Kotlin - 객체 지향 프로그래밍(3): 클래스 위임, 상속/합성/클래스 위임, 다운 캐스트('is', 'as'), 봉인된 클래스('sealed')

in DEV on Kotlin


이 포스트에서는 코틀린의 클래스 위임, 다운 캐스트, 봉인된 클래스에 대해 알아본다.

소스는 github 에 있습니다.

목차

개발 환경

  • 언어: kotlin 1.9.23
  • IDE: intelliJ
  • SDK: JDK 17
  • 의존성 관리툴: Gradle 8.5

1. 클래스 위임 (class delegation)

합성은 내포된 객체의 기능을 사용하지만 인터페이스를 노출하지는 않는다.

클래스가 기존의 구현을 재사용하면서 동시에 인터페이스도 구현해야 하는 경우 상속과 클래스 위임 둘 중 하나를 선택할 수 있다.

  • 클래스 위임
    • 합성과 마찬가지로 새로운 클래스 안에 멤버 객체를 심음
    • 상속과 마찬가지로 심겨진 하위 객체의 인터페이스 노출
    • 새로운 클래스를 하위 객체의 타입으로 업캐스트 가능

위와 같은 이유로 코드를 재사용하기 위해 클래스 위임은 합성을 상속만큼 강력하게 만들어준다.

합성에 대한 내용은 4. 합성 (Composition) 을 참고하세요.

1.1. 수동으로 위임

코틀린에서는 클래스는 자동으로 위임해주는 기능이 있으므로 아래 코드는 참고만 할 것

아래 코드에서 SpaceShip 이 Controls 가 필요한 상황이라고 해보자.

interface Controls {
    fun up(velocity: Int): String
    fun down(velocity: Int): String
}

class SpaceShipControls : Controls {
    override fun up(velocity: Int): String = "up $velocity"
    override fun down(velocity: Int): String = "down $velocity"
}

여기서 Controls 의 기능을 확장하거나 함수를 변경하려 한다면 SpaceShipControls 를 상속하려 하겠지만, SpaceShipControls 는 open 이 아니라서 상속할 수 없다.

Controls 의 멤버 함수를 노출하려면 SpaceShipControls 의 인스턴스를 프로퍼티로 하고, Controls 의 모든 멤버 함수를 명시적으로 SpaceShipControls 에 위임해야 한다.

interface Controls1 {
    fun up(velocity: Int): String
    fun down(velocity: Int): String
}

class SpaceShipControls1 : Controls1 {
    override fun up(velocity: Int): String = "up $velocity"
    override fun down(velocity: Int): String = "down $velocity"
}

class ExplicitControls : Controls1 {
    // SpaceShipControls1 의 인스턴스를 프로퍼티로 함
    private val controls = SpaceShipControls1()

    // 수동으로 위임 구현
    override fun up(velocity: Int): String = controls.up(velocity)

    // 변형한 구현
    override fun down(velocity: Int): String = controls.down(velocity) + "...!!!"
}

fun main() {
    val controls = ExplicitControls()

    val result1 = controls.up(1)
    val result2 = controls.down(2)
  
    println(result1) // up 1
    println(result2) // down 2...!!!
}

위 코드를 보면 모든 함수를 내부에 있는 controls 객체에 바로 전달하였다.
이 클래스가 제공하는 인터페이스는 일반적인 상속에서 사용하는 인터페이스와 동일하며, 원한다면 일부 변경한 구현을 제공할 수도 있다.

1.2. 자동으로 위임: by

코틀린은 이런 클래스 위임 과정을 자동화해준다.
위의 ExplicitControls 처럼 직접 함수 구현을 하는 대신 위임에 사용할 객체를 지정하기만 하면 된다.

클래스를 위임하려면 by 키워드를 인터페이스 이름 뒤에 넣고, by 뒤에 위임할 멤버 프로퍼티의 이름을 넣으면 된다.

by 키워드를 통해 그 인터페이스에 대한 구현을 다른 객체에게 위임중이라는 사실을 명시할 수 있다.

interface A1

class A : A1

// 클래스 B 는 A1 인터페이스를 a 멤버 객체를 사용(by)하여 구현함
class B(val a: A) : A1 by a

인터페이스에만 위임을 적용할 수 있고, 위임 객체(a) 는 생성자 인자로 지정한 프로퍼티이어야 한다.

