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Java: enum의 뿌리를 찾아서...

Nextree Aug 15, 2014 0 Comments

이번 글에서는 자바 1.5버전부터 새롭게 추가된 열거형 상수인 enum(enumeration)에 대해 알아보겠습니다. 열거형은 서로 연관된 상수들의 집합입니다. 이번 글은 enum 정의와 enum 사용방법, 그리고 enum 활용법을 살펴 봅니다.

1. enum이란?

관련이 있는 상수들의 집합입니다. 자바에서는 final로 String과 같은 문자열이나 숫자들을 나타내는 기본 자료형의 값을 고정할 수 있습니다. 이렇게 고정된 값을 상수라고 합니다. 영어로는 constant입니다. 어떤 클래스가 상수만으로 작성되어 있으면 반드시 class로 선언할 필요는 없습니다. 이럴 때 class로 선언된 부분에 enum이라고 선언하면 이 객체는 상수의 집합이다. 라는 것을 명시적으로 나타냅니다. enum은 enumeration이라는 셈, 계산, 열거, 목록이라는 영어단어의 앞부분만 따서 만든 예약어입니다.

2. 상수를 정의하는 다양한 방법

자바 1.5버전 이후에는 상수를 정의할 때 enum을 많이 사용합니다. 하지만 enum이 나오기 이전에는 다양한 방법으로 상수를 정의했습니다. 그래서 enum에 대해 알아보기에 앞서 자바 1.5버전 이전에는 어떻게 상수를 정의했는지 알아보겠습니다. 아래 다음과 같은 코드가 있습니다.

public class EnumExample {  
    public static void main(String[] args) {        
        /*
         * 월요일 == 1
         * 화요일 == 2
         * 수요일 == 3
         * 목요일 == 4
         * 금요일 == 5
         * 토요일 == 5
         * 일요일 == 6
         */
        int day = 1;

        switch (day) {
        case 1:
            System.out.println("월요일 입니다.");
            break;
        case 2:
            System.out.println("화요일 입니다.");
            break;
        case 3:
            System.out.println("수요일 입니다.");
            break;

            /*
             * ... 생략 ...
             */
        }
    }
}

위 소스에서는 항상 1은 월요일 2는 화요일 그리고 7은 일요일로 정의되어야 합니다. 변하지 않는 상수 값에 따라 그 값에 해당하는 요일을 고정하고 있습니다. 그런데 위 소스는 주석으로 상수 의미를 전달하고 있습니다. 만일 주석이 사라지거나 혹은 주석 부분과 상수를 사용하는 부분이 분리된다면 각각의 숫자들이 어떤 것을 의미하는지 이해하기 어렵습니다. 그래서 이름 만으로 어떤 것을 의미하는지 알 수 있다면 더 좋을 것입니다.

public class EnumExample {

    private final static int MONDAY = 1;
    private final static int TUESDAY = 2;
    private final static int WEDNESDAY = 3;
    private final static int THURSDAY = 4;
    private final static int FRIDAY = 5;
    private final static int SATURDAY = 6;
    private final static int SUNDAY = 7;

    public static void main(String[] args) {        

        int day = MONDAY;

        switch (day) {
        case MONDAY:
            System.out.println("월요일 입니다.");
            break;
        case TUESDAY:
            System.out.println("화요일 입니다.");
            break;
        case WEDNESDAY:
            System.out.println("수요일 입니다.");
            break;

            /*
             * ... 생략 ...
             */
        }
    }
}

위 소스 코드에서 final을 사용하여 한번 지정하면 바뀌지 않게 설정하면서 동시에 static을 사용하여 메모리에 한 번만 할당 되게 설정하였습니다. 또한, 이름이 있어 이것이 무엇을 의미하는지 한눈에 알 수 있습니다. 여기에도 한 가지 안 좋은 점이 있습니다. 예를 들어 위 소스에 달에 대한 상수를 더 추가해야 합니다. 그렇게 작성하면 상수가 너무 많아 지고 한눈에 상수들이 어떤 것에 관련된 것인지 보기 힘듭니다. 또한, 각각의 상수의 집합에서 같은 이름으로 정의된 상수가 있다면 중복된 이름이기 때문에 컴파일 단계에서 오류가 발생합니다. 그래서 class 또는 인터페이스를 사용하여 각각의 집합끼리 상수가 정의되고 중복된 이름이 있어도 오류가 발생하지 않게 할 수 있습니다.

