[Swift] Generics(제네릭) - 4

Associated Types

프로토콜을 정의할때, 프로토콜의 정의의 일부로 하나 혹은 그 이상의 연관 타입(associated type)을 선언하는 것이 유용할 때가 있다. 연관 타입은 프로토콜의 일부로 사용되는 타입에게 플레이스홀더 이름을 부여한다. 해당 연관 타입이 될 실제 타입은 프로토콜이 적용될 때 까지 지정되지 않는다. 연관 타입은 associatedtype 키워드로 특정할 수 있다.

 

Associated types in Action

다음은 연관 타입으로 Item을 선언하는 프로토콜 Container의 예시이다:

protocol Container {
    associatedtype Item
    mutating func append(_ item: Item)
    var count: Int { get }
    subscript(i: Int) -> Item { get }
}

Container 프로토콜은 모든 컨테이너가 반드시 제공해야할 세 개의 필수 요구사항을 정의한다.

• append(_:) 메소드로 컨테이너에 새로운 아이템을 추가할 수 있어야 한다.
• Int를 리턴하는 count 프로퍼티로 컨테이너 내부에 있는 요소의 개수를 알 수 있어야 한다.
• Int 인덱스 값을 받는 서브스크립트를 사용하여 컨테이너 내부의 각 요소를 검색할 수 있어야 한다.

이 프로토콜은 컨테이너 내부의 요소들의 저장되는 방식이나 허용되는 타입을 지정하지 않는다. 이 프로토콜은 단지 Container로 분류될 타입들이 반드시 가져야 할 세 개의 기능을 특정할 뿐이다. 이 프로토콜을 준수하는 타입은 이 세 가지 요구사항을 만족한다면, 추가적인 기능을 제공할 수도 있다.

 

Container 프로토콜을 준수하는 모든 타입은 반드시 그 컨테이너가 저장하고 있는 값들의 타입을 특정할 수 있어야 한다. 특히 올바른 타입의 요소만 컨테이너에 들어갈 수 있어야 하며, 서브스크립트를 통해서 그 요소를 리턴할 수 있어야 한다.

 

이러한 요구사항들을 정의하기 위해, Container 프로토콜은 특정 컨테이너가 저장해야 할 타입을 몰라도 해당 컨테이너가 앞으로 저장하게 될 요소들의 타입을 참조할 방법이 있어야 한다. Container 프로토콜은 append(_:) 메소드에 전달되는 값이 컨테이너의 원소 타입과 같도록 지정해야 하며, 컨테이너의 서브스크립트로 리턴되는 값이 컨테이너의 원소 타입과 같도록 해야한다.

 

이를 위해 Container 프로토콜은 associatedType Item이라고 작성하여 연관 타입 Item을 선언한다. 이 프로토콜은 Item이 무엇인지 정의하지 않는다 —  해당 정보는 이 프로토콜을 준수하는 타입이 제공하도록 남겨놓는다. 이렇게 하더라도, Item은 Container 내부의 요소의 타입을 참조할 수 있는 방법을 제공하며, append(_:) 메소드와 서브스크립트에서 사용할 타입을 정의할 수 있다.

 

다음은 Generic Types 섹션에서 나온 IntStack 타입을 Container 프로토콜을 도입하고 준수할 수 있는 버전으로 작성한 것이다:

struct IntStack: Container {
    // original IntStack implementation
    var items: [Int] = []
    mutating func push(_ item: Int) {
        items.append(item)
    }
    mutating func pop() -> Int {
        return items.removeLast()
    }
    // conformance to the Container protocol
    typealias Item = Int
    mutating func append(_ item: Int) {
        self.push(item)
    }
    var count: Int {
        return items.count
    }
    subscript(i: Int) -> Int {
        return items[i]
    }
}

IntStack 타입은 Container 프로토콜의 세 가지 요구사항을 모두 구현하고, 각 케이스는 이 요구사항들을 만족하기 위해 IntStack 타입의 기존 기능을 래핑한다.

 

또한 IntStack은 이 Container 구현에서 사용할 가장 적절한 Item이 Int 타입임을 특정한다. typealias Item = Int의 정의는 이 Container 프로토콜의 구현에서 사용하기 위해 추상적인 타입 Item을 구체적인 타입인 Int로 전환한다.

 

스위프트의 타입 추론 덕분에 IntStack의 구현의 일부로 Item을 구체적으로 Int로 선언할 필요는 실제로 없다. IntStack은 Container 프로토콜의 모든 요구사항을 준수하므로, 스위프트는 단순히 append(_:) 메소드의 item 파라미터와 서브스크립트의 리턴 타입을 보고 적합한 Item의 타입을 추론할 수 있다. 따라서 Item에 사용할 타입이 명확하므로, typealias Item = Int 라인을 제거해도 모든 것은 여전히 동작한다.

