연산자 오버로딩과 기타 관례
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코틀린에서 관례란 어떤 언어 기능과 미리 정해진 이름의 함수를 연결해주는 기법을 의미한다.
자바에서는 String, 원시 타입에 대해서만 산술 연산자인 +를 사용할 수 있다.
코틀린에서는 BigInteger 클래스에서 두 값을 더하거나 컬렉션에 원소를 추가하는 경우에도 산술 연산자를 사용할 수 있도록 해준다.
코틀린 언어 자체에서 미리 정해둔 연산자만 오버로딩 가능하며, 관례를 따르기 위해 클래스에서 정의해야 하는 이름이 정해져 있다.
각각의 이항 산술 연산 식에 대해 정해진 함수 이름은 다음과 같다.
각 연산자의 우선 순위는 표준 숫자 타입에 대한 우선 순위와 같다. 따라서 *, /, % 연산이 우선이고, +, -는 그 다음에 수행된다.
| 식 | 함수 이름 |
|---|---|
operator 키워드를 단 plus 함수를 클래스에 정의하면 관례를 따르는 함수가 되며, + 기호를 사용해 두 객체를 더한 결과를 얻을 수 있다.
연산자를 확장 함수로 정의할 수도 있다.
외부 함수의 클래스에 대한 연산자를 정의할 때에는 확장 함수로 관례를 따르는 함수를 정의하는 것이 일반적이다.
자바 클래스에 코틀린의 관례에 맞아 떨어지는 메서드가 구현되어 있다면 코틀린에서 연산자를 사용할 수 있다. operator 변경자는 자바에 없으므로 이름과 파라미터 개수만 일치하면 된다. 만약 원하는 연산 기능을 제공하는 메서드가 제공되고 있지만 관례에 맞지 않다면, 확장 함수를 정의하고 내부적으로 해당 메서드를 호출하면 된다.
연산자 정의 시 피연산자들이 반드시 같은 타입일 필요는 없다.
아래는 Point 타입에 Double 타입으로 * 할 수 있도록 하는 연산자 함수의 예제이다.
연산자 함수의 반환 타입이 피연산자 타입들 중 하나와 일치할 필요도 없다.
코틀린 연산자가 자동으로 교환 법칙 (a op b == b op a)을 지원하지 않으므로, 만약 필요하다면 양쪽 타입에 연산자 함수를 정의해주어야 한다.
operator 함수도 오버로딩이 가능하여 다양한 파라미터 타입을 입력받도록 지원할 수 있다.
+= , -= 등의 연산자를 복합 대입 연산자라고 한다.
아래와 같이 복합 대입 연산자를 통해 객체의 내부 상태를 변경하기 위해서는 복합 대입 연산자 함수를 정의해야 한다.
반환 타입이 Unit인 plusAssign 함수를 정의하면 += 연산자를 사용 시 해당 함수가 사용된다. minusAssign, timesAssign 함수도 마찬가지로 -= , *= 연산을 지원하기 위해 정의할 수 있다.
코틀린 표준 라이브러리는 변경 가능한 MutableCollection 인터페이스에 대해 plusAssign 확장 함수를 정의해두고 있다.
a += b는 a = a.plus(b) 혹은 a.plusAssign(b) 로 컴파일될 수 있다. 따라서 변경 불가능한 클래스라면 plus 함수만 추가하고, 변경 가능한 클래스라면 plusAssign 함수만 추가해야 컴파일 오류가 나지 않는다.
코틀린 표준 라이브러리가 제공하는 연산자 특징은 다음과 같다.
+, - 연산자는 항상 새로운 컬렉션을 반환한다.
+=, -= 연산자는 변경 가능한 컬렉션에 작용해 객체의 상태를 변화시킨다.
읽기 전용 컬렉션에서는 +=, -= 연산 시 변경을 적용한 복사본을 반환한다.
-a, +a 같은 단항 연산자도 오버로딩할 수 있다. 아래는 각 단항 연산자에 매핑되는 함수 이름 목록이다.
아래와 같이 감소 연산자를 정의할 수 있다.
inc/dec 함수를 오버로딩하는 경우 일반적인 값에 대한 전위, 후위 증가/감수 연산자와 같은 의미를 제공한다. ++a는 전위 증가 연산자이므로 값을 증가시킨 후 a값을 사용하게 되고, a++는 후위 증가 연산자이므로 a값을 먼저 사용한 후 증가시킨다.
코틀린은 == 연산자를 사용한 코드를 equals 메서드를 호출하도록 컴파일한다.
a == b 이라는 코드는 아래와 같이 a가 null이 아닌 경우에만 equals를 호출하고, 만약 null이면 b도 null인지 확인하여 결과를 반환한다.