interface DAY{  
    int MONDAY = 1;
    int TUESDAY = 2;
    int WEDNESDAY = 3;
    int THURSDAY = 4;
    int FRIDAY = 5;
    int SATURDAY = 6;
    int SUNDAY = 7;
}

interface MONTH{  
    int JANUARY = 1;
    int FEBRUARY = 2;
    int MARCH = 3;
    int APRIL = 4;
    int MAY =5;
    int JUNE = 6;
    int JULY = 7;
    int AUGUST = 8;
    int SEPTEMBER = 9;
    int OCTOBER = 10;
    int NOVEMBER = 11;
    int DECEMBER = 12;
}

public class EnumExample {

    public static void main(String[] args) {

        if(DAY.MONDAY == MONTH.JANUARY){
            System.out.println("두 상수는 같습니다.");
        }       

        int day = DAY.MONDAY;

        switch (day) {
        case DAY.MONDAY:
            System.out.println("월요일 입니다.");
            break;
        case DAY.TUESDAY:
            System.out.println("화요일 입니다.");
            break;
        case DAY.WEDNESDAY:
            System.out.println("수요일 입니다.");
            break;

            /*
             * ... 생략 ...
             */
        }
    }
}

위 소스 코드를 보시면 깔끔하게 두 개의 특징을 갖는 상수 집합을 작성했습니다. 또한 각각의 집합에서는 이름이 같은 상수도 정의할 수 있습니다. 그리고 interface에서 선언된 변수는 public static final 속성을 생략할 수 있는 특징을 이용하여 코드를 조금 더 간결하게 작성할 수 있습니다. 하지만 위의 방법에도 하나의 문제가 있습니다. 서로 다른 집합에 정의된 상수들은 서로 비교하면 안 됩니다. 위 소스 30줄과 같이 다른 집합의 상수를 비교하면 컴파일 단계에서 에러를 확인할 수 있어야 하지만, 위 코드는 확인할 수 없습니다. 그래서 런타임 단계에서 예기치 못한 문제를 발생시킬 수 있습니다.

class Day{  
    public final static Day MONDAY = new Day();
    public final static Day TUESDAY = new Day();
    public final static Day WEDNESDAY = new Day();
    /*
     * ... 생략...
     */
}

class Month{  
    public final static Month JANUARY = new Month();
    public final static Month FEBRUARY = new Month();
    public final static Month MARCH = new Month();  
    /*
     * ... 생략...
     */
}

public class EnumExample {

    public static void main(String[] args) {        

        if(Day.MONDAY == Month.JANUARY){
            System.out.println("두 상수는 같습니다.");
        }

        Day day = Day.MONDAY;

        switch (day) {
        case DAY.MONDAY:
            System.out.println("월요일 입니다.");
            break;
        case DAY.TUESDAY:
            System.out.println("화요일 입니다.");
            break;
        case DAY.WEDNESDAY:
            System.out.println("수요일 입니다.");
            break;

            /*
             * ... 생략 ...
             */
        }
    }
}

위 코드를 보시면 interface로 작성된 상수들의 집합을 class로 바꾸었습니다. 그리고 각각의 상수들의 타입을 자신의 상수 집합의 이름으로 지정하였습니다. 그리고 자기 자신을 인스턴스화 한 값을 할당합니다. 이 말은 각각의 상수들이 서로 다른 데이터를 의미합니다. 하지만 같은 집합의 상수들은 같은 데이터 타입을 갖습니다. 즉 데이터 타입은 같지만 서로 다른 데이터 값을 가지고 있습니다. 이제 코드 23줄을 보시면 컴파일 단계에서 에러가 발생합니다. 에러의 내용은 서로 다른 데이터 타입은 비교할 수 없다는 내용입니다. 런타임에서 발생할 수 있는 에러를 컴파일 단계에서 검출하도록 수정하여 예기치 못한 오류를 사전에 차단할 수 있습니다. 하지만 여기서 우리가 작성한 상수들을 못 쓰는 경우도 있습니다. switch문에서는 사용하지 못합니다. 위 코드 29줄을 보시면 에러가 날 것입니다. 그 이유는 switch 문의 조건에 들어가는 데이터 타입이 제한적이기 때문입니다. 이 부분은 상당히 아쉬운 부분입니다. 왜냐하면, 상수를 사용할 때 switch을 사용해야 보기가 좋고 가독성이 좋기 때문입니다. 그래서 이러한 문제가 위 소스 코드를 이용한 상수를 활용한 방법의 문제점이라고 볼 수 있습니다. 그래서 이러한 문제점을 해결하는 방법 중에 하나가 enum 입니다.