이제 by 를 사용하여 1.1. 수동으로 위임 의 ExplicitControls 을 재작성해해본다.

interface Controls2 {
    fun up(velocity: Int): String
    fun down(velocity: Int): String
}

class SpaceShipControls2 : Controls2 {
    override fun up(velocity: Int): String = "up $velocity"
    override fun down(velocity: Int): String = "down $velocity"
}

// 클래스 DelegatedControls 는 Controls2 인터페이스를 controls 를 사용(by) 하여 구현함
class DelegatedControls(private val controls: SpaceShipControls2 = SpaceShipControls2()) : Controls2 by controls {
    override fun down(velocity: Int): String = controls.down(velocity) + "...!!!"
}

fun main() {
    val controls = DelegatedControls()

    val result1 = controls.up(1)
    val result2 = controls.down(2)

    println(result1) // up 1
    println(result2) // down 2...!!!
}

위임을 하면 별도로 작성하지 않아도 멤버 객체의 함수를 외부 객체를 통해 접근할 수 있다. (위에서 controls.up(1) 을 호출한 것처럼)

위 코드에서 중요한 점은 DelegatedControls 에 Controls2 의 구현 방식에 대한 의존 관계가 생기지 않는다는 점이다.

1.3. 클래스 위임을 이용하여 다중 클래스 상속 흉내

코틀린은 다중 클래스 상속을 허용하지 않지만, 클래스 위임을 사용하여 다중 클래스 상속을 흉내낼 수 있다.

package assu.study.kotlinme.chap05.classDelegation

interface Rectangle {
    fun paint(): String
}

class ButtonImage(val width: Int, val height: Int) : Rectangle {
    override fun paint() = "painting button image($width, $height)"
}

interface Mouse {
    fun clicked(): Boolean
    fun hover(): Boolean
}

class UserInput : Mouse {
    override fun clicked() = true
    override fun hover() = true
}

// ButtonImage 와 UserInput 을 open 으로 정의해도 하위 타입을 정의할 때는
// 상위 타입 목록에 클래스를 하나만 넣을 수 있기 때문에 아래와 같이 사용 불가
// class Button: ButtonImage(), UserInput()

// 클래스 Button 은 Rectangle 인터페이스를 image 를 사용(by) 하여 구현하고, Mouse 인터페이스를 input 을 사용(by) 하여 구현함
class Button(
    val width: Int,
    val height: Int,
    var image: Rectangle = ButtonImage(width, height), // public 이면서 var 임
    private var input: Mouse = UserInput(),
) : Rectangle by image, Mouse by input

fun main() {
    val button = Button(10, 5)

    // 동적으로 ButtonImage 변경 가능
    button.image = ButtonImage(1, 2)

    val result1 = button.paint()
    val result2 = button.clicked()
    val result3 = button.hover()

    println(result1) // painting button image(10, 5)
    println(result2) // true
    println(result3) // true

    // 위임한 2개의 타입으로 업캐스트 가능
    val rectangle: Rectangle = button
    val mouse: Mouse = button

    val result4 = rectangle.paint()
    val result5 = mouse.clicked()
    val result6 = mouse.hover()

    println(result4) // painting button image(10, 5)
    println(result5) // true
    println(result6) // true
}

Button 클래스는 Rectangle, Mouse 두 개의 인터페이스를 모두 구현한다.
Button 클래스가 ButtonImage, UserInput 두 개의 클래스의 구현을 모두 상속할 수는 없지만, 이 두 개의 클래스를 모두 위임할 수는 있다.

Button 클래스의 생성자 인자 목록 중 image 의 정의가 public 이면서 var 이기 때문에 프로그래머가 동적으로 ButtonImage 를 변경할 수 있다.

위 코드에서 아래 내용은 Button 이 자신을 위임한 2개의 타입으로 업캐스트할 수 있음을 보여준다.
이것이 바로 다중 상속의 목표이다.

이렇게 위임은 다중 상속의 필요성을 해결해준다.

val button = Button(10, 5)

...

val rectangle: Rectangle = button
val mouse: Mouse = button

1.4. 상속의 제약과 합성 → 상속 → 클래스 위임

상위 클래스가 open 이 아니거나, 새 클래스가 다른 클래스를 이미 상속하고 있으면 다른 클래스를 상속할 수 없다는 점에서 상속은 제약이 될 수 있다.
이러한 제약을 클래스 위임이 해결해준다.

