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Null 안전성

Kotlin 의 타입 시스템은 null 레퍼런스의 위험을 제거하는데 초점이 맞춰져 있습니다. 이는 또한 10억 달러의 실수 라고도 알려져있지요.

Java 를 포함한 많은 프로그래밍 언어에서 보이는 가장 큰 함정은, null 레퍼런스의 멤버에 접근하면 null 레퍼런스 예외를 발생시킨다는 점입니다. Java 에서 이것은 NullPointerException 이라고 불리며, 줄여서 NPE 라고도 합니다.

Kotlin 에서 NPE 가 발생하는 경우는 아래에 나열된 원인들 뿐입니다:

• 명시적으로 throw NullPointerException() 를 하는 경우
• 아래에서 설명할 !! 연산자를 사용하는 경우
• 아래와 같은, 데이터의 초기화와 연관된 불명확성:
  • constructor 에서만 사용 가능한 초기화되지 않은 this 가 어딘가로 넘어가서 사용되는 경우("누수된 this")
  • 슈퍼클래스의 생성자가, 파생 클래스의 「아직 초기화되지 않은 요소를 사용하도록 구현된 open 멤버」를 호출하는 경우¹
• Java 상호운용
  • 플랫폼 타입으로 숨겨진 null 레퍼런스로의 멤버 접근
  • Java 상호 운용을 위해 사용된 Generic 타입으로부터의 Nullablity 이슈. 예를들어, Java 코드 조각이 MutableList<String> 에 null 을 추가할 수 있기 때문에 이 문제를 방지하려면 MutableList<String?> 을 사용해야합니다.
  • 외부 Java 코드에 의한 원인

Kotlin 에서는, null 을 가질 수 있는 타입과 그렇지 않은 타입을 명확하게 구분합니다. 예를 들어, 일반적인 String 타입의 변수는 null 을 가질 수 없습니다.

1var a: String = "abc" // 기본적으로 일반적인 할당은 non-nullable 하게 취급합니다.
2a = null // 컴파일 오류
3

null들을 허용하려면, String? 타입을 사용하여 변수를 nullable 문자열로 선언할 수 있습니다.

1var b: String? = "abc" // null 로 설정할 수 있습니다.
2b = null // OK
3print(b)
4

이제, 변수 a 로부터 그의 멤버함수나 프로퍼티에 접근할 때 NPE가 터지지 않는다는 것을 보장하기 때문에 안전하게 아래처럼 사용할 수 있습니다:

1val l = a.length
2

그러나 같은 속성을 b 로부터 접근하려고 한다면, 이것은 안전하지 않을 수 있으므로 컴파일러가 오류를 일으킵니다:

1val l = b.length // 오류: 변수 'b' null 일 수 없습니다.
2

물론 여전히 이 프로퍼티에 접근할 필요는 있겠지요? 몇 가지 방법이 있습니다.

[1]  예를 들면 슈퍼 클래스의 open fun foo() 함수가 있다고 해봅시다. 그의 파생 클래스는 이 foo 함수를 재정의하여, 그 안에서 자신만의 어떠한 필드를 사용합니다. 상속 관계에서, 생성자의 호출 순서는 조상 -> 자식 순이기 때문에 슈퍼 클래스가 foo 함수를 호출하면 아직 초기화되지 않은 파생 클래스의 속성을 참조하게 되어 NPE 가 발생합니다.
 
이 예제(Kotlin Online)를 통해 어떤 일이 일어나는지 살펴보세요.

첫 번째로, b 가 null인지 조건문을 통해 명시적으로 확인하여 두 경우를 각각 핸들링하는 방법입니다:

1val l = if (b != null) b.length else -1
2

컴파일러가 여러분이 진행한 체크에 대한 내용을 추적하여, if 의 안쪽에서 length 프로퍼티의 참조를 허용합니다. 더 복잡한 조건도 상관 없습니다:

1val b: String? = "Kotlin"
2if (b != null && b.length > 0) {
3    print("String of length ${b.length}")
4} else {
5    print("Empty string")
6}
7

이 방식은 b 가 변경 불가능(null 체크와 접근 사이에서 변경되지 않은 로컬 변수이거나, 기반 필드를 가지면서 재정의할 수 없는 val 멤버변수)할 때만 사용할 수 있습니다. 이외의 경우에는, 체크 이후에 다른 요인에 의해 null 로 변경될 가능성이 있기 때문입니다.

기반 필드(backing field) 는 어떤 값을 저장하기 위한 실제 변수를 말합니다. 예를 들어, get() 만을 가지는 val 프로퍼티나, get() 과 set() 을 가지지만 다른 변수로부터 값을 참조하기만 하는 var 필드는 자기 자신의 데이터를 따로 저장할 필요가 없습니다. 이런 경우에는 기반 필드를 가지지 않으며, 초기화에서 어떤 실제 값을 할당하는 경우 혹은 set() 에서 field 를 참조하는 경우에 기반 필드를 가진다고 표현합니다.

두 번째로는, nullable 프로퍼티에 ?. 연산자를 사용하여 안전하게 접근하는 방법입니다:

1val a = "Kotlin"
2val b: String? = null
3println(b?.length)
4println(a?.length) // 불필요한 안전 호출
5

b 가 null 이 아니면 b.length 를, b 가 null 이면 null 을 결과로 돌려줍니다. 이 표현의 타입은 Int? 입니다.