3. enum을 사용한 상수 정의하기

enum은 열거형이라고 합니다. 열거형은 서로 연관된 상수들의 집합이라고 할 수 있습니다. 위의 예제에서는 Day와 Month가 말하자면 열거인 셈입니다. 이러한 패턴을 자바 1.5부터 지원하였으며 이것이 열거형입니다. 작성된 위 코드를 enum으로 바꿔봅니다.

enum Day{  
    MONDAY,TUESDAY, WEDNESDAY, THURSDAY, FRIDAY, SATURDAY, SUNDAY;
}

enum Month{  
    JANUARY, FEBRUARY, MARCH, APRIL, MAY, JUNE, JULY, 
    AUGUST, SEPTEMBER, OCTOBER, NOVEMBER, DECEMBER;
}

public class EnumExample {

    public static void main(String[] args) {        

        Day day = Day.MONDAY;

        switch (day) {
        case MONDAY:
            System.out.println("월요일입니다.");
            break;
        case TUESDAY:
            System.out.println("화요일입니다.");
            break;
        case WEDNESDAY:
            System.out.println("수요일입니다.");
            break;

            /*
             * ... 생략 ...
             */
        }
    }
}

이전에 상수를 정의한 방법에서는 class 또는 interface를 사용하여 정의하였습니다. 하지만 이제는 enum 키워드를 사용합니다. 위 예제처럼 enum이라는 키워드를 사용하고 상수의 집합을 의미하는 이름을 입력하면 됩니다. 그리고 위 예제처럼 각각의 상수들의 이름을 차례대로 나열하면 상수가 정의됩니다. 또한, switch 문의 레이블은 조건으로 넘어온 데이터 타입을 알고 있습니다. 그래서 각각의 레이블에서는 enum의 데이터 타입을 생략하고 상수만 입력할 수 있습니다.

그림 1

위 그림 1은 class를 이용한 상수 패턴이고, 2는 enum을 사용한 상수 정의 방법입니다. 1과 2는 똑같은 기능을 합니다. 하지만 1보다 2 방법이 훨씬 더 간결하고 가독성이 더 좋습니다. 1의 방법은 자바에서 많은 사람이 쓰는 패턴입니다. 이러한 패턴을 문법적으로 지원한 것이 enum 입니다. enum을 사용하는 이유는 다음과 같습니다.

  • 코드가 단순해지며 가독성이 좋습니다.
  • 인스턴스 생성과 상속을 방지합니다.
  • 키워드 enum을 사용하기 때문에 구현의 의도가 열거임을 분명하게 나타낼 수 있습니다.

지금까지 enum을 사용한 상수정의를 살펴 보았습니다.

4. enum과 생성자

(1) enum클래스의 원소에 추가 속성 부여

enum의 각 열거형 상수에 추가 속성을 부여할 수 있습니다. 예를 들어 enum타입의 상수들이 행성(Planet)을 의미할 때, 이름을 나타내는 상수뿐만이 아니라 질량과 반지름이라는 속성까지 함께 표현할 수 있습니다. 다음의 예제는 왼쪽과 오른쪽을 나타내는 상수에 한글이름이라는 추가 속성을 부여합니다.

public enum RoadSide {  
    //
    Left("왼쪽"),
    Right("오른쪽"); 

    private String krName;

    private RoadSide() {
        //
    } 

    private RoadSide(String krName) {
        this.krName = krName; 
    }

    public String getKrName() {
        return krName; 
    }
}

생성자의 파라미터를 통해 추가 속성을 enum클래스의 필드(field)에 설정해주고, getter메소드(method)를 통해 해당 속성을 필요할 때에 가져다 쓸 수 있게 합니다. 이처럼 메소드나 필드를 enum 타입에 추가하면 enum 상수에 어떤 데이터를 연관시킬 수 있습니다. 열거형 상수를 모아 놓는 간단한 형태에서 시작하지만, 끊임없이 진화하여 완벽한 추상체가 될 수 있는 것입니다.