 

또한 제네릭 Stack 타입을 Container 프로토콜을 준수하여 만들수도 있다:

struct Stack<Element>: Container {
    // original Stack<Element> implementation
    var items: [Element] = []
    mutating func push(_ item: Element) {
        items.append(item)
    }
    mutating func pop() -> Element {
        return items.removeLast()
    }
    // conformance to the Container protocol
    mutating func append(_ item: Element) {
        self.push(item)
    }
    var count: Int {
        return items.count
    }
    subscript(i: Int) -> Element {
        return items[i]
    }
}

이 경우에, 타입 파라미터 Element는 append(_:) 메소드의 item 파라미터와 서브스크립트의 리턴 타입으로 이용된다. 따라서 스위프트는 Element가 이 특정 컨테이너의 Item으로 사용하기에 적합한 타입임을 추론할 수 있다.

 

Extending and Exisiting Type to Specify and Associated Type

Adding Protocol Conformance with and Extension에서 소개된 것 처럼, 이미 존재하는 타입이 프로토콜을 준수하도록 확장할 수 있다. 이는 연관 타입을 있는 프로토콜도 포함한다.

 

스위프트의 Array 타입은 append(_:)메소드, count 프로퍼티, Int 인덱스를 통한 요소의 서브스크립트 검색을 제공한다. 이 세 가지의 능력은 Container 프로토콜의 요구사항과 일치한다. 이는 단순히 Array가 Container 프로토콜을 도입하도록 선언하여 Array가 Container 프로토콜을 준수하도록 확장할 수 있다는 것을 의미한다. 이를 Declaring Protocol Adoption with and Extension에서 소개한 것 처럼 빈 익스텐션으로 이러한 행동 할 수 있다:

extension Array: Container {}

배열의 append(_:) 메소드와 서브스크립트는 위의 Stack 타입처럼 스위프트가 Item에 대한 적합한 타입을 추론할 수 있게 해준다. 이 익스텐션을 정의한 후, 모든 Array를 Container로 사용할 수 있게 된다.

 

Adding Constraints to an Associated Type

프로토콜의 연관 타입에 제약조건을 요구하기 위해 타입 제약 조건을 추가 할 수 있다. 예를 들어, 다음의 코드는 컨테이너 내부의 요소가 비교 가능하도록 요구하는 버전의 Container를 정의한다.

protocol Container {
    associatedtype Item: Equatable
    mutating func append(_ item: Item)
    var count: Int { get }
    subscript(i: Int) -> Item { get }
}

이 버전의 Container를 준수하려면, 컨테이너의 Item 타입은 Equatable을 준수해야 한다.

 

Using a Protocol in Its Associated Type's Constraints

프로토콜은 스스로의 요구사항으로 나타날 수도 있다. 예를 들어 다음은 suffix(_:) 메소드를 추가하여 Container 프로토콜을 정제(refine)한 프로토콜이다. suffix(_:) 메소드는 끝에서부터 주어진 수 만큼의 요소들을 Suffix 타입의 인스턴스로 저장하여 리턴한다.

protocol SuffixableContainer: Container {
    associatedtype Suffix: SuffixableContainer where Suffix.Item == Item
    func suffix(_ size: Int) -> Suffix
}

이 프로토콜에서 Suffix는 위의 Container 예시의 Item처럼 연관 타입이다. Suffix는 두 가지의 제약조건을 가지고 있다: 반드시 SuffixableContainer 프로토콜(현재 정의되고 있는 프로토콜)을 준수해야 하고, 그 SuffixableContainer 프로토콜의 Item 타입은 반드시 컨테이너의 Item 타입과 같아야 한다. Item의 제약조건은 뒤에 설명할 제네릭 where 절이다.

 

다음은 suffixableContainer 프로토콜을 준수하는 Stack 타입의 익스텐션이다.

extension Stack: SuffixableContainer {
    func suffix(_ size: Int) -> Stack {
        var result = Stack()
        for index in (count-size)..<count {
            result.append(self[index])
        }
        return result
    }
    // Inferred that Suffix is Stack.
}
var stackOfInts = Stack<Int>()
stackOfInts.append(10)
stackOfInts.append(20)
stackOfInts.append(30)
let suffix = stackOfInts.suffix(2)
// suffix contains 20 and 30

위의 예시에서, Stack의 Suffix 연관 타입 또한 Stack이다. 따라서 Stack의 suffix 연산의 리턴 값도 Stack이 된다. 반대로  SuffixableContainer를 준수하는 타입은 자기 자신의 타입과 다른 Suffix 타입을 가질 수 있다. — 이는 suffix 연산이 다른 타입을 리턴할 수 있다는 것을 뜻한다. 예를 들어, 다음은 SuffixableContainer를 준수하여 IntStack 대신 Stack<Int>를 Suffix 타입으로 사용하는 논 제네릭 IntStack 타입이다:

extension IntStack: SuffixableContainer {
    func suffix(_ size: Int) -> Stack<Int> {
        var result = Stack<Int>()
        for index in (count-size)..<count {
            result.append(self[index])
        }
        return result
    }
    // Inferred that Suffix is Stack<Int>.
}

 

원문: https://books.apple.com/kr/book/the-swift-programming-language-swift-5-7

‎The Swift Programming Language (Swift 5.7)