합성, 상속, 클래스 위임이라는 선택지가 있을 때는 합성을 먼저 시도하는 것이 좋다.

합성에 대한 좀 더 상세한 내용은 4. 합성 (Composition) 을 참고하세요.

즉, 합성 → 상속 → 클래스 위임의 순으로 고려를 하는 것이 좋다.
합성은 가장 단순한 방법이며 대부분의 케이스를 해결해준다.

타입 계층과 이 계층에 속한 타입 사이의 관계가 필요할 때는 상속이 필요하다.

상속, 합성이 모두 적합하지 않을 경우 위임을 사용한다.

2. 다운 캐스트 (downcast, RTTI, Run-Time Type Identification)

다운 캐스트는 업캐스트했던 객체의 구체적인 타입을 발견한다.

기반 클래스가 파생 클래스보다 더 큰 인터페이스를 가질 수 없으므로 업캐스트는 항상 안전하다.
모든 기반 클래스 멤버가 존재한다고 보장할 수 있기 때문에 멤버를 호출해도 안전하다.

하지만 상황에 따라 다운 캐스트가 유용할 때가 있다.

다운 캐스트는 실행 시점에 일어나며 실행 시점 타입 식별 (RTTI, Run-Time Type Identification) 이라고도 한다.

객체를 기반 타입으로 업캐스트하면 컴파일러는 그 객체의 구체적인 타입을 더 이상 알 수 없으며, 하위 타입에 추가된 함수 중에 어떤 함수를 호출해도 안전한지 결정할 수 없다.

interface Base {
    fun f()
}

class Derived1: Base {
    override fun f() {}
    fun g() {}
}

class Derived2: Base {
    override fun f() {}
    fun h() {}
}

fun main() {
    // 업캐스트
    val b1: Base = Derived1()
    
    b1.f()  // 기반 클래스의 멤버 함수
    //b1.g()    // 기반 클래스에 없는 함수
    
    // 업캐스트
    val b2: Base = Derived2()
    b2.f()  // 기반 클래스의 멤버 함수
    //b2.h()  // 기반 클래스에 없는 함수
}

위와 같은 문제를 해결하려면 다운 캐스트가 올바른지 보장하는 방법이 필요하다.

2.1. 스마트 캐스트: is

스마트 캐스트는 타입 검사, 타입 캐스트, 타입 강제 변환을 합친 것이다.

스마트 캐스트는 자동 다운 캐스트이다.

is 키워드는 어떤 객체가 특정 타입인지 검사하는데, 이 검사 영역 안에서는 해당 객체를 검사에 성공한 타입으로 간주한다.

is 는 자바의 instanceof 와 비슷한데 자바에서는 타입을 instanceof 로 확인한 후에 그 타입에 속한 멤버에 접근하기 위해 명시적으로 타입 캐스팅을 해야 한다.
하지만 코틀린은 is 로 검사하고 나면 컴파일러가 캐스팅을 수행해준다. (= 스마트 캐스트)

스마트 캐스트는 is 로 변수에 든 값의 타입을 검사한 후 그 값이 바뀔 수 없는 경우에만 동작한다.

만일 클래스의 프로퍼티에 대해 스마트 캐스트를 사용한다면 그 프로퍼티는 반드시 val 이어야 하며, 커스텀 접근자를 사용한 것이어도 안된다.
val 가 아니거나, val 이지만 커스텀 접근자를 사용하는 경우 해당 프로퍼티에 대한 접근이 항상 같은 값을 내놓는다고 확신할 수 없기 때문이다.

커스텀 접근자에 대한 좀 더 상세한 내용은 9. 프로퍼티 접근자: field 를 참고하세요.

