를 사용하면 null이 될 수 있는 식을 쉽게 다룰 수 있다. null이 될 수 있는 값을 null이 아닌 값만 인자로 받는 함수에 쉽게 넘길 수 있다.

val email: String? = "email@email.com"

// let 함수는 자신의 수신 객체를 인자로 전달받은 람다에게 전달
email?.let { sendEmailTo(it) }
	?: throw RuntimeException("이메일 값이 존재하지 않아서 메일 전송하는 실패했습니다.")

fun sendEmailTo(email: String) {
	// send email
}

 

나중에 초기화 할 프로퍼티

lateinit 변경자를 붙이면 null이 될 수 없는 타입으로 선언할 수 있다. lateinit을 붙임으로써 프로퍼티 초기화를 미룰 수 있다. 나중에 초기화 하는 프로퍼티는 반드시 var여야 한다. 그리고 프로퍼티 초기화 전에 접근하게 되면 예외가 발생한다.

lateinit이 없는 경우

class TestClass {
    private var service: Service? = null
	
    @Before
    fun setUp() {
        service = Service()
    }

    @Test
    fun testAction() {
        service!!.performAction() // null 타입일 수 있기 때문에 !! 단어문 필요
    }
}

 

lateinit이 있는 경우

class TestClass {
    private lateinit var service: Service
	
    @Before
    fun setUp() {
        service = Service()
    }

    @Test
    fun testAction() {
        service.performAction() // null 타입일 수 있기 때문에 !! 단어문 필요
    }
}

 

null이 될 수 있는 타입 확장

null이 될 수 있는 타입에 대한 확장 함수를 정의하면, null 값을 다루는 강력한 도구를 활용 가능하다.

fun verifyUserInput(input: String?) {
    if (input.isNullOrBlank()) {
        println("Please fill in the requried fields")
    }
}

verifyUserInput(null) // 예외 발생하지 않음

 

isNullOrBlank 함수

호출된 수신 객체가 null 인 경우에 this는 null이 될 수 있다는 점이 자바와 다르다.

public inline fun CharSequence?.isNullOrBlank(): Boolean {
    contract {
        returns(false) implies (this@isNullOrBlank != null)
    }

    return this == null || this.isBlank()
}

 

타입 파라미터의 null 가능성

코틀린에서 함수나 클래스의 모든 타입 파라미터는 기본적으로 null이 될 수 있다.

fun <T> printHashCode(t: T) {
    println(t?.hashCode()) // t가 null일 수 있으므로 안전한 호출 사용
}

printHashCode(null) // T 타입은 Any?로 추론

 

타입 파라미터가 null이 아님을 확실히 하려면 null이 될 수 없는 타입 상한(upper bound)를 지정해야 한다.

fun <T: Any> printHashCode(t: T) {
    println(t.hashCode())
}

printHashCode(null) // compile error

 

코틀린 원시 타입

코틀린은 원시 타입과 래퍼 타입을 구분하지 않는다.

원시 타입

자바는 원시 타입과 참조 타입을 구분한다. 원시 타입(int, double) 변수에는 값이 직접 들어가지만, 참조 타입(String) 변수에는 메모리상의 객체 위치가 들어간다. 컬렉션에서 원시 타입을 담을 수 없고 래퍼 타입으로 감싸서 사용해야 한다.

코틀린은 원시 타입과 래퍼 타입을 구분하지 않으므로 항상 같은 타입을 사용한다.

val number: Int = 1
val list: List<Int> = listOf(1, 2, 3)

 

코틀린은 원시 타입과 참조 타입이 같다고 항상 객체로 표현하지 않는다. 실행 시점에 숫자 타입은 가장 효율적인 방식으로 표현된다. 대부분의 경우 코틀린의 Int 타입은 자바 int 타입으로 컴파일 된다. int 타입을 사용하지 못하는 경우는 컬렉션과 같은 제네릭 클래스를 사용하는 경우가 있다.

 

null이 될 수 있는 원시 타입

자바는 참조 타입만 null를 가질 수 있다. 코틀린에서 null이 될 수 있는 타입은 자바에서 원시 타입으로 표현할 수 없고, 자바의 래퍼 타입으로 컴파일 된다.

// kotlin
val number: Intger? = null

// java
Integer number

 

숫자 변환

코틀린과 자바는 숫자를 변환하는 방식에 차이가 있다. 코틀린은 한 타입의 숫자를 다른 타입의 숫자로 자동 변환하지 않는다.

val i = 1
val l: Long = i // compile error

 

자동 변환이 아닌 직접 변환하는 메서드를 호출해야 한다.

val i = 1
val l: Long = i.toLong()

 

Any, Any? 최상위 타입

자바에서 Object가 클래스 계층의 최상위 타입이듯 코틀린에서는 Any 타입이 모든 null이 될 수 없는 타입의 조상 타입이다. 코틀린에서 Any를 사용하면 자바 바이트코드의 Object로 컴파일된다.

val answer: Any = 42

 

Unit 타입, 코틀린의 void

코틀린에서 Unit 타입은 자바의 void와 같은 기능을 한다. 함수가 어떤 값도 반환하지 않는 경우에 함수의 반환 타입으로 Unit를 쓸 수 있다.

fun print(s: String?): Unit { ... }

 

Unit 타입은 생략할 수 있기 때문에 주로 반환 타입 선언 없이 사용한다.

fun print(s: String?) { ... }

 

자바의 void와 달리 코틀린의 Unit은 타입으로 쓸 수 있다. 제네릭에서 타입 파라미터로 Unit를 타입 인자로 사용할 수 있다.

