[Kotlin] 개념 정리 - Operator overloading

Kotlin : 코틀린의 기본 지식을 쌓아보자.

연산자 오버로딩(Operator overloading)

코틀린에는 타입에 대해 사전 정의된 연산자들을 커스텀하게 구현할 수 있도록 지원해준다.

이러한 연산자에는 사전 정의된 기호 표현(예: + 또는 )과 우선 순위가 존재한다.

연산자를 implements하려면 해당 타입에 대한 특정 이름을 가진 멤버 함수 또는 확장 함수가 존재해야 한다.

연산자를 오버로드하려면 해당 함수를 operator 수정자로 표시하면 된다.

interface IndexedContainer {
    operator fun get(index: Int)
}

오버로드된 연산자를 오버라이딩할 때는 operator를 생략해도 된다.

class OrdersList: IndexedContainer {
    override fun get(index: Int) { /*...*/ }
}

단항 연산(Unary operations)

단항 접두사 연산자(Unary prefix operators)

Expression	Translated to
+a	a.unaryPlus()
-a	a.unaryMinus()
!a	a.not()

위 테이블을 토대로 했을때 컴파일러는 +a에 대해 다음과 같은 단계로 처리한다.

1. a의 타입을 결정한다. (그것이 T라고 가정하자.)
2. operator 수정자가 있으면서 T 수신자에 대한 매개변수가 없는 unaryPlus() 함수를 멤버 함수 또는 확장 함수 중에서 찾는다.
3. 만약 함수가 없거나 모호한 경우 컴파일 에러가 발생한다.
4. 만약 함수가 존재하고 R 타입을 리턴한다면 표현식 +a의 타입은 R이다.

예를들어 아래는 단항 minus 연산자를 어떻게 오버로드 할 수 있는지를 보여준다.

data class Point(val x: Int, val y: Int)

operator fun Point.unaryMinus() = Point(-x, -y)

val point = Point(10, 20)

fun main() {
   println(-point)  // prints "Point(x=-10, y=-20)"
}

증감(Increments and decrements)

Expression	Translated to
a++	a.inc()
a--	a.dec()

inc()와 dec() 함수는 반드시 값을 리턴하고 이 값은 ++ 또는 -- 연산자가 사용된 변수에 대입되게 된다.

컴파일러는 a++(or a--)와 같은 postfix 형태의 연산자를 수행하기 위해 아래와 같은 과정을 진행한다.

1. a의 타입을 결정한다. (그것이 T라고 가정하자.)
2. T 유형의 수신자에 적용할 수 있는 operator 수정자가 있고 매개변수가 없는 inc() 함수를 찾는다.
3. 리턴 타입이 T의 서브타입인지 확인한다.

표현식 계산은 아래와 같이 진행된다.

• a의 초기값을 임시저장소 a0에 저장
• a0.inc()의 결과를 a에 할당한다.
• 표현식의 결과로 a0를 반환한다.

++a, --a에 대해서도 유사하게 수행된다.

• a.inc()를 a에 할당한다. (본인에게 변경된 값을 할당)
• 새로운 값 a를 표현식의 결과로 리턴한다.

이항 연산자(Binary operations)

산술 연산자(Arithmetic operators)

Expression	Translated to
a + b	a.plus(b)
a - b	a.minus(b)
a * b	a.times(b)
a / b	a.div(b)
a % b	a.rem(b)
a .. b	a.rangeTo(b)

위 테이블의 연산자들을 위해 컴파일러는 Translated to 컬럼에 있는 표현식을 처리한다.