코틀린에서는 식별자 연산자 === 를 통해 두 객체가 동일한지 확인할 수 있다. 따라서 ===는 오버라이드할 수 없다.
다른 연산자 오버로딩 관례와 달리 equals는 Any 클래스에 이미 정의되어 있으므로 오버라이드하기 위해 override를 붙여야 한다.
Any 클래스에 equals가 정의되어 있으며 operator 변경자가 붙어있는데, 오버라이드할 때에는 상위 클래스의 operator가 적용되므로 따로 변경자를 붙이지 않아도 된다.
자바에서는 정렬, 최댓값, 최솟값 등을 구하기 위해 값을 비교할 때 Comparable 인터페이스를 구현해야 한다. 이 때 항상 compareTo 메서드를 통해 객체를 비교해야 한다.
코틀린에서는 compareTo 메서드를 호출하는 관례를 제공하여 비교 연산자(< > <= >= )를 코드에서 사용하면 compareTo 메서드가 호출되도록 한다.
p1 < p2 라고 코드를 작성하면 p1.compareTo(p2) < 0 으로 동작하게 된다.
아래는 Person 클래스가 Comparable 인터페이스를 구현하는 예제이다. 코틀린에서 제공하는 compareValuesBy 함수는 두 객체와 비교 함수(람다 혹은 메서드/프로퍼티 참조)들을 인자로 받아 순차적으로 비교 함수를 적용하며 결과를 반환한다.
자바 클래스가 Comparable 인터페이스를 구현하고 있다면 코틀린에서는 해당 객체들에 대해 비교 연산자를 사용할 수 있다.
코틀린에서는 인덱스를 사용해 컬렉션의 원소를 가져올 때 list[idx] 식을 사용하거나, 컬렉션에 어떤 값이 속해있는지 확인할 때 item in list 식을 사용할 수 있다. 사용자 지정 클래스에서도 이러한 식을 지원할 수 있다.
인덱스 연산자를 사용해 원소를 읽는 연산은 get 함수를 호출하고, 원소를 쓰는 연산은 set 함수를 호출한다.
점의 x, y 값을 point[0], point[1] 과 같이 접근하고자 한다면 아래와 같이 get 함수를 정의하면 된다.
인덱스로 주어지는 값의 타입은 Int 외에도 다양한 타입이 될 수 있다.
2차원 행렬이나 배열을 표현하는 클래스에서 array[row, col]과 같은 형태로 접근하려면 operator fun get(rowIndex: Int, colIndex: Int) 함수를 정의해야 한다.
인덱스에 해당하는 원소를 point[1] = 4와 같은 형태로 쓰고 싶다면 set 함수를 정의하면 된다. 함수의 마지막 파라미터 값은 대입문의 우항에 들어가고 나머지 파라미터들은 인덱스 연산자에 들어가게 된다.
객체가 컬렉션에 존재하는지 확인하는 in 연산자를 사용하려면 contains 함수를 정의하면 된다.
아래는 사각형 객체의 영역에 점이 존재하는지 point in rectangle 식으로 확인하기 위해 contains 확장 함수를 정의하는 예제이다.
until 함수를 사용해 끝값을 포함하지 않는 열린 범위를 만들 수 있다. 닫힌 범위를 만드려면 10..20 처럼 .. 를 사용하면 된다.
.. 연산자는 rangeTo 함수를 호출한다. 10..20 식을 사용하면 10부터 20까지의 범위를 나타내게 된다.
rangeTo 함수는 범위를 반환하며, Comparable 인터페이스가 구현되어 있는 클래스라면 따로 정의할 필요가 없다. 이미 코틀린 표준 라이브러리에서 정의되어 있기 때문이다.
다음은 현재 날짜부터 10일동안 방학이고, 그 사이에 다음주 날짜가 해당되는지 확인하는 예제이다.
범위 연산자는 우선 순위가 낮기 때문에 범위에 대한 forEach 반복문을 사용하려면 괄호로 둘러싼 후 사용해야 한다.
for 루프 내에서 in 연산자를 사용하면 내부적으로 iterator 함수를 호출해 Iterator를 얻고 hasNext, next를 호출한다.
iterator 함수를 통해 Iterator 객체를 반환하면 된다.
코틀린 표준 라이브러리는 String의 상위 클래스인 CharSequence에 대한 iterator 확장 함수를 제공한다.
다음은 날짜 범위인 ClosedRange<LocalDate> 타입에 대해 iterator 확장 함수를 제공하여 forEach에서 in 연산자를 사용할 수 있도록 하는 예제이다.
구조 분해 선언이란 복합적인 값을 분해해 다른 변수들을 한꺼번에 초기화하는 것이다.