원하는 타입으로 명시적으로 타입 캐스팅을 하려면 as 키워드를 사용한다.

as 키워드에 대한 좀 더 상세한 내용은 2.3. as 키워드 를 참고하세요.

package assu.study.kotlinme.chap05.downcasting

interface Base11 {
  fun f() = println("f()~")
}

class Derived11 : Base11 {
  override fun f() {}

  fun g() = println("g()~")
}

class Derived22 : Base11 {
  override fun f() {}

  fun h() = println("h()~")
}

fun main() {
  val b1: Base11 = Derived11() // 업캐스트
  // b1.g()   // 호출 불가
  if (b1 is Derived11) {
    b1.g() // g()~, 호출 가능 `is` 검사의 영역 내부
  }

  val b2: Base11 = Derived22() // 업캐스트
  // b2.h();  // 호출 불가
  if (b2 is Derived22) {
    b2.h() // h()~, 호출 가능, `is` 검사의 영역 내부
  }
}

intelliJ 는 스마트 캐스트가 된 변수의 배경색을 다르게 표시해줌

스마트 캐스트는 is 를 통해 when 의 인자가 어떤 타입인지 검색하는 when 식 내부에서 매우 유용하다.

아래는 각각의 구체적인 타입을 먼저 Creature 로 업캐스트한 후에 what() 에 전달했다.

interface Creature

class Human : Creature {
    fun greeting(): String = "Human~"
}

class Dog : Creature {
    fun bark() = "Bark~"
}

class Cat : Creature {
    fun yaong() = "yaong~"
}

// 이미 업캐스트된 Creature 를 받아서 정확한 타입을 찾음
// 이 후 Creature 객체를 상속 계층에서 정확한 타입, 정확한 파생 클래스로 다운 캐스트함
fun what(c: Creature): String =
    when (c) {
        is Human -> c.greeting()
        is Dog -> c.bark()
        is Cat -> c.yaong()
        else -> "WHAT?"
    }

fun main() {
    val c: Creature = Human() // 업캐스트

    val result1 = what(c)
    val result2 = what(Dog())   // 업캐스트가 일어남
    val result3 = what(Cat())   // 업캐스트가 일어남

    class Who : Creature    // 업캐스트

    val result4 = what(Who())

    println(result1) // Human~
    println(result2) // Bark~
    println(result3) // yaong~
    println(result4) // WHAT?
}

2.2. 변경 가능한 참조

자동 다운 캐스트는 대상이 상수일때만 제대로 동작한다.

대상 객체를 가리키는 기반 클래스 타입의 참조가 변경 가능(var) 할 때 타입을 검증한 시점과 다운 캐스트한 객체에 대해 함수를 호출한 시점 사이에 참조가 가리키는 객체가 바뀔 가능성이 있다.
즉, 타입 검사와 사용 시점 사이에 객체의 구체적인 타입이 달라질 수 있다는 의미이다.

interface Creature1

class Human1 : Creature1 {
    fun greeting(): String = "Human~"
}

class Dog1 : Creature1 {
    fun bark() = "Bark~"
}

class Cat1 : Creature1 {
    fun yaong() = "yaong~"
}

// 인자가 val (불변) 임
class SmartCast1(val c: Creature1) {
    fun contact(): String =
        when (c) {
            is Human1 -> c.greeting()
            is Dog1 -> c.bark()
            is Cat1 -> c.yaong()
            else -> "WHAT?"
        }
}

// 인자가 var(변경 가능) 임
class SmartCast2(var c: Creature1) {
    fun contact(): String =
        when (val c = c) { // 편의상 이렇게 했지만 추천하지 않음
            is Human1 -> c.greeting()
            is Dog1 -> c.bark()
            is Cat1 -> c.yaong()
            else -> "WHAT?"
        }

        // 모두 아래와 같은 컴파일 오류
        // Smart cast to 'Human1' is impossible,
        // because 'c' is a mutable property that could have been changed by this time
        // c 가 이 시점에서 변했을 수 있는 가변 프로퍼티이기 때문에 Human 으로 스마트 캐스트할 수 없다는 의미
        
    //    when (c) {
    //        is Human1 -> c.greeting()
    //        is Dog1 -> c.bark()
    //        is Cat1 -> c.yaong()
    //        else -> "WHAT?"
    //    }
}

fun main() {
    val c: Creature1 = Human1() // 업캐스트

    val result1 = SmartCast1(c).contact()
    val result2 = SmartCast1(Dog1()).contact() // 업캐스트가 일어남
    val result3 = SmartCast1(Cat1()).contact() // 업캐스트가 일어남

    val result4 = SmartCast2(c).contact()
    val result5 = SmartCast2(Dog1()).contact() // 업캐스트가 일어남
    val result6 = SmartCast2(Cat1()).contact() // 업캐스트가 일어남

    println(result1) // Human~
    println(result2) // Bark~
    println(result3) // yaong~
  
    println(result4) // Human~
    println(result5) // Bark~
    println(result6) // yaong~
}

위에서 SmartCast2 의 주석 처리되어 있는 when 절을 주석 해제하면 아래와 같은 오류가 나면서 컴파일이 되지 않는다.

