제네릭

제네릭

같은 로직을 타입마다 하나씩 반복해서 쓰고 있나요? 그런 중복을 없애기 위해 타입을 파라미터처럼 받는 코드를 쓰게 해 주는 게 제네릭(generic)이에요. 제네릭 코드는 여러분이 정하는 요구사항 하에 어떤 타입이든 다룰 수 있는 유연하고 재사용 가능한 함수·타입을 만들 수 있게 해요. Swift의 강력한 기능 중 하나고, 표준 라이브러리 상당수가 제네릭으로 만들어졌어요. 여러분이 이미 써 왔을 Array와 Dictionary가 제네릭 컬렉션이죠.

출처: 공식문서

본문

제네릭이 해결하는 문제

두 Int 값을 바꾸는 일반적인(제네릭이 아닌) 함수를 볼게요.

func swapTwoInts(_ a: inout Int, _ b: inout Int) {
    let temporaryA = a
    a = b
    b = temporaryA
}

이 함수는 in-out 매개변수를 써서 a와 b의 값을 서로 바꿔요. 호출하면 원래 b의 값이 a로, 원래 a의 값이 b로 들어가죠.

var someInt = 3
var anotherInt = 107
swapTwoInts(&someInt, &anotherInt)
print("someInt is now \(someInt), and anotherInt is now \(anotherInt)")
// Prints "someInt is now 107, and anotherInt is now 3".

문제는 이 함수가 Int에만 쓸 수 있다는 점이에요. String이나 Double을 바꾸려면 함수를 또 작성해야 해요. 같은 본문을 String, Double 버전으로 복붙하게 되죠.

func swapTwoStrings(_ a: inout String, _ b: inout String) {
    let temporaryA = a
    a = b
    b = temporaryA
}


func swapTwoDoubles(_ a: inout Double, _ b: inout Double) {
    let temporaryA = a
    a = b
    b = temporaryA
}

세 함수의 본문은 똑같고, 받는 값의 타입(Int, String, Double)만 달라요. 어떤 타입의 값 두 개를 바꾸는 단일 함수 하나를 쓰는 게 훨씬 유용하죠. 제네릭 코드가 바로 그런 함수를 만들게 해 줘요.

제네릭 함수

제네릭 함수는 어떤 타입이든 다룰 수 있어요. 위 swapTwoInts(_:_:)의 제네릭 버전을 볼게요.

func swapTwoValues<T>(_ a: inout T, _ b: inout T) {
    let temporaryA = a
    a = b
    b = temporaryA
}

본문은 swapTwoInts(_:_:)와 똑같아요. 첫 줄만 비교해 볼게요.

func swapTwoInts(_ a: inout Int, _ b: inout Int)
func swapTwoValues<T>(_ a: inout T, _ b: inout T)

제네릭 버전은 실제 타입 이름(Int, String, Double) 대신 플레이스홀더(placeholder) 타입 이름(여기선 T)을 써요. T가 정확히 무엇이어야 하는지는 말하지 않지만, a와 b가 같은 타입 T여야 한다는 건 말해 줘요. T 자리에 들어갈 실제 타입은 함수를 호출할 때마다 정해져요.

또 하나의 차이는 함수 이름(swapTwoValues(_:_:)) 뒤에 꺾쇠 괄호 안에 플레이스홀더 타입 이름(<T>)이 온다는 거예요. 꺾쇠는 T가 이 함수 정의 안의 플레이스홀더 타입 이름임을 Swift에 알려줘요.

이제 swapTwoValues(_:_:)는 Int 두 개든, String 두 개든 — 서로 같은 타입이기만 하면 어떤 타입의 값 두 개든 바꿀 수 있어요. 호출할 때마다 T에 쓸 타입은 넘겨진 값들의 타입에서 추론돼요.

var someInt = 3
var anotherInt = 107
swapTwoValues(&someInt, &anotherInt)
// someInt is now 107, and anotherInt is now 3


var someString = "hello"
var anotherString = "world"
swapTwoValues(&someString, &anotherString)
// someString is now "world", and anotherString is now "hello"

첫 호출에선 T가 Int, 두 번째에선 String으로 추론되는 걸 볼 수 있어요.

타입 파라미터

swapTwoValues(_:_:)의 플레이스홀더 타입 T는 타입 파라미터(type parameter)예요. 타입 파라미터는 플레이스홀더 타입을 지정하고 이름을 붙이며, 함수 이름 바로 뒤 꺾쇠 괄호 안(<T> 같은)에 써요.

타입 파라미터를 지정하면 함수의 매개변수 타입, 반환 타입, 본문 안의 타입 명시로 쓸 수 있어요. 함수가 호출될 때마다 타입 파라미터는 실제 타입으로 대체돼요. 꺾쇠 안에 타입 파라미터 이름을 쉼표로 여러 개 써서 둘 이상 제공할 수도 있어요.

