Swift - Associated Type이란 무엇인가??!

iOS 개발 공부 중 associatedtype 을 사용하게 되었는데, 이를 이해하고 공부하기 위해서 Swift Document를 통해 공부했다.

Associated Type

프로토콜을 정의할 때, 몇몇을 associated type으로 선언하면 매우 유용할 때가 있다. associated type은 프로토콜의 일부로 사용되는 타입을 위한 placeholder 역할을 한다. associated type은 정의하는 프로토콜이 채택되기 전까지 실제 타입이 명시되지 않는다. Associated type은 associatedtype 키워드를 사용해서 정의한다.

Associated Types in Action

여기 Container 프로토콜이 associated type의 Item 과 함께 정의되어 있다.

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

이 프로토콜은 3가지의 요구사항을 정의한다.

1. append(_:) 메소드를 통해서 컨테이너에 새로운 항목를 추가할 수 있어야한다.
2. Int 타입을 리턴하는 count 프로퍼티를 통해서 컨테이너 들어있는 항목의 개수를 알 수 있어야한다.
3. Int index 값을 취하는 subscript를 통해서 컨테이너의 각각의 항목을 가져올 수 있어야한다.

Container 프로토콜은 항목들이 컨테이너에 어떻게 저장되어야 하는지, 어떤 타입이어야 하는지는 정의하고 있지 않고, 3가지 필수 요구사항만 정의한다. 이 프로토콜을 준수하는 타입은 세가지 필수 요구사항만 준수하면 원하는 기능을 더할 수 있다.

Container 프로토콜을 준수하는 모든 타입은, 저장하는 값의 타입을 명시해야 하고, 이 값은 컨테이너에 추가될 수 있는 타입임을 보장해야한다. 뿐만 아니라 subscript를 통해 반환될 수 있는 타입이어야 함도 보장해야한다. 이를 위해서, Container 프로토콜은 구체적인 컨테이너의 타입을 알지 못하더라도, 컨테이너가 가질 요소들의 타입을 언급할 필요가 있다. 다시 말해, Container 프로토콜은 append(_:) 메소드를 통해 전달되는 값이 컨테이너의 요소와 같은 타입이어야 한다는 것과 컨테이너의 subscript 역시 컨테이너의 요소와 같은 타입이어야 한다는 것을 명시해야한다. 이를 위해서 Container 프로토콜은 associated type인 Item을 활용하는 것이다.

예제 코드:

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 프로토콜을 체택하고 세 가지 필수 요구사항을 준수하고 있고, associatedtype인 Item 사용하기 위해 Int 타입을 사용하고 있다. typealias Item = Int 는 프로토콜을 준수하기 위해서 추상 타입인 Item을 Int 로 바꿔 사용하기 위한 구문이다. Swift의 타입 추론 덕분에 이 구문은 생략 가능하다.

generic Stack 타입을 통해서도 Container 프로토콜을 준수할 수 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]
    }
}

Adding Constraints to an Associated Type

Associated type에 제약조건을 줄 수 있다. 예를들어, 다음 코드는 컨테이너의 항목들이 equatable해야 하는 Container 프로토콜을 정의한다.

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

이 프로토콜을 준수하기 위해서, 컨테이너의 Item 타입은 Equatable 프로토콜을 준수해야 한다.

Using a Protocl in Its Associated Type’s Constraints

프로토콜은 자기 자신의 요구사항의 일부로 표현될 수 있다. 예를들어, 다음은 Container 프로토콜에 suffix(_:) 메소드를 추가하여 기존의 프로토콜을 개선한 코드이다. suffix(_:)는 컨테이너의 끝에서부터 주어진 개수의 요소를 반환하여, Suffix 타입의 인스턴스에 저장하는 메소드이다.

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

이 프로토콜에서 Suffix 는 associated type 이고, 두가지 제약조건을 가진다. 먼저 SuffixableContainer 프로토콜을 준수해야하고, 그것의 Item 은 컨테이너의 Item 타입과 같아야한다.

다음은 SuffixableContainer 프로토콜을 준수한 Stack 타입의 익스텐션 코드이다.

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

이 코드에서 Stack의 Suffix associated type은 또한 Stack 이고, 따라서 Stack의suffix 작업은 또 다른 Stack 을 반환한다.

Reference

The Swift Programming Guide