Smart cast to 'Human1' is impossible,
because 'c' is a mutable property that could have been changed by this time

c 가 이 시점에서 변했을 수 있는 가변 프로퍼티이기 때문에 Human 으로 스마트 캐스트할 수 없다는 의미이다.

코틀린은 스마트 캐스트 is 로 위의 c 타입을 검사하는 시점과 c 를 다운 캐스트한 타입으로 사용하는 시점 사이에 c 의 값이 변하지 않도록 강제한다.

위 코드에서 SmartCast1 은 c 프로퍼티를 val 로 만들어서 변화를 막고, SmartCast2 는 지역 변수 val c 를 이용하여 변화를 막고 있다.

<스마트 캐스트가 되지 않는 경우>

  • 특정 식이 재계산 될 수 있는 경우
  • 상속을 위해 open 된 프로퍼티도 파생 클래스에서 오버라이드를 할 수 있고, 그로 인해 프로퍼티에 접근할 때마다 항상 같은 같은 내놓는다고 보장할 수 없으므로 스마트 캐스트가 안됨

2.3. as 키워드

2.3.1. 안전하지 않은 캐스트: as

as 키워드는 일반적인 타입을 구체적인 타입으로 강제 변환한다.

interface Creature2

class Dog2 : Creature2 {
    fun bark() = "Bark~"
}

class Cat2 : Creature2 {
    fun yaong() = "yaong~"
}

fun dogBarkUnsafe(c: Creature2) = (c as Dog2).bark()

fun dogBarkUnsafe2(c: Creature2): String {
    c as Dog2 // `as` 로 선언해준 이후부터는 c 를 Dog2 객체처럼 사용 가능
    c.bark()

    return c.bark() + c.bark()
}

fun main() {
    val result1 = dogBarkUnsafe(Dog2())
    val result2 = dogBarkUnsafe2(Dog2())

    val result3 = dogBarkUnsafe(Cat2())
    val result4 = dogBarkUnsafe2(Cat2())

    println(result1)
    println(result2)

    println(result3)
    println(result4)
}

위 코드를 실행하면 컴파일 시점이 아닌 런타임 시점에 아래와 같은 오류가 발생한다.

java.lang.ClassCastException: class assu.study.kotlinme.chap05.downcasting.Cat2 cannot be cast to class assu.study.kotlinme.chap05.downcasting.Dog2

fun dogBarkUnsafe(c: Creature2) = (c as Dog2).bark()    // 이 부분에서 캐스트 실패

...

val result3 = dogBarkUnsafe(Cat2())

as 가 실패하면 ClassCastException 이 발생한다.
일반 as 를 안전하지 않은 캐스트라고 한다.

2.3.2. 안전한 캐스트: as?

안전하지 않은 캐스트 as 를 사용할 때마다 스마트 캐스트 is 를 통해 미리 as 로 변환 가능한 타입인지 검사해볼 수도 있지만 그보다는 안전한 캐스트인 as? 를 사용하는 것이 더 간결하다.

안전한 캐스트 as? 는 어떤 값을 지정한 타입으로 캐스트하며, 만일 값을 대상 타입으로 변환할 수 없을 경우 예외를 던지지 않고 null 을 반환한다.

따라서 안전한 캐스트 as? 사용 시엔 NPE 를 방지하기 위해 적절한 조치가 필요하다.

안전한 캐스트 as? 의 가장 일반적인 패턴은 캐스트를 수행한 뒤에 엘비스 연산자를 사용하는 것이다.

2. 안전한 호출(safe call)과 엘비스(Elvis) 연산자 에서 본 엘비스 연산자가 가장 간단하고 적합하다.

interface Creature3

class Dog3 : Creature3 {
    fun bark() = "Bark~"
}

class Cat3 : Creature3 {
    fun yaong() = "yaong~"
}

// 안전한 캐스트 `as?` 로 캐스트 수행 후 엘비스 연산자 `?:` 사용
fun dogBarkSafe(c: Creature3) = (c as? Dog3)?.bark() ?: "Not a dog"

fun main() {
    val result1 = dogBarkSafe(Dog3())
    val result2 = dogBarkSafe(Cat3())

    println(result1)    // Bark~
    println(result2)    // Not a dog
}

위에서 아래 코드를 보자.

