[Effective C# Item 22] 공변성과 반공변성을 지원하라

 

공변성(covariance)과 반공변성(contravariance). 참 생소한 말이다.

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우선 공변과 반공변에 대한 책에서 나온 정의부터 알아보자.

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공변 : X를 Y로 바꾸어 사용할 수 있는 경우, C<T>가 C<X>를 C<Y>로 바꾸는 것이 가능하다면 공변이다.

반공변 : X를 Y로 바꾸어 사용할 수 있는 경우, C<T>가 C<Y>를 C<X>로 바꾸는 것이 가능하다면 반공변이다.

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공변과 반공변을 처음 접해본 사람이라면 많이 혼란스러울 것 같다. 나도 그랬다.

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그래서 조금 찾아봤을 때 그나마 쉽게 설명한 포스팅을 찾아봤다. 아래 링크를 참조하길 바란다.

(https://edykim.com/ko/post/what-is-coercion-and-anticommunism/)

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아무튼 공변성과 반공변성은 가변성(variance)라고 부르고 이의 반대를 불변성(invariant)라고 한다.

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공변과 반공변은 프로그래밍에서 특정 타입의 객체를 다른 타입의 객체로 변환할 수 있는 성격을 말하며 이러한 변환을 지원하려면 제네릭 인터페이스나 델리게이트의 정의부분에 제네릭 공변/반공변을 지원한다는 의미의 데코레이터(decorator)를 추가해야 한다.

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배열의 공변은 안전하지 않다

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우선 배열의 공변이 안전하지 않음을 알아보자.

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abstract public class CelestialBody : IComparable<CelestialBody> { public double Mass { get; set; } public string Name { get; set; } // 생략 } public class Planet : CelestialBody { // 생략 } public class Moon : CelestialBody { // 생략 } public class Asteroid : CelestialBody { // 생략 }

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다음 메서드는 CelestialBody 배열을 공변적으로 안전하게 다루는 경우이다.

public static void CovariantArray(CelestialBody[] baseItems) { foreach (var thing in baseItems) Console.WriteLine("{0} has a mass of {1} Kg", thing.Name, thing.Mass); }

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다음 메서드도 동일 배열을 공변적으로 다루지만 안전하지 않다.

public static void UnsafeCovariantArray(CelestialBody[] baseItems) { baseItems[0] = new Asteroid { Name = "Hygiea", Mass = 8.85e19 }; }

앞의 예제에서 사용된 CelestialBody와 Asteroid는 상속 관계에 있는데 Celestialbody 타입의 매개변수를 취하는 메서드에는 Planet이나 Asteroid 타입의 객체를 넘겨줄 수 있다. 하지만 앞선 예제와 같이 파생 클래스의 객체를 베이스 클래스의 배열에 할당하면 문제가 발생할 수 있다.

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제네릭 타입에 대한 공변

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C# 4.0 이전에는 제네릭 타입은 가변성을 지원하지 않았다. 제네릭 타입은 모두 불변이었으며 타입 매개변수가 다른 경우 대체가 일절 불가능했다.

하지만 C# 4.0이 나오면서 비로소 공변과 반공변을 지원하도록 in과 out 키워드를 추가했는데 이를 이용하면 제네릭을 좀더 유용하게 사용할 수 있다.

이 데코레이터는 주로 제네릭 인터페이스나 델리게이트 선언 시에 사용할 수 있다.

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우선 제네릭 타입에 대한 공변부터 알아보자. 다음 메서드에는 List<Planet> 타입의 객체를 인자로 전달할 수 있다.

public static void CovariantGeneric(IEnumerable<CelestialBody> baseItems) { foreach (var thing in baseItems) Console.WriteLine("{0} has a mass of {1} Kg", thing.Name, thing.Mass); }

이게 가능한 이유는 IEnumerable<T>를 정의할 때 T를 out으로 선언했기 때문이다.

public interface IEnumerable<out T> : IEnumerable { new IEnumerator<T> GetEnumerator(); } public interface IEnumerator<out T> : IDisposable, IEnumerator { new T Current { get; } // MoveNext(), Reset()은 IEnumerator에서 상속받는다. }

out 데코레이터에 주목하자. out 키워드는 타입 매개변수 T를 출력(output)위치에서만 사용하겠다고 컴파일러에게 알려주는 것이다. (출력 위치 : 함수의 반환값, 속성의 get 접근자, 델리게이트의 일부 위치)

out 키워드를 선언해주면 컴파일러는 시퀀스 내에서 T의 내용을 조회는 하겠지만 내용을 수정하지는 않을 것이라고 생각한다. 이 경우에는 Planet을 CelestialBody로 다뤄도 올바르게 동작한다.

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제네릭 타입에 대한 반공변

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반공변 제네릭 인터페이스와 델리게이트를 만드는 방법도 비슷하다. out을 in으로만 바꿔보자. in을 사용하면 컴파일러에게 타입 매개변수를 입력 위치에서만 사용할 것이라고 알려주게 된다.

(입력 위치 : 메서드의 매개변수, 일부 델리게이트의 매개변수를 지정하는 용도)

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public interface IComparable<in T> { int CompareTo(T other); }

IComparable<T>는 in 데코레이터를 사용하는데 이럴 경우, CelestialBody에서 mass 속성등을 이용하여 IComparable<T>를 구현할 수 있음을 의미한다. 즉 2개의 Planet 객체를 비교하거나, Planet과 Moon객체 등을 비교하면서 CelestialBody에 서브 클래스 객체를 대입할 수 있다는 말이다.

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델리게이트의 매개변수에 대한 공변/반공변

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델리게이트의 매개변수에 대한 공변/반공변은 좀 더 쉬운 편이다. 메서드의 매개변수 타입은 반공변(in)이고 반환 타입은 공변(out)이다.

.NET Base Class Library(BCL)에 포함된 델리게이트의 정의도 가변성을 지원하도록 다음과 같이 수정됐다.

public delegate TResult Func<out TResult>(); public delegate TResult Func<in T, out TResult>(T arg); public delegate TResult Func<in T1, in T2, out TResult>(T1 arg1, T2 arg2); public delegate void Action<in T>(T arg); public delegate void Action<in T1, in T2>(T1 arg1, T2 arg2); public delegate void Action<in T1, in T2, in T3>(T1 arg1, T2 arg2, T3 arg3);

정리

공변과 반공변이 어떻게 동작하는지를 정확히 설명하는 것은 어렵지만 다행스럽게도 언어 차원에서 제네릭 인터페이스나 델리게이트 정의 시에 사용할 수 있는 in(반공변), out(공변) 데코레이터를 정의해뒀다.

가능하면 제네릭 인터페이스나 델리게이트 정의 시에 in, out 데코레이터를 사용하자.

이렇게 하면 가변성과 관련된 에러를 컴파일러가 사전에 확인할 수 있다.

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이전 항목에서 느낀 바와 동일하다.

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와우..너무 생소하다..C#의 기반을 닦아야 한다...22222

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공변과 반공변..곧 C# 기본책 살건데 거기서 다시 제대로 공부하자!!

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참조 - Effective C# <강력한 C# 코드를 구현하는 50가지 전략과 기법, 이펙티브>, 빌 와그너, 김명신, 한빛미디어

공변성, 반공변성 참조 - https://edykim.com/ko/post/what-is-coercion-and-anticommunism/