Enums

열거형(Enums)은 서로 연관된 상수들의 집합을 정의할 때 사용하는 데이터 타입으로, 타입 안전성을 보장하고 코드의 가독성을 높이는 데 목적이 있다.

Enum 정의와 사용

enum 키워드를 사용하여 열거형을 정의하며, 각 상수는 관례적으로 대문자로 작성하며 쉼표로 구분한다.

enum Direction {
    EAST, SOUTH, WEST, NORTH
}

열거형 비교와 활용

열거형 상수는 JVM 내에서 유일한 인스턴스(싱글턴)임이 보장된다.

• == 연산자: 참조가 동일하므로 == 연산자로 비교 가능

• equals() 메서드: Object의 equals()를 오버라이드하며, == 비교와 동일하게 동작

• compareTo() 메서드: Comparable 인터페이스를 구현하며, 열거형 상수가 선언된 순서(ordinal)를 기준으로 비교

• 비교 연산자: <, >와 같은 정수 비교 연산자는 사용 불가능

class Unit {

    int x, y;
    Direction direction;

    void moveIf(Direction direction) {
        if (direction == Direction.EAST) { // '==' 연산자 비교 권장
            x++;
        } else if (direction.equals(Direction.SOUTH)) { // equals()도 가능
            y--;
        } else if (direction.compareTo(Direction.NORTH) == 0) { // compareTo()도 사용 가능
            y++;
        }
    }

    void moveSwitch(Direction direction) {
        // switch 문에서 case 레이블에 'Direction.EAST'가 아닌 'EAST' 사용
        switch (direction) {
            case EAST:
                x++;
                break;
            case SOUTH:
                y--;
                break;
            case WEST:
                x--;
                break;
            case NORTH:
                y++;
                break;
        }
    }
}

열거형과 멤버 변수, 메서드

열거형은 클래스의 특성을 가지므로, 멤버 변수, 메서드, 생성자를 가질 수 있다.

• 열거형의 생성자는 묵시적으로 private

  • public이나 protected로 선언 불가능

  • 열거형 인스턴스를 임의로 생성하는 것을 막기 위해 제한

• 상수를 선언할 때 괄호 ()를 사용하여 생성자를 호출하고 값 전달하는 방식으로 선언

enum Direction {
    EAST(1, ">"), SOUTH(2, "V"), WEST(3, "<"), NORTH(4, "^");

    // static 메서드
    private static final Direction[] DIR_ARR = Direction.values();
    // `values()` 메서드는 호출될 때마다 열거형 상수의 배열을 새로 생성
    // 자주 호출되는 경우, 성능 향상을 위해 static final 배열로 캐싱하여 성능 향상 가능
    // 멤버 변수
    private final int value;
    private final String symbol;

    // 생성자 (private 생략됨)
    Direction(int value, String symbol) {
        this.value = value;
        this.symbol = symbol;
    }

    public static Direction of(int dir) {
        if (dir < 1 || dir > 4) {
            throw new IllegalArgumentException("Invalid value : " + dir);
        }
        return DIR_ARR[dir - 1];
    }

    // 메서드
    public int getValue() {
        return value;
    }

    public String getSymbol() {
        return symbol;
    }

    public Direction rotate(int num) {
        num = (num % 4 + 4) % 4;
        return DIR_ARR[(value - 1 + num) % 4];
    }

    @Override
    public String toString() {
        return name() + " " + getSymbol();
    }
}

열거형과 다형성

추상 메서드 활용

열거형 내부에 추상 메서드를 선언하고, 각 상수가 익명 클래스처럼 해당 메서드를 오버라이드하여 구현할 수 있다.

enum Operation {
    PLUS("+") {
        @Override
        public int eval(int x, int y) {
            return x + y;
        }
    },
    MINUS("-") {
        @Override
        public int eval(int x, int y) {
            return x - y;
        }
    };

    private final String symbol;

    Operation(String symbol) {
        this.symbol = symbol;
    }

    // 추상 메서드 선언
    public abstract int eval(int x, int y);

    @Override
    public String toString() {
        return symbol;
    }
}

인터페이스와 람다 활용

인터페이스를 구현하고, 람다 표현식을 생성자로 받아 상수별 동작을 정의할 수도 있다.

// 함수형 인터페이스 정의
interface Calculator {

    int eval(int x, int y);
}

// Calculator 인터페이스 구현
enum Operation implements Calculator {
    PLUS("+", (x, y) -> x + y),
    MINUS("-", (x, y) -> x - y);

    private final String symbol;
    private final Calculator calculator; // 람다식을 저장할 멤버 변수

    Operation(String symbol, Calculator calculator) {
        this.symbol = symbol;
        this.calculator = calculator;
    }

    @Override
    public int eval(int x, int y) {
        return calculator.eval(x, y); // 위임
    }

    @Override
    public String toString() {
        return symbol;
    }
}

java.lang.Enum 메서드

Java의 모든 열거형은 java.lang.Enum 클래스를 상속받는다. 이 클래스는 열거형을 다루기 위한 여러 유용한 메서드를 제공한다.

메서드	설명
T[] values()	모든 열거형 상수를 배열로 반환
int ordinal()	열거형 상수의 순서를 반환
String name()	열거형 상수의 이름을 문자열로 반환
Class getDeclaringClass()	열거형 상수가 정의된 열거형의 Class 객체를 반환
String toString()	열거형 상수의 문자열 표현을 반환(기본적으로 name() 반환)

enum Direction {
    EAST(10), SOUTH(20), WEST(30), NORTH(40);

    private final int value;

    Direction(int value) {
        this.value = value;
    }

    public int getValue() {
        return value;
    }
}

class Test {

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(Direction.EAST.getValue()); // 10
        System.out.println(Arrays.toString(Direction.values())); // [EAST, SOUTH, WEST, NORTH]
        System.out.println(Direction.EAST.ordinal()); // 0
        System.out.println(Direction.EAST.name()); // EAST
        System.out.println(Direction.EAST.getDeclaringClass()); // class Direction
    }
}

열거형의 내부 구현

enum Direction { EAST, SOUTH }는 내부적으로 다음과 유사한 클래스로 변환된다.

// 컴파일러가 변환한 예상 코드
final class Direction extends java.lang.Enum<Direction> {

    public static final Direction EAST = new Direction("EAST", 0);
    public static final Direction SOUTH = new Direction("SOUTH", 1);

    private static final Direction[] $VALUES = {EAST, SOUTH};

    // private 생성자
    private Direction(String name, int ordinal) {
        super(name, ordinal);
    }

    public static Direction[] values() {
        return $VALUES.clone();
    }

    public static Direction valueOf(String name) {
        return Enum.valueOf(Direction.class, name);
    }
}

각 열거형 상수는 public static final로 선언된 자기 자신의 인스턴스가 되어 JVM 내에서 각 상수의 유일성(싱글턴)을 보장하며, == 비교가 가능한 근거가 된다.

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EnumSet과 EnumMap

자바 컬렉션 프레임워크는 열거형을 위해 특별히 최적화된 Set과 Map 구현체를 제공한다.

• EnumSet

  • 내부적으로 비트 벡터(bit vector) 사용

  • 메모리 사용량이 매우 적고, HashSet보다 월등히 빠른 성능을 제공

• EnumMap

  • 내부적으로 단순 배열을 사용하며, 상수의 ordinal() 값을 인덱스로 활용

  • HashMap보다 훨씬 빠르고 효율적이다.

참고자료

• Java의 정석

• 실무 자바 개발을 위한 OOP와 핵심 디자인 패턴