(c as? Dog3)?.bark() ?: "Not a dog"

(c as? Dog3) 은 null 이 될 수 있는 식이며, bark() 를 호출할 때는 안전한 호출 연산자인 ?. 를 사용해야 한다.
as? 이 null 을 반환하면 전체 식인 (c as? Dog3)?.bark() 도 null 을 반환하기 때문에 이 값을 엘비스 연산자인 ?: 가 받아서 null 일 경우의 조치를 취한다.

아래는 안전한 연산자 as? 를 사용하여 equals() 메서드를 구현한 예시이다.

package com.assu.study.kotlin2me.chap06

class Person1(val firstName: String, val lastName: String) {
    override fun equals(other: Any?): Boolean {
        // 타입이 서로 일치하지 않으면 false 반환
        val otherPerson = other as? Person1 ?: return false

        // 안전한 캐스트를 하고나면 otherPerson 이 Person1 타입으로 스마트 캐스트 됨
        return otherPerson.firstName == firstName &&
                otherPerson.lastName == lastName
    }

    override fun hashCode(): Int =
        firstName.hashCode() * 37 + lastName.hashCode()
}

fun main() {
    val p1 = Person1("AA", "BB")
    val p2 = Person1("AA", "BB")

    // == 연산자는 equals() 메서드를 호출함
    println(p1 == p2)   // true
    println(p1.equals(11))  // false
}

2.4. 리스트 원소의 타입 알아내기: filterIsInstance()

Predicate 에서 is 를 사용하면 List 나 다른 iterable (이터레이션을 할 수 있는 대상 타입) 의 원소가 주어진 타입의 객체인지 알 수 있다.

리스트 원소의 타입을 알아낼 때는 filterIsInstance() 를 사용하므로 아래 코드는 참고만 할 것

interface Creature4

class Human4 : Creature4 {
    fun greeting(): String = "Human~"
}

class Dog4 : Creature4 {
    fun bark() = "Bark~"
}

class Cat4 : Creature4 {
    fun yaong() = "yaong~"
}

val group: List<Creature4> =
    listOf(
        Human4(),
        Human4(),
        Dog4(),
        Cat4(),
        Dog4(),
    )

fun main() {
    // group 에 Creature4 가 들어있으므로 find() 는 Creature4 를 반환함
    // 이 객체를 Dog4 로 다루려고 아래처럼 명시적으로 타입을 변환함
    // group 안에 Dog4 가 하나도 없으면 find() 가 null 을 반환하므로 결과를 null 이 될 수 있는 타입인 Dog4? 로 변환
    val result = group.find { it is Dog4 } as Dog4?

    // result 가 null 이 될 수 있는 타입이므로 안전한 호출 연산자를 사용
    println(result?.bark()) // Bark~
}

보통은 지정한 타입에 속하는 모든 원소를 돌려주는 filterIsInstance() 를 사용하기 때문에 위에서 group.find { it is Dog4 } as Dog4? 과 같은 코드는 거의 사용하지 않는다.

interface Creature5

class Human5 : Creature5 {
    fun greeting(): String = "Human~"
}

class Dog5 : Creature5 {
    fun bark() = "Bark~"
}

class Cat5 : Creature5 {
    fun yaong() = "yaong~"
}

val group2: List<Creature5> =
    listOf(
        Human5(),
        Human5(),
        Dog5(),
        Dog5(),
        Dog5(),
    )

fun main() {
    // 반환값의 모든 원소가 Dog5 임에도 불구하고 Creature5 의 List 를 반환함
    val result1: List<Creature5> = group2.filter { it is Dog5 }
    println(result1.size) // 3

    val result2: List<Creature5> = group2.filter { it is Cat5 }
    println(result2.size) // 0

    // 대상 타입인 Dog5 의 리스트를 반환
    val result3: List<Dog5> = group2.filterIsInstance<Dog5>()
    println(result3.size) // 3

    val result4: List<Cat5> = group2.filterIsInstance<Cat5>()
    println(result4.size) // 0

    // mapNotNull() 사용
    val result5: List<Creature5> = group2.mapNotNull { it as? Dog5 }
    println(result5.size) // 3

    val result6: List<Cat5> = group2.mapNotNull { it as? Cat5 }
    println(result6.size) // 0
}

filter() 는 반환값의 모든 원소가 Dog5 임에도 불구하고 Creature5 의 List 를 반환하는 반면 filterIsInstance() 는 대상 타입인 Dog5 의 리스트를 반환한다.

