[C#] 일반화된 제네릭 프로그래밍과 컬렉션의 활용

 컬렉션과 제네릭을 혼동하는 것은 흔한데, 둘은 서로 다른 개념이다. 컬렉션은 데이터를 모아놓고, 효율적으로 다루기 위한 자료구조이다. 이 자료구조들은 배열 리스트, 해시, 맵, 스택, 큐 등 다양한 형태를 가지고 있다.

제네릭은 타입을 동적으로 지정하여 재사용성을 높이는 기능이다. 데이터의 타입은 코드를 작성할 때 명확하지 않을 수 있으나, 컴파일러가 코드를 실행하기 전에 결정된다. 이를 테면, 제네릭을 사용하여 여러 타입의 데이터를 다룰 수 있는 컬렉션을 만들 수 있다. 이런 식으로 제네릭을 통해 코드의 유연성과 안정성을 높일 수 있다. 물리적으로는 구체화되지 않지만, 논리적으로는 타입이 결정되어 있다. 제네릭 코드의 가독성은 좀 낮을 수 있으나 타입 안정성과 재사용성 측면에서 매우 유용하다. 제네릭에 대해 좀 더 자세히 알아보자.

 

 

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일반화된 제네릭 프로그래밍 - 타입 인수의 활용

타입 인수는 제네릭을 사용하여 일반화된 클래스나 메소드를 정의하는 기법이다. 이는 내부 구조나 알고리즘은 동일하되 다양한 타입의 데이터를 다룰 때 유용하다. C++의 템플릿과 개념적으로 유사하다. 제네릭을 통해 코드의 재사용성을 높이고 타입의 안정성을 높일 수 있다. 단점으로는 프로그램이 커지고 코드의 가독성이 떨어질수 있다.

 

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제네릭의 필요성

제네릭은 C#에서 왜 필요한지 살펴보자. 이 코드에서는 int타입과 string타입을 각각 래핑한 WraperInt와 WraperString클래스가 있다. 이러한 클래스를 사용하여 값을 래핑하고, 값을 가져오거나 설정할 때는 get과 set 함수를 사용한다. 그러나 이러한 방식은 타입마다 중복된 코드를 작성해야하므로 코드의 재사용성과 유지 보수성이 떨어진다.

class WrapperInt
{
    private int value;
    public WrapperInt() { value = 0; }
    public WrapperInt(int aValue)
    {
        value = aValue;
    }

    public int getValue()
    {
        return value;
    }
    public void setValue(int aValue)
    {
        value = aValue;
    }

    public void OutputValue()
    {
        Console.WriteLine(value);
    }
}

 class WrapperString
 {
     private string value;
     public WrapperString() { value = null;}
 }

이러한 상황에서 제네릭을 사용하면 타입을 동적으로 지정하여 코드를 작성할 수 있다. 예를 들어 Wapper 클래스를 제네릭으로 만들면 다양한 타입에 대해 동일한 래핑 기능을 제공 할수 있다. 이렇게 되면 중복된 코드를 줄일 수 있고, 타입별로 클래스를 작성할 필요가 없어진다. 따라서 제네릭을 사용하면 코드의 유연성과 재사용성을 높일 수 있다.

 

 

 

 

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int 형식의 시스템 메서드 getHashCode

C# 에서는 일반적으로 클래스를 정의할 때 get과 set 메서드를 사용하여 프로퍼티를 정의한다.이 프로퍼티는 해당 클래스의 인스턴스 변수에 대한 접근을 제어하고 데이터를 가져오거나 설정하는데 사용된다.그러나 일부 내장된 클래스에는 직접적으로 접근할 수 없는 내부 데이터나 동작을 지원하기 위해 특정 메서드들이 내장되어 있다.

 

예를 들어, int 와 같은 기본 데이터 유형에 대해서는 ,NET 프레임워크의 일부로 제공되는 내장된 메서드가 있다. 그 중 하나가 getHashCode메서드이다. 이 메서드는 객체의 해시 코드를 반환하는데, 사용된다. 해시 코드는 객체의 고유한 식별자로 사용되고, 해시 테이블과 같은 자료구조에서 객체를 검색하거나 저장하는 데 사용된다.

 

따라서 내장된 코드에서 getHashCode 메서드는 해당 객체의 해시 코드를 반환하는 데 사용된다. 이건 프로퍼티가 아니라 메서드이고, 일반적으로 개발자가 직접 호출하기보다는 내부적으로 사용된다.

프로퍼티와는 약간 다른 개념이지만, 객체의 상태를 식별하기 위해 필요한 중요한 동작이다.

 

 

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프로퍼티 활용 - get과 set 함수의 간소화

C#에서는 프로퍼티라는 문법을 사용하여 get과 set 함수를 간소화할 수 있다. 이전에는 값을 가져오고 설정하기 위해 명시적으로 getValue()와 setValue() 메소드를 작성해야 했다. 그러나 프로퍼티를 사용하면 이를 하나의 통으로 묶어서 표현할 수 있다. 예를 들어, 아래와 같이 작성된 코드는 기존의 getValue()와 setValue() 메소드를 대체한다.

 public int Data
 {
     get { return this.value; }
     set { this.value = value; }
 }

이렇게 하면 Data라는 프로퍼티를 통해 값을 가져오고 설정할 수 있다. 기능적으로 이전의 get과 set함수와 동일하고, 코드를 간소호하고 가독성을 높일수 있다. 따라서 프로퍼티 문법을 사용하면 코드 작성이 더 효율적이고 직관적일수 있다.