안전한 호출은 체인에서 유용합니다. 예를 들어 Bob 은 어떤 회사의 직원이며, 부서가 정해지거나 정해지지 않을 수 있다고 해봅시다. 그 부서는 또다른 직원을 부서장으로 가질 수도 있다고도 해보죠. Bob 이 속한 부서의 부서장 이름을 가져오려고 한다고 할 때(만약 존재 한다면), 아래처럼 표현할 수 있습니다.

1bob?.department?.head?.name
2

위의 표현은 접근한 프로퍼티 중 하나가 null 인 경우 null 을 리턴합니다.

어떤 작업을 non-null 한 값들에 대해서만 수행하고 싶다면, let 을 안전 호출 연산자와 함께 사용할 수 있습니다:

1val listWithNulls: List<String?> = listOf("Kotlin", null)
2for (item in listWithNulls) {
3    item?.let { println(it) } // Kotlin 만을 출력하며 null 은 무시합니다.
4}
5

안전한 호출은 할당의 왼편에서도 사용할 수 있습니다. 이러한 경우, 접근한 프로퍼티 중 하나가 null 이면 할당 동작을 건너뛰며 할당 연산자의 오른편 문장은 평가(실행)하지 않습니다.

1// `person` 이나 `person.department` 이 null 이면, 오른편의 함수는 호출되지 않습니다.
2person?.department?.head = managersPool.getManager()
3

확장 함수가 Nullable 수신자를 사용할 수도 있습니다. 이렇게 하면 매번 호출할 때마다 null 체크를 하지 않아도 null에 대한 처리를 할 수 있습니다.

예를 들어, toString() 함수는 nullable 수신자를 사용하여 정의되어 있습니다. 이 함수는 null 값에 대응하여 "null" 이라는 문자열을 리턴합니다. 이 행동은 일부 상황에서 유용할 수 있습니다. 예를 들면, 아래처럼 로깅을 하려는 상황을 생각해볼 수 있습니다.

1val person: Person? = null
2logger.debug(person.toString()) // "null" 을 출력하고, 예외를 던지지 않습니다.
3

만약 toString() 이 그대로 null 을 리턴하게 하고자 한다면, 여전히 안전 호출 연산자 ?. 를 사용할 수 있습니다:

1var timestamp: Instant? = null
2val isoTimestamp = timestamp?.toString() // `null` 인 String? 오브젝트를 리턴합니다.
3if (isoTimestamp == null) {
4   // timestamp 가 null 일 때에 대한 핸들링을 수행합니다.
5}
6

nullable 한 레퍼런스 b를 가지고 있을 때, "b가 null 이 아니면 그걸 쓰고, null 이면 다른 null 이 아닌 무언가를 쓰고싶어" 라고 할 수도 있습니다:

1val l: Int = if (b != null) b.length else -1
2

이렇게 완전한 if 문장을 작성하는 대신, Elvis 연산자인 ?: 를 사용할 수도 있습니다:

1val l = b?.length ?: -1
2

연산자 ?: 의 왼쪽이 null이 아니면 그것을 바로 리턴하고, 그렇지 않으면 오른쪽 것을 리턴합니다. 오른쪽의 표현식은 왼쪽 것이 null 일 때만 평가(실행)됨을 기억하세요.

Kotlin 에서 throw 와 return 은 표현식이므로, Elvis 연산자 오른쪽에 사용될 수 있습니다. 이 방식은 함수의 인수를 확인하는 등의 여러 작업에서 꽤 편리합니다:

1fun foo(node: Node): String? {
2    val parent = node.getParent() ?: return null
3    val name = node.getName() ?: throw IllegalArgumentException("name expected")
4    // ...
5}
6

세 번째 방법은 기존의 NPE를 너무나 사랑했던 분들을 위한 것입니다. !! 연산자는 null 이 아니라고 강제하여, 어떤 값이던 Non-Nullable 타입으로 변환하려고 시도하며 만약 그것이 null 이었으면 예외를 던집니다. b!! 라고 작성하면 non-nullable 한 타입이 되며(예제에서는 String 이었습니다), 만약 런타임에 b 가 null 이었으면 NPE 를 던집니다.

1val l = b!!.length
2

이러한 행동은 이 연산자를 통해 명백하게 요청을 해야만 발생하며 의도하지 않게 발생하지는 않습니다. 그러므로, NPE 를 원하신다면 사용하셔도 됩니다.

일반적인 캐스팅은 캐스팅하려는 타입과 원본 타입이 맞지 않으면 ClassCastException 이 발생합니다. 이럴 때는 만약 두 타입이 맞지 않을 때 null 을 리턴하는 안전한 캐스팅 연산자를 사용할 수 있습니다:

1val aInt: Int? = a as? Int
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nullable 한 요소들을 가지는 컬렉션이 있고 그 중 null 이 아닌 것만 골라내려 한다면, filterNotNull 을 쓸 수 있습니다:

1val nullableList: List<Int?> = listOf(1, 2, null, 4)
2val intList: List<Int> = nullableList.filterNotNull()
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• Java 와 Kotlin 사이에서 null 을 처리하는 방법에 대해 알아보세요.
• 명백하게 null 일 수 없는 제너릭 타입에 대해 알아보세요.

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