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공변성과 반공변성
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- 윤영서
공변성(Covariance)과 반공변성(Contravariance)은 컴퓨터 과학, 특히 타입 시스템에서 핵심적인 개념입니다. 위키백과는 이 두 가지 개념에 대해 다음과 같이 설명합니다:
프로그래밍 언어의 공변성(영어: Covariance)과 반공변성(영어: Contravariance)은 프로그래밍 언어가 타입 생성자(영어: type constructor)에 있어 서브타입을 처리하는 방법을 나타내는 것으로, 더 복잡한 타입간의 서브타입 관계가 타입 사이의 서브타입 관계에 따라 정의되거나, 이를 배반해 정의됨을 가리킨다.
이 설명만 읽으면 무슨 말인지 이해하기 어렵습니다. 이 난해한 두 개념은 타입스크립트의 타입 시스템에서도 사용되는 중요한 용어입니다.
먼저 예시를 통해 개념을 이해해보겠습니다.
interface Animal {
name: string;
}
interface Dog extends Animal {
bark(): void;
}
interface Cat extends Animal {
meow(): void;
}
위 예시에서 Dog와 Cat은 Animal의 서브타입입니다.
공변성(Covariance)
공변성(Covariance)은 서브타입 관계가 유지되는 경우를 말합니다. 타입스크립트에서 배열은 공변적입니다.
let animals: Animal[] = [];
let dogs: Dog[] = [];
// Dog[]