아래는 주어진 값에서 시작하고 오버로드 된 +연산자에 의해 값이 증가할 수 있는 Counter 클래스에 대한 예제이다.

data class Counter(val dayIndex: Int) {
    operator fun plus(increment: Int): Counter {
        return Counter(dayIndex + increment)
    }
}

in 연산자(in operator)

Expression	Translated to
a in b	b.contains(a)
a !in b	!b.contains(a)

in과 !in의 절차는 동일하지만 위에서 봤던 산술 연산자와는 달리 인자의 순서가 반대이다.(a, b 순서가 바뀜)

인덱싱된 액세스 연산자(Indexed access operator)

Expression	Translated to
a[i]	a.get(i)
a[i, j]	a.get(i, j)
a[i_1, …, i_n]	a.get(i_1, …, i_n)
a[i] = b	a.set(i, b)
a[i, j] = b	a.set(i, j, b)
a[i_1, …, i_n] = b	a.set(i_1, …, i_n, b)

대괄호([)에 대해서는 적절한 수의 인자들을 포함한 get과 set으로 변환된다.

호출 연산자(invoke operator)

Expression	Translated to
a()	a.invoke()
a(i)	a.invoke(i)
a(i, j)	a.invoke(i, j)
a(i_1, …, i_n)	a.invoke(i_1, …, i_n)

괄호(()는 적절한 수의 인자들을 포함한 invoke를 호출하도록 변환된다.

증강 할당(Augmented assignments)

Expression	Translated to
a += b	a.plusAssign(b)
a -= b	a.minusAssign(b)
a *= b	a.timesAssign(b)
a /= b	a.divAssign(b)
a %= b	a.remAssign(b)

a += b를 예를들어, 할당 연산자에서 컴파일러는 아래와 같은 단계를 수행한다.

• 오른쪽 열(컬럼)의 기능을 사용할 수 있으려면:
  • 해당하는 이진 함수(plusAssign()의 경우 plus()를 의미함)도 사용할 수 있고 a는 변경 가능한 변수이고 plus의 반환 타입이 a 타입의 하위 타입인 경우, 모호성에 의해 오류가 발생한다.
  • 리턴 타입이 Unit(= void in java)인지 확인하자. 그렇지 않으면 오류가 발생한다.
  • a.plusAssign(b)에 대한 코드가 있어야 한다.
• 그렇지 않으면, a = a + b에 대한 코드를 만들자.(단, 여기서 a + b의 반환 타입이 a의 하위 타입이어야 한다.)

코틀린에서 Assignments는 표현식이 아니다.(즉, 반환값이 없다.)

등식 및 부등식 연산자(Equality and inequality operators)

Expression	Translated to
a == b	a?.equals(b) ?: (b === null)
a != b	!(a?.equals(b) ?: (b === null))

해당 연산자는 오로지 equals(other: Any?): Boolean 함수와 함께 동작한다. 이는 커스텀한 동등성 체크를 제공하기 위해 오버라이딩 될 수 있다.

equals(other: Foo)와 같은 동일한 이름의 다른 함수들은 호출되지 않는다.

정체성(identity) 체크(=== 과 !==)는 오버로딩할 수 없다. 그래서 이들을 위한 컨밴션은 별도로 존재하지 않는다.

== 연산자는 특별하게 null을 체크하는 복잡한 표현식으로 변환된다. null == null은 항상 true 이고, null이 아닌 x에 대해 x == null은 항상 false 이며 x.equals()를 호출하지 않는다.(eqauls를 호출하지 않고도 결과 예측이 가능하다면 해당 결과를 반환 한다는 뜻)

비교 연산자(Comparison operators)

Expression	Translated to
a > b	a.compareTo(b) > 0
a < b	a.compareTo(b) < 0
a >= b	a.compareTo(b) >= 0
a <= b	a.compareTo(b) <= 0

모든 비교는 Int를 반환하는데 필요한 comapreTo에 대한 호출로 변환된다.

속성 위임 연산자(Property delegation operators)

provideDelegate, getValue 그리고 setValue 연산자 함수는 Delegated properties에 설명되어 있다.

명명된 함수에 대한 중위 호출(Infix calls for named functions)

infix function calls을 사용하여 사용자 정의 중위 조작을 시뮬레이션할 수 있다.

참고

• 코틀린 공식 문서 - Concepts > Functions > Operator overloading