[Kotlin] Kotlin sealed class란 무엇인가?

sealed class의 등장 배경

여러 자식 Class들이 하나의 부모 Class를 상속 받았다고 했을 때 컴파일러는 부모 Class를 상속 받은 자식 Class들이 있는지 알지 못한다.

예를 들어보자. 우리가 사용자의 런닝 운동을 기록해주는 앱을 만들고 있다. 이때 우리는 사람의 상태를 클래스로 만들고자 한다. 상태의 종류는 3가지로 뛰는 상태(Running), 걷는 상태(Walking), 쉬는 상태(Idle)가 있다. 이는 다음과 같이 코드로 만들어질 수 있다.

abstract class PersonState

class Running : PersonState()
class Walking : PersonState()
class Idle : PersonState()

코드1. class 상속 예제

각 PersonState별로 상태 메세지를 얻고 싶다고 해보자. 이를 위해 getStateMessage 함수를 [코드2]와 같이 작성한다.

fun getStateMessage(personState: PersonState): String {
    return when (personState) {
        is Running -> "Person is running"
        is Walking -> "Person is walking"
        is Idle -> "Person is doing nothing"
    }
}

코드2. getStateMessage 함수

하지만 위의 [코드2] 는 다음과 같이 else branch를 추가하라는 오류를 만든다.

이를 해결하기 위해 when에 [그림2]와 같이 else branch를 추가해주면 오류가 사라진다.

왜 else branch를 추가하라고 했을까?

바로 컴파일러가 PersonState를 상속 받는 하위 클래스의 종류를 알지 못해 그렇다.

이 문제는 단순해 보이지만, 단순한 문제가 아니다. 위의 [그림2]에서 쉬는 상태(Idle)에 대한 분기를 지워보자. 그러면 [그림3]과 같이 오류 없이 컴파일 되는 것을 확인할 수 있다.

만약 [그림3]의 코드가 실제 사용되는 어플리케이션에 올라갔다면 Idle 상태에 대한 처리가 되어있지 않아 어플리케이션은 제대로 동작을 하지 않을 것이다. 즉, 코드에 문제가 있더라도 컴파일 단에서 잡아내지 못하고 오류도 찍히지 않아 문제를 잡아내기가 매우 힘들어진다.

PersonState를 사용하는 부분이 이 부분 하나면 그나마 다행이지만, 보통의 어플리케이션에서는 그렇지 않다. 즉, 위의 코드는 오류를 미친 듯이 내뱉을 수 있고 관리도 되지 않는 코드로 전락해버린다.

Sealed Class는 이 문제를 우아하게 해결한다. 어떻게 해결하는지 아래에서 살펴보자.

sealed class란

sealed class란 추상 클래스(abstract class)로 상속 받는 자식 클래스(child class)의 종류를 제한하는 특성을 가지고 있다. 즉, 컴파일러에서 sealed class의 자식 클래스가 어떤 것이 있는지 알 수 있다.

위의 예시를 sealed class를 이용해 다시 한 번 작성해보면 다음과 같이 작성된다.

package com.example.demo

sealed class PersonState

class Running : PersonState()
class Walking : PersonState()
class Idle : PersonState()

코드3. sealed class예제

[그림1]에서와 달리 [그림4]에서는 오류가 생기지 않는다. 이유는 컴파일러에서 sealed class PersonState의 자식 클래스는 Running, Walking, Idle 세가지만 있는 것을 알고 있기 때문이다. 따라서 when에 else branch를 사용하지 않고도 필요한 메세지만 수신할 수 있게 되었다.

만약 우리가 앱을 확장해서 PersonState에 RunningFast라는 자식 클래스를 추가한다고 해보자.

이때 컴파일러는 오류를 내뱉는다. sealed class인 RunningFast에 대한 처리가 안되어 있기 때문이다.

이에 대해 [그림6]과 같이 RunningFast에 대한 분기를 처리하면 오류가 사라진다.

sealed class 상속 받기

class로 상속 받기

sealed class PersonState()

class Running : PersonState()
class Walking : PersonState()
class Idle : PersonState()

위에서는 익숙함을 위해 sealed class의 상속을 class로 제한하여 예시를 만들었다.

하지만 [그림5]에서 약간의 이상함을 느꼈을 것이다. 왜 상속을 받은 class들에 주의 표시(노란색 밑줄)가 되어 있을까?

'sealed' subclass has no state and no overridden 'equals()'
해석: sealed class의 subclass가 상태가 없고 equals()를 오버라이드 하지도 않는다.

즉, 상태(변수)가 있거나 equals를 override할 경우에만 class로 상속 받으라는 이야기이다. 그 이외에는 메모리 절약을 위해 object를 이용한다. 따라서 위의 코드를 다음과 같이 바꾸면 Warning이 사라진다.

그림8. 상태 변수 추가 혹은 equals override할 시 warning이 사라지는 모습

object로 상속받기

object는 싱글톤 패턴으로 한 번만 메모리에 올라가고 재사용된다. 따라서 상태가 없는 경우 객체를 두 번 이상 생성하여 메모리에 올리는 것은 메모리를 낭비하는 것이다. 따라서 [그림9]와 같이 상태 변수가 없는 값을 모두 object로 바꿀 경우 warning이 사라지게 된다.

sealed class의 특징

같은 패키지의 자식 클래스만 상속 가능

컴파일러가 모든 패키지를 돌면서 자식을 찾는 것은 너무 리소스를 많이 소모하는 작업이다. 따라서 sealed class는 자식 클래스(child class)에 대한 선언을 같은 패키지 내로 제한한다.

예를 들어 sealed class가 com.example.demo 안에 선언되어 있다면

package com.example.demo

sealed class PersonState

코드4. sealed class는 같은 패키지에서만 상속 가능하다.

com.example.demo.controller 안에 PersonState를 상속 받는 클래스를 선언하려고 하면 다음과 같이 오류가 생성된다.

그림10. sealed class는 같은 패키지에 있는 자식 클래스에서만 상속 가능하다.

Inheritor of sealed class or interface declared in package com.example.demo.controller but it must be in package com.example.demo where base class is declared
해석: Running class가 com.example.demo에 선언된 경우에만 sealed class를 상속 가능하다.

추상 클래스로 직접 객체 인스턴스 생성이 불가하다.

sealed class는 abstract class로 직접 인스턴스 생성이 불가하다.

만약 sealed class로 객체를 만들려고 하면 [그림8]의 오류가 생긴다.

Sealed types cannot be instantiated
해석: sealed class는 인스턴스화 될 수 없다.

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