제네릭과 공변성

🎯 Generic

Generic을 사용하다보면 한 번쯤은 마주치게 되는 개념인 공변성을 간단히 정리한다.

Generic은 기본적으로 무공변이다.

사용된 클래스

🔗 Animal 은 상위 클래스,

🔗 Cat 은 하위 클래스이다.

🔗 Haru 는 하위 클래스이다.


class Animal {}
class Cat extends Animal {}
class Haru extends Cat {}

위와 같은 계층 구조를 설정하고 공변성에 대해 살펴본다.

무공변 Invariance (제네릭의 기본 동작)

🔗 Invariance

"상위 - 하위 관계여도 다른 타입으로 간주된다."

List<Cat>은 List<Animal>의 하위 타입이 아니다.


List<Cat> cats = new ArrayList<>();
List<Animal> animals = cats; // ❌컴파일 에러 발생

Generic은 기본적으로 무공변이기 때문에 타입이 정확히 일치하지 않으면 대입할 수 없다.

이유는 Animal 의 여러 하위 타입이 존재할 때 타입 안정성이 깨지기 때문이다.

List<Animal> animals = cats; 가 허용되면, class Dog extends Animal {} 도 해당 변수에 추가될 수 있음.

만약 new ArrayList<>(cats); 로 하게되면, 복사 생성자 방식으로 업캐스팅을 통해 리스트를 생성하므로 문제를 해결할 수 있다.

공변성 Covariance (? extends T)

🔗 Covariance

"하위 타입을 상위 타입으로 다룰 수 있도록 허용"

List<Cat>은 List<? extends Animal>의 하위 타입으로 허용된다.


List<Cat> cats = new ArrayList<>();
List<? extends Animal> animals = cats; // ✅컴파일 에러 없음

animals.add(new Cat()); // ❌ 쓰기만 허용

하지만, 쓰기는 허용되지 않는다. 오직 읽기만 가능하다.

컴파일러는 List<? extends Animal> animals 가 정확히 어떤 타입인지 알 수 없다.

Animal의 하위 타입은 모두 허용되므로 읽기만 가능하고 쓰기를 제한하는 것이다.

이또한 타입 안정성에 대한 이유인데, 쓰기가 허용된다면,

List<? extends Animal> animals = cats; 현재 List<Cat> 와 다름이 없는데

animals.add(new Dog())에서 타입 안정성이 문제된다.

컴파일러가 컴파일 시점에 알 수 있는 타입과 런타임 과정에서 알 수 없는 것은 타입 안정성을 깰 수 있으므로 애초에 허용하지 않는다.

List<? extends T> 는 컴파일 시점에 정확히 어떤 타입인지 알 수 없다. 하여 쓰기를 제한한다. (읽기는 무조건 Animal 타입.)


List<Cat> cats = new ArrayList<>();
List<? extends Animal> animals = cats;

Cat cat = cats.get(0); // 가능. (ArrayIndexOutOfBoundsException 무시)

animals.add(new Animal()); // 불가: Animal이 Cat의 하위 타입이 아님.
animals.add(new Cat()); // 불가: 공변성에서는 추가 불가.

반공변성 Contravariance (? super T)

🔗 Contravariance

"하위 타입을 상위 타입에 안전하게 추가할 수 있도록 허용"

List<Animal>은 List<? super Cat>의 상위 타입으로 허용된다.

Cat의 상위 타입들의 집합 리스트이므로 다양한 타입들이 존재할 수 있어 읽기는 최상위 타입인 Object로 읽고, 쓰기는 가능하다.


List<? super Cat> list = List.of(new Cat(), new Haru());

Object animal1 = animals.get(0);  // 반공변성은 기본적으로 Object 로 리턴.
Cat animal2 = (Cat) animals.get(0);
// Cat animal2 = (Cat) animals.get(0);  // 명시적 형변환이 없으면 에러

Animal animal3 = (Animal) animals.get(0);
// Animal animal3 = animals.get(0); // 명시적 형변환이 없으면 에러

참고로 오버로딩할 때 제네릭의 타입 소거와 관계 없다.


void something(List<Number> args){...}
void something(List<String> args){...}