3. 봉인된 클래스: sealed

3.1. 봉인된 클래스 사용

클래스 계층을 제한하려면 기반 클래스를 sealed 로 선언하면 된다.
sealed 로 표시된 클래스는 자동으로 open 이다.

open class Transport

data class Train(val line: String) : Transport()

data class Bus(val number: String, val capacity: Int) : Transport()

fun travel(transport: Transport) =
    when (transport) {
        is Train -> "Train ${transport.line}"
        is Bus -> "Bus ${transport.number}: size ${transport.capacity}"
        else -> "$transport is in limbo~"   // // else 구문이 없으면 컴파일 오류
    }

fun main() {
    val result =
        listOf(Train("AA"), Bus("BB", 5))
            .map(::travel)

    println(result) // [Train AA, Bus BB: size 5]
}

위 코드의 when 에서 else 문이 없으면 아래와 같은 오류가 나면서 컴파일이 되지 않는다.

'when' expression must be exhaustive, add necessary 'else' branch

위에서 travel() 은 다운 캐스트가 근본적인 문제가 될 수 있는 지점이다.
만일 Transport 를 상속한 Tram 이라는 클래스가 새로 정의되면 travel() 은 여전히 컴파일 되고 실행도 되지만, Tram 추가에 맞춰서 when 을 바꾸어야 한다는 아무런 단서가 없다.

이렇게 코드에서 다운 캐스트가 여기저기 흩어져 있다면 이로 인해 유지보수가 힘들어진다.

이런 상황을 sealed 키워드로 개선할 수 있다.

sealed 클래스를 직접 상속한 파생 클래스는 반드시 기반 클래스와 같은 패키지와 모듈 안에 있어야만 하기 때문에 다운 캐스트가 여기저기 흩어지는 문제가 없다.

코틀린에서 모듈

한 번에 같이 컴파일되는 모든 파일을 묶어서 부르는 개념

sealed 키워드로 상속을 제한한 클래스를 봉인된 클래스라고 부른다.
위 코드의 open 을 sealed 로만 변경해주면 된다.

sealed class Transport1

data class Train1(val line: String) : Transport1()

data class Bus1(val number: String, val capacity: Int) : Transport1()

fun travel1(transport: Transport1) =
  when (transport) {
    is Train1 -> "Train ${transport.line}"
    is Bus1 -> "Bus ${transport.number}: size ${transport.capacity}"
    // else 구문이 없어도 됨
  }

fun main() {
  val result =
    listOf(Train1("AA"), Bus1("BB", 5))
      .map(::travel1)

  println(result) // [Train AA, Bus BB: size 5]
}

코틀린의 when 식은 모든 경우를 검사하도록 강제하기 때문에 else 문을 요구하지만 위 코드에서 Transport1 은 sealed 라서 다른 Transport1 의 파생 클래스가 존재할 수 없다는 사실은 확신할 수 있으므로 위 코드에서는 else 문을 요구하지 않는다.

만일 위 코드에서 새로운 파생 클래스를 선언하면 when 식에서 아래와 같은 오류가 나면서 컴파일이 되지 않는다.

data class Bus2(val number: String, val capacity: Int) : Transport1()

'when' expression must be exhaustive, add necessary 'is Bus2' branch or 'else' branch instead

새로운 파생 클래스를 도입하면 기존 타입 계층을 사용하던 모든 코드를 수정해야 한다.

sealed 키워드는 다운 캐스트를 좀 더 쓸만하게 만들어준다.
하지만 보통 sealed 가 아닌 다형성을 이용하여 코드를 좀 더 깔끔하게 작성할 수 있다.

다형성에 대한 좀 더 상세한 내용은 3. 다형성 (polymorphism) 을 참고하세요.