(2) enum생성자는 왜 private인가?

Java에서 enum 타입은 열거형을 의미하는 특별한 형태의 클래스입니다. 그렇기 때문에 일반 클래스와 같이 생성자(Constructor)가 있어야 합니다. 물론 생성자를 만들어주지 않아도 Java가 defaul t생성자를 만들어주긴 하지만, enum의 경우에는 다른 클래스들과 달리 일반적으로 생성자의 접근 제어자를 private로 지정 해야합니다.. enum 타입의 생성자를 일반적인 클래스의 생성자와 같이 public으로 설정하거나 protected로 하게 되면 다음과 같은 에러가 발생합니다.

그림 2

enum타입은 고정된 상수들의 집합으로써, 런타임(run-time)이 아닌 컴파일타임(compile-time)에 모든 값을 알고 있어야 합니다. 즉 다른 패키지나 클래스에서 enum 타입에 접근해서 동적으로 어떤 값을 정해줄 수 없습니다. 따라서 컴파일 시에 타입안정성이 보장됩니다(해당 enum클래스 내에서 까지도 new키워드로 인스턴스 생성이 불가능하며 newInstance(), clone()등의 메소드도 사용 불가). 이 때문에 생성자의 접근제어자를 private으로 설정해야 합니다. 이렇게 되면 외부에서 접근 가능한 생성자가 없으므로 enum타입은 실제적으로 final과 다름이 없습니다. 클라이언트에서 enum의 인스턴스를 생성할 수 없고 상속을 받을 수도 없으므로, 클라이언트의 관점에서 보면 인스턴스는 없지만 선언된 enum 상수는 존재하는 셈입니다. 결국 enum타입은 인스턴스 생성을 제어하며, 싱글톤(singleton) 을 일반화합니다. 이러한 특성 때문에, enum타입은 싱글톤을 구현하는 하나의 방법으로 사용되기도 합니다.

5. enum활용

if문 사용을 줄이기

이번에는 enum을 활용해서 if 문을 사용을 자제하겠습니다. 우리가 개발하다 보면 어떤 값에 대한 반대의 값을 반환하고 그 값에 따른 무언가를 수행하는 코드를 작성하는 경우가 있습니다. 예를 들어 스위치를 on/off 하는 예제에서 on이면 전원 을 off하고, off이면 on 해야 합니다. 이럴 때 우리는 많은 if 문을 통해 코드를 작성합니다. 그래서 코드에 if ~ else 구문이 많고 코드가 지저분해져 가독성이 떨어집니다. 그래서 enum을 활용해서 if~else 구문을 최대한 줄이고 가독성이 좋게 코드를 작성합니다.

public enum PowerSwitch {  
    //
    ON("켜짐"),
    OFF("꺼짐");

    private String krName;

    private PowerSwitch(){
        //
    }

    private PowerSwitch(String krName){
        this.krName = krName;
    }

    public String getKrName(){
        return krName;
    }

    public PowerSwitch opposite() {
        // 
        if (this == PowerSwitch.ON) {
            return PowerSwitch.OFF;  
        } else {
            return PowerSwitch.ON; 
        }
    }
}

위 소스를 보시면 enum을 통해 ON, OFF 이름으로 각각 상수를 정의했습니다. 그리고 opposite() 메소드를 통해 ON 상수에서 호출하면 OFF를 반환하고, OFF 상수에서 호출하면 ON을 반환하게 되는 메소드입니다. 즉 이 메소드를 호출하는 입장에서 opposite() 메소드 호출로 ON 또는 OFF에 해당하는 반대의 값을 반환받을 수 있습니다.

public class PowerSwitchMain {  
        //
    public static void main(String[] args) {
        PowerSwitch powerSwitch = PowerSwitch.ON;
        displayByPowerSwitch(powerSwitch.opposite());       
    }

    public static void displayByPowerSwitch (PowerSwitch powerSwitch){
        if(powerSwitch == PowerSwitch.ON){
            System.out.println("전원을 on 합니다.");
        }else{
            System.out.println("전원을 off 합니다.");
        }
    }
}