타입 파라미터 이름 짓기

보통 타입 파라미터는 의미 있는 이름을 써요. Dictionary<Key, Value>의 Key·Value, Array<Element>의 Element처럼요. 이러면 타입 파라미터와 그 제네릭 타입·함수의 관계를 읽는 사람에게 알려줘요. 사이에 의미 있는 관계가 없을 때는 전통적으로 T, U, V 같은 단일 문자를 써요. 타입 파라미터는 값이 아니라 타입의 플레이스홀더임을 나타내도록 Upper Camel Case로 써요.

제네릭 타입

제네릭 함수 외에 Swift는 자신만의 제네릭 타입도 정의하게 해 줘요. Array와 Dictionary처럼 어떤 타입이든 다룰 수 있는 사용자 클래스·구조체·열거형이에요.

제네릭 컬렉션 타입 Stack을 작성하는 걸 볼게요. 스택은 배열과 비슷한 순서 있는 값의 집합인데, Array보다 제한된 연산만 허용해요. 배열은 아무 위치에서 항목을 넣고 뺄 수 있지만, 스택은 컬렉션 끝에만 새 항목을 추가(push)하고 끝에서만 제거(pop)할 수 있어요.

비제네릭 버전 — Int 스택 — 을 먼저 볼게요.

struct IntStack {
    var items: [Int] = []
    mutating func push(_ item: Int) {
        items.append(item)
    }
    mutating func pop() -> Int {
        return items.removeLast()
    }
}

이 구조체는 items라는 Array 프로퍼티로 값을 저장하고, push와 pop 메서드로 값을 넣고 빼요. 메서드가 구조체의 items 배열을 수정해야 하므로 mutating으로 표시했어요.

IntStack은 Int에만 쓸 수 있어요. 어떤 타입의 스택을 관리하는 제네릭 Stack을 정의하는 게 훨씬 유용하죠.

struct Stack<Element> {
    var items: [Element] = []
    mutating func push(_ item: Element) {
        items.append(item)
    }
    mutating func pop() -> Element {
        return items.removeLast()
    }
}

제네릭 버전이 비제네릭 버전과 본질적으로 같은데, 실제 타입 Int 대신 타입 파라미터 Element를 쓴 점만 달라요. Element는 구조체 이름 바로 뒤 꺾쇠(<Element>) 안에 써요.

Element는 나중에 제공될 타입의 플레이스홀더 이름이에요. 구조체 정의 안 어디서든 Element로 그 미래 타입을 가리킬 수 있어요. 여기서는 세 곳에서 플레이스홀더로 쓰였죠. Element 타입의 빈 배열로 초기화되는 items 프로퍼티, Element 타입 매개변수 item을 받는 push(_:), Element 값을 반환하는 pop().

제네릭 타입이므로 Stack은 Swift의 어떤 유효한 타입이든 담는 스택을 만들 수 있어요. 새 스택 인스턴스는 꺾쇠 안에 담을 타입을 적어 만들어요.

var stackOfStrings = Stack<String>()
stackOfStrings.push("uno")
stackOfStrings.push("dos")
stackOfStrings.push("tres")
stackOfStrings.push("cuatro")
// the stack now contains 4 strings

스택에서 값을 pop하면 맨 위 값 "cuatro"가 제거되면서 반환돼요.

let fromTheTop = stackOfStrings.pop()
// fromTheTop is equal to "cuatro", and the stack now contains 3 strings

제네릭 타입 확장하기

제네릭 타입을 확장할 때는 확장 정의에 타입 파라미터 목록을 제공하지 않아요. 대신 원래 타입 정의의 타입 파라미터 목록이 확장 본문 안에서 사용 가능하고, 원래 정의의 타입 파라미터 이름으로 그 타입 파라미터들을 가리켜요.

제네릭 Stack을 확장해 맨 위 항목을 pop 없이 반환하는 읽기 전용 계산 프로퍼티 topItem을 추가해 볼게요.

extension Stack {
    var topItem: Element? {
        return items.isEmpty ? nil : items[items.count - 1]
    }
}

topItem은 Element 타입의 옵셔널 값을 반환해요. 스택이 비어 있으면 nil, 아니면 items 배열의 마지막 항목을 반환하죠. 확장이 타입 파라미터 목록을 정의하지 않는 걸 눈여겨보세요. Stack의 기존 타입 파라미터 이름 Element를 그대로 사용해요.

이제 어떤 Stack 인스턴스에서도 topItem으로 맨 위 항목을 제거하지 않고 조회할 수 있어요.

if let topItem = stackOfStrings.topItem {
    print("The top item on the stack is \(topItem).")
}
// Prints "The top item on the stack is tres."