3.2. sealed 와 abstract 비교

아래는 abstract, sealed 클래스가 타입이 똑같은 함수, 프로퍼티, 생성자를 제공하는 케이스이다.

abstract class CustomAbstract(val av: String) {
    open fun concreteFunction() {}
    open val concreteProperty = ""
    abstract fun abstractFunction(): String
    abstract val abstractProperty: String
    // 주생성자
    init {}
    // 부생성자
    constructor(c: Char) : this(c.toString())
}

open class Concrete() : CustomAbstract("") {
    override fun concreteFunction() {}
    override val concreteProperty = ""
    override fun abstractFunction() = ""
    override val abstractProperty = ""
}

sealed class Sealed(val av: String) {
    open fun concreteFunction() {}
    open val concreteProperty = ""
    abstract fun abstractFunction(): String
    abstract val abstractProperty: String
    // 주생성자
    init {}
    // 부생성자
    constructor(c: Char) : this(c.toString())
}

open class SealedSubclass() : Sealed("") {
    override fun concreteFunction() {}
    override val concreteProperty = ""
    override fun abstractFunction() = ""
    override val abstractProperty = ""
}

fun main() {
    Concrete()
    SealedSubclass()
}

코드를 보면 알겠지만 sealed 클래스는 기본적으로 파생 클래스가 모두 같은 파일 안에 정의되어야 한다는 제약이 가해진 abstract 클래스이다.

sealed 클래스의 간접적인 파생 클래스는 별도의 파일에 정의 가능하다.

다른 파일에 정의한 클래스

class ThirdLevel : SealedSubclass()

위의 ThirdLevel 클래스는 직접 Sealed 클래스를 상속하지 않으므로 다른 파일에 위치할 수 있다.

주생성자 init 에 관한 좀 더 상세한 내용은 2. 복잡한 생성자: init 를 참고하세요.

부생성자 constructor() 에 관한 좀 더 상세한 내용은 3. 부생성자 (secondary constructor): constructor 를 참고하세요.

sealed interface 도 유용하다.

3.2. 파생 클래스 열거: ::class, sealedSubclasses

어떤 클래스가 sealed 인 경우 모든 파생 클래스를 쉽게 이터레이션할 수 있다.

sealed class Top

class Middle1 : Top()

class Middle2 : Top()

open class Middle3 : Top()

class Bottom2 : Middle3()

fun main() {
    val result =
        Top::class.sealedSubclasses
            .map { it.simpleName }

    // Bottom2 은 나오지 않음   
    println(result) // [Middle1, Middle2, Middle3]
}

클래스를 생성하면 클래스 객체가 생성된다.
이 클래스 객체의 프로퍼티와 멤버 함수에 접근해서 클래스에 대한 정보를 얻고, 클래스에 속한 객체를 생성/조작할 수 있다.

::class 가 클래스 객체를 돌려주기 때문에 Top::class 는 Top 에 대한 클래스 객체를 만들어준다.

Top::class 로 얻은 클래스 객체에 sealedSubclasses 클래스 객체의 프로퍼티를 적용하면 이 프로퍼티는 Top 이 sealed 된 클래스이길 기대한다.
따라서 Top 이 sealed 가 아니면 빈 List 를 반환한다.

sealedSubclass 는 이런 봉인된 클래스의 모든 파생 클래스를 반환하는데, 이 때 봉인된 클래스의 직접적인 파생 클래스만 반환한다.
위 코드를 보면 Bottom2 는 이터레이션 결과에 포함되지 않는 것을 확인할 수 있다.

sealedSubclasses 는 다형적인 시스템을 만들 때 중요한 도구가 될 수 있는데, 새로운 클래스가 모든 적합한 연산에 자동으로 포함되도록 보장할 수 있다.

하지만 sealedSubclasses 는 파생 클래스를 실행 시점에 찾아내므로 시스템 성능에 영향을 미칠 수 있기 때문에, 만일 성능 문제가 발생한다면 프로파일러를 사용하여 sealedSubclasses 가 문제의 원인인지 확실히 검토해보아야 한다.

참고 사이트 & 함께 보면 좋은 사이트

본 포스트는 브루스 에켈, 스베트라아 이사코바 저자의 아토믹 코틀린 과 드리트리 제메로프, 스베트라나 이사코바 저자의 Kotlin In Action 을 기반으로 스터디하며 정리한 내용들입니다.




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