아래와 같이 p 변수의 컴포넌트들을 이용해 x, y 변수를 초기화할 수 있다.
내부적으로는 아래와 같이 componentN 함수를 호출하여 값을 할당한다.
data 클래스에서는 주 생성자에 들어있는 프로퍼티에 대해 컴파일러가 자동으로 componentN 함수를 만들어준다.
사용자 정의 클래스에서는 직접 componentN 함수를 구현해주어야 한다.
구조 분해 선언은 함수에서 여러 값을 반환해야 할 때 값들이 담긴 데이터 클래스를 반환하고, 해당 클래스의 값들을 각각의 변수에 바로 할당할 수 있다.
다음은 String으로 된 파일 이름을 입력받아 .을 기준으로 분리해 NameComponents라는 데이터 클래스를 반환하고, 구조 분해를 통해 각각의 변수에 저장하는 예제이다.
크기가 정해진 컬렉션에 대해서도 구조 분해가 가능하다. 코틀린 표준 라이브러리에서는 맨 앞의 다섯 원소에 대한 componentN 함수를 제공한다. 만약 6번째 원소를 구조 분해하고자 한다거나 컬렉션의 범위를 넘어서는 만큼 구조 분해를 하려고 하면 예외가 발생한다.
아래는 String을 . 을 기준으로 분리해 생성된 컬렉션 원소를 구조 분해 선언으로 할당하는 예제이다.
루프 안에서 구조 분해 선언을 사용할 수 있다.
아래는 맵의 원소에 대해 이터레이션할 때 모든 원소를 출력할 때 구조 분해 선언을 사용하는 예제이다.
코틀린에서는 Map.Entry에 대해 component1, component2 확장 함수를 제공하여 구조 분해 선언에서 사용할 수 있도록 한다.
위임이란 객체가 직접 작업을 수행하는 대신, 작업을 처리하는 다른 도우미 객체(위임 객체)에게 맡기는 디자인 패턴이다.
값을 필드가 아닌 데이터베이스 테이블이나 브라우저 세션 등 복잡한 방식으로 작동하는 프로퍼티에 저장하도록 구현할 수 있다.
일반적인 문법은 아래와 같다.
p 프로퍼티는 접근자 로직을 다른 객체에게 위임한다.
by 뒤에 있는 식을 통해 위임 객체를 얻는다.
컴파일러는 숨겨진 도우미 프로퍼티인 delegate를 만들어 위임 객체의 인스턴스로 초기화한다. p 프로퍼티는 위임 객체에게 자신의 작업을 위임하게 된다.
Delegate 클래스는 getValue, setValue 메서드를 멤버 메서드 혹은 확장 함수로 제공해야 한다. setValue의 경우 변경 가능한 프로퍼티에만 구현하면 된다.
아래와 같이 Foo 클래스의 p 프로퍼티에 접근할 때 위임 객체에 의해 접근된다.
지연 초기화는 객체를 생성할 때 모두 초기화하지 않고 일부를 남겨두었다가 실제 값이 필요할 때 초기화하는 방법이다.
초기화 과정에서 자원을 많이 사용하거나, 객체를 사용할 때 마다 반드시 초기화하지 않아도 되는 프로퍼티가 있는 경우 유용하다.
아래와 같이 뒷받침하는 프로퍼티을 이용해 지연 초기화를 구현할 수 있다.
emails라는 프로퍼티는 값을 저장하고, emails 프로퍼티는 읽기 연산만을 제공한다. _emails는 널이 될 수 있지만 emails는 널이 될 수 없다.
person.emails로 프로퍼티에 접근 시 사용자의 이메일을 로드하도록 한다.
이 구현은 thread-safe하지 않다.
위임 프로퍼티를 사용해 뒷받침하는 프로퍼티와 값이 한 번만 초기화됨을 보장하는 getter 로직을 캡슐화할 수 있다.
lazy 함수는 값을 초기화할 때 호출할 람다를 입력받은 후 getValue 메서드가 들어있는 객체를 반환한다.
lazy 함수는 기본적으로 thread-safe하며 동기화에 사용할 락을 전달할 수도 있고 동기화를 하지 못하게 막을 수도 있다.
아래와 같이 위임 프로퍼티를 사용하면 _attributes라는 맵에 name 등의 속성이 저장되고, name 속성을 조회할 때 _attributes 맵에서 조회할 수 있다.
| 식 | 함수 이름 |
|---|---|
a * b
times
a / b
div
a % b
mod (1.1 부터 rem)
a + b
plus
a - b
minus
+a
unaryPlus
-a
unaryMinus
!a
not
++a, a++
inc
--a, a--
dec