타입 제약

지금까지의 swapTwoValues(_:_:) 함수와 Stack 타입은 어떤 타입이든 다룰 수 있었어요. 하지만 때로는 제네릭 함수·타입에 쓸 수 있는 타입에 제약을 걸고 싶을 때가 있어요. 타입 제약(type constraint)은 타입 파라미터가 특정 클래스에서 상속받거나, 특정 프로토콜이나 프로토콜 컴포지션을 준수해야 한다고 지정해요.

예를 들어 Swift의 Dictionary는 딕셔너리의 키로 쓸 수 있는 타입에 제한을 걸어요. 키 타입은 반드시 **해시 가능(hashable)**해야 하죠. 즉 스스로 고유하게 표현하는 방법을 제공해야 해요. Dictionary가 특정 키에 대한 값을 이미 갖고 있는지 확인하려면 키가 해시 가능해야 하고, 이 요구사항은 키 타입이 표준 라이브러리의 Hashable 프로토콜을 준수해야 한다는 타입 제약으로 강제돼요. String, Int, Double, Bool 같은 Swift 기본 타입은 기본적으로 해시 가능해요.

사용자 제네릭 타입을 만들 때 자신만의 타입 제약을 정의할 수 있고, 이런 제약이 제네릭 프로그래밍 힘의 상당 부분을 제공해요. Hashable 같은 추상 개념은 타입을 구체 타입이 아니라 개념적 특성으로 규정하죠.

타입 제약 문법은 타입 파라미터 이름 뒤에 콜론과 클래스·프로토콜 이름을 붙여요. 예를 들어 타입 파라미터 T가 SomeClass에서 상속받고 SomeProtocol을 준수해야 한다면 T: SomeClass & SomeProtocol처럼 써요. 제약이 있는 제네릭 함수는 그 제약을 만족하는 타입으로만 호출할 수 있어요.

연관 타입

프로토콜 내부에서 자리만 비워 두고 나중에 준수 타입이 정하도록 하는 타입 플레이스홀더가 필요할 때가 있어요. 이걸 **연관 타입(associated type)**이라고 해요. associatedtype 키워드로 정의해요. 예를 들어 컨테이너를 묘사하는 프로토콜에 항목 타입을 연관 타입으로 두면, 준수 타입마다 담는 항목의 타입을 자기 나름대로 정할 수 있어요.

연관 타입에 제약을 걸 때는 generic where 절을 써요. 프로토콜이 다른 프로토콜을 상속하고 상속된 연관 타입에 제약을 더할 때도 프로토콜 선언에 generic where 절을 넣어요. 예를 들어 Item이 Comparable을 준수해야 하는 ComparableContainer 프로토콜은 이렇게 선언해요.

protocol ComparableContainer: Container where Item: Comparable { }

제네릭 서브스크립트

서브스크립트도 제네릭일 수 있고, generic where 절을 포함할 수 있어요. 플레이스홀더 타입 이름은 subscript 다음 꺾쇠 안에, generic where 절은 서브스크립트 본문의 여는 중괄호 바로 앞에 써요. 예를 들어 Container 프로토콜 확장에 인덱스들의 시퀀스를 받아 각 인덱스의 항목을 담은 배열을 반환하는 서브스크립트를 추가할 수 있어요. 꺾쇠 안의 제네릭 파라미터 Indices는 표준 라이브러리의 Sequence 프로토콜을 준수하는 타입이고, generic where 절은 그 시퀀스의 반복자가 Int 타입의 요소를 지나가야 한다고 요구해서 인덱스가 컨테이너 인덱스와 같은 타입임을 보장해요.

암시적 제약

명시적으로 쓰는 제약 외에도, 제네릭 코드의 많은 위치에서 Copyable 같은 아주 흔한 프로토콜에 대한 준수를 암시적으로 요구해요. 직접 쓰지 않아도 되는 이런 제약을 **암시적 제약(implicit constraint)**이라고 해요. 다음 두 함수 선언은 둘 다 MyType이 복사 가능해야 해요.

function someFunction<MyType> { ... }
function someFunction<MyType: Copyable> { ... }

첫 번째 선언은 암시적 제약이 있고, 두 번째는 준수를 명시적으로 적은 거예요. 대부분의 타입은 이런 공통 프로토콜에 암시적으로 준수하므로, 어디에나 쓰면 반복적이 돼요. 그래서 예외만 표시해서 공통 제약을 빠뜨린 자리를 알리는 거예요. 암시적 제약을 억제하려면 프로토콜 이름 앞에 물결표(~)를 붙여요. ~Copyable은 "복사 가능할 수도 있음"으로 읽을 수 있어요 — 억제된 제약은 이 위치에 복사 가능·비복사 가능 타입을 모두 허용하죠. ~Copyable이 타입이 비복사 가능해야 한다는 걸 요구하지는 않아요.

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