위 소스 3줄을 보시면 직접 powerSwitch 변수에 ON 상수를 할당했습니다. 그리고 powerSwitch 변수를 통해 opposite() 메소드를 호출하면 OFF 상수를 반환합니다. 만약에 opposite() 메소드가 없다면 if 구문을 사용해서 powerSwitch 변수에 있는 값을 확인하는 작업을 수행해야 합니다. 하지만 opposite() 메소드를 호출함으로써 한 번에 알 수 있습니다. 그리고 displayByPowerSwitch() 메소드를 통해서 ON 또는 OFF에 따른 작업을 수행합니다. enum을 통해 메인 메소드에서는 if 문을 사용하지 않고 간단하게 on/off 하는 작업을 구현할 수 있습니다.

6. Java enum과 다른 언어의 enum

각 언어에서 enumeration을 표현하는 방법은 각각 다릅니다. 현재 살펴보고 있는 Java와 문법적으로 비슷하게 enum을 사용하는 언어는 C, Perl, C#, C++, Go 등이 있습니다. 그 외에는 Pascal과 Ada가 문법적으로 비슷합니다. Python이나 Fortran, VBA등의 언어도 각자의 표현 방식으로 enumeration을 나타냅니다. 이 중 C, C++의 특징과 간단한 사용법을 알아봅니다. 다른 언어들의 enum은 위키피디아에 정의된 enumerated type을 참조하세요. (http://en.wikipedia.org/wiki/Enumerated_type)

(1) C언어

처음 C언어에서는 enum타입이 지원되지 않았지만, ANSI 표준이 추가되고 난 후 사용할 수 있습니다. struct나 union과 같은 형태로 enum키워드를 사용하여 명시적으로 enumeration을 만듭니다. C언어에서의 enum은 상수가 내부에서 int형으로 저장되므로 산술 연산이 됩니다.

enum season {  
    SPRING,
    SUMMER,
    FALL = 5,
    WINTER = 10
}

위와 같이 enum을 define하면 SPRING은 기본적으로 0의 정수 값을 가지고, 차례로 SUMMER는 1이 됩니다. 값을 직접 정해준 FALL과 WINTER는 5와 10의 값을 가지게 됩니다. 하지만 이와 달리 Java의 enum은 기본 값을 갖지 않습니다. Java에서의 enum은 앞서 언급했듯이 클래스처럼 사용되기 때문에 생성자를 통해서 추가 속성을 부여해야 합니다.

(2) C++

기본적으로 C++의 enum도 C와 비슷한 특징들을 가집니다. 하지만, C에서의 enum은 정수로 다루어지지만 C++에서는 그 자체가 실제 타입 이라는 큰 차이점이 있습니다. 또한 C++11부터는 타입안정성(type-safety)을 더욱 강력하게 보장하고 있습니다. 그 전에는 C와 같이 “enum”키워드 만으로 열거형을 표현 했지만 “enum class”를 사용하여 int형식으로의 암묵적인 변환과 같은 약점들을 극복하고 타입 안정성을 보장할 수 있습니다.

enum class Season{  
    SPRING,
    SUMMER,
    FALL,
    WINTER
};

enum class Framework{  
    SPRING, // C++03까지의 “enum”의 scope는 enum{};의 scope에 국한되지 않으므로 다른 enum타입이라도 같은 열거이름을 사용할 수 없었지만 “enum class”로는 가능 
    EJB
};
int main(int argc, _TCHAR* argv[])  
{
    Season s = SUMMER; // error: Season의 열거이름은 그 scope안에서만 유효
    Framework f = Framework::EJB; // scope를 지정해주어 가능
    if(Season::SPRING == Framework::SPRING) { // error: 서로 다른 타입이므로 비교불가능
    }
}

7. 맺음말

Java의 열거형 상수인 enum의 뿌리를 찾아 시시콜콜한 여행을 해 보았습니다. enum이 나오기 전 상수를 어떻게 사용했는지 살펴 보았습니다. 그리고 enum이 나오면서 상수를 사용법이 어떻게 달라졌는지도 알아보았습니다. 평소 지나치고 있었던 enum이었는데, 시간이 있어 enum 불확실성을 해소하는 시간을 가졌습니다. 감사합니다.

참고 도서 및 사이트

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