 

 

 

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제네릭을 활용한 Wrapper 클래스

WrapperInt와 WrapperString은 기능은 같지만 데이터의 타입만 다른 클래스이다. 이런 비슷한 기능을 각각 정의하는 것은 비효율적으로 보인다. 대신에 Wrapper라는 이름의 클래스를 만들어서 타입을 정하지 않고, 제네릭으로 만들수 있다.

class Wrapper<T>
{
    private T value;
    public Wrapper() { value = default(T); }

    public Wrapper(T aValue)
    {
        value = aValue;
    }
    
    public T getValue()
    {
        return value;
    }
    
    public void setValue(T aValue)
    {
        value = aValue;
    }

    public void OutputValue()
    {
        Console.WriteLine(value);
    }
}

이렇게 하면 Wrapper 클래스를 사용하여 다양한 타입의 데이터를 래핑할 수 있다. Wrapper<int>를 사용하면 int 타입의 데이터를, Wrapper<string>을 사용하면 string 타입의 데이터를 다룰수 있다. 이렇게 동적으로 타입을 받아들이는 것이 제네릭의 핵심이다.

동적으로 타입을 받고, 출력된 결과

 

 

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제네릭 컬렉션의 필요성

 제네릭 컬렉션은 컬렉션을 일반화한 것으로 일반 컬렉션의 요소는 object 타입이어서 임의의 요소를 저장할 수있다. 그러나 이는 몇가지 불편한점을 가지고 있다. 예를 들어, 컬렉션을 읽을때는 원하는 타입으로 캐스팅을 해야 하고, 잘못된 캐스팅은 오류를 발생시킬수 있다. 또한 값 타입을 저장할 때는 object 타입으로 변환하는 박싱(boxing)이 필요하고, 값을 가져올 때는 언박싱(unboxing)이 필요하다.

 이렇게 일반적인 컬렉션은 너무 일반적이어서 잘못된 코드를 찾아내는 데에는 충분한 정보를 제공하지 못한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 제네릭 컬렉션이 제공된다. 제네릭 컬렉션은 컬렉션의 요소 타입을 명시적으로 지정하여 타입 안정성을 보장한다. 예를 들어, ArrayList의 제네릭 버전은 List<T>이다.

 

 

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박싱/언박싱의 한계

박싱과 언박싱은 택배에서 물건을 보내고 받는 것과 유사하다. 보내는 쪽에서는 물건을 박스에 담아서(object 타입으로 매핑하여) 보내지만 받는 쪽에서는 박스를 열어서(언박싱하여) 실제 물건을 꺼낸다. 이렇게 함으로써 컬렉션의 요소를 안전하게 저장하고 가져올 수 있다.

박싱은 값 형식을 object형식으로 변환하는 프로세스

 

언박싱은 object 형식에서 값형식으로 변환하는 프로세스

 

 

 

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일반 컬렉션과 제네릭 컬렉션의 비교

 

일반 컬렉션

일반 컬렉션인 ArrayList를 사용할 때는 요소를 추가할 때마다 데이터의 타입을 명시해야 했다. 이는 각 요소의 타입을 알고 있어야 하는 불편함을 가지고 있다.

 static void Main(string[] args)
 {
     ArrayList ar = new ArrayList(10);
     ar.Add(1);
     ar.Add(2.34);
     ar.Add("string");

     int i = (int)ar[0];
     double d = (double)ar[1];
     string s = (string)ar[2];

     Console.WriteLine("{0}, {1}, {2}",i,d,s); // 출력: 1, 2.34, string

 }

이러한 불편함을 해결하기 위해 제네릭 컬렉션이 나왔다. 제네릭 컬렉션을 사용하면 List와 같은 컬렉션을 사용할 수 있으며, ArrayList의 제네릭 버전이다. 제네릭 컬렉션을 사용할 때는 타입을 명시하여 요소를 추가하거나 가져올 필요가 없다.

 

 

제네릭 컬렉션

리스트는 제네릭 컬렉션으로, 타입을 동적으로 지정하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 문자열만 저장하는 리스트를 생성할 때는 List<string>을 사용한다. 이렇게 하면 리스트에는 문자열만 저장할 수 있고, 다른 데이터는 허용하지 않는다.

 List<string> list = new List<string>();
 list.Add("C#");
 list.Add("ASP.NET");
 list.Add("재밌다.");

 foreach (string item in list)
 {
     Console.WriteLine(item);
 }

위 코드에서 문자열을 저장하고 출력하는 것을 볼 수 있다. 그러나 만약 정수를 추가하려고 한다면 컴파일 에러가 발생한다. 이렇게 제네릭 컬렉션은 동적으로 지정한 타입 이외의 다른 타입의 데이터를 저장하지 않도록 보장한다.