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

class NoResultProcessor : Processor<Unit> {
    override fun process() {
        // code
        // return을 명시할 필요가 없다
    }
}

 

컬렉션과 배열

코틀린 컬렉션은 자바 라이브러리를 바탕으로 만들어졌고, 확장 함수를 통해 기능을 추가한다.

null 가능성과 컬렉션

ArrayList 타입에 Int? 타입을 선언함으로써 컬렉션에 null 값을 포함시킬 수 있다.

val result = ArrayList<Int?>()
result.add(1)
result.add(null)

 

List<Int?>
- 컬렉션 원소에 null 값 또는 Int 값이 존재한다. 컬렉션 자체는 null 값이 될 수 없다.

List<Int>?
- 컬렉션 자체가 null이 될 수 있다. 컬렉션 원소는 항상 Int 값이 존재한다.

 

읽기 전용과 변경 가능한 컬렉션

코틀린에서는 컬렉션 안의 데이터를 접근하는 인터페이스와 데이터를 변경하는 인터페이스를 분리했다. 컬렉션의 데이터를 수정하려면, MutableCollection 인터페이스를 사용해야 한다.

Collection 인터페이스

데이터를 읽는 여러 다른 연산을 수행할 수 있는 함수가 있다. (Query Operations)

public interface Collection<out E> : Iterable<E> {
    // Query Operations
    /**
     * Returns the size of the collection.
     */
    public val size: Int

    /**
     * Returns `true` if the collection is empty (contains no elements), `false` otherwise.
     */
    public fun isEmpty(): Boolean

    /**
     * Checks if the specified element is contained in this collection.
     */
    public operator fun contains(element: @UnsafeVariance E): Boolean

    override fun iterator(): Iterator<E>

    // Bulk Operations
    /**
     * Checks if all elements in the specified collection are contained in this collection.
     */
    public fun containsAll(elements: Collection<@UnsafeVariance E>): Boolean
}

 

MutableCollection

원소 추가, 삭제 등 데이터를 수정하는 함수가 있다. (Modification Operations)

public interface MutableCollection<E> : Collection<E>, MutableIterable<E> {
    // Query Operations
    override fun iterator(): MutableIterator<E>

    // Modification Operations
    /**
     * Adds the specified element to the collection.
     *
     * @return `true` if the element has been added, `false` if the collection does not support duplicates
     * and the element is already contained in the collection.
     */
    public fun add(element: E): Boolean

    /**
     * Removes a single instance of the specified element from this
     * collection, if it is present.
     *
     * @return `true` if the element has been successfully removed; `false` if it was not present in the collection.
     */
    public fun remove(element: E): Boolean
}

컬렉션 생성 함수

컬렉션 타입	읽기 전용 타입	변경 가능 타입
List	listOf	mutableListOf, arrayListOf
Set	setOf	mutableSetOf, hashSetOf, linkedSetOf, sortedSetOf
Map	mapOf	mutableMapOf, hashMapOf, linkedMapOf, sortedMapOf

배열

코틀린 배열은 타입 파라미터를 받는 클래스다. 코틀린 main 함수를 보면, 배열이 선언되어 있다. main 함수에 배열이 생략해도 되어서 배열 선언이 없는 main 함수도 있을 수 있다.

fun main(args: Array<String>) {
    // ...
}

 

배열을 만드는 방법은 arrayOf 함수, arrayOfNulls 함수를 사용해서 만들 수 있다. 다른 방법으로는 Array 생성자를 사용하는 경우도 있다.

컬렉션을 배열로 변환하는 toTypedArray 메서드를 사용하면 쉽게 배열로 바꿀 수 있다.

val list: List<String> = listOf("a", "b", "c")
val array: Array<String> = strings.toTypedArray()

 

코틀린은 래퍼 타입 배열이 아닌 원시 타입 배열로 컴파일 하는 것을 지원하기 위해서 ByteArray, CharArray 등을 지원한다. 박싱된 값이 들어있는 컬렉션이나 배열이 있다면, toIntArray 등 변환 함수를 사용해 박싱하지 않은 값이 들어있는 배열로 변환할 수 있다.

val array = IntArray(5)

 

플랫폼 타입

자바에서 가져온 타입은 코틀린에서 null 참조를 가질 수 있는지 등 정보를 알수가 없다. 그래서 코틀린은 이런 타입을 플랫폼 타입을 취급한다. 개발자는 플랫폼 타입을 null 참조를 가질 수 있는 타입, null이 될 수 없는 타입으로도 사용할 수 있다. 자바 인터페이스를 코틀린에서 구현해야 하는 경우에도 null 가능성과 컬렉션의 변경 가능성에 대해 고려해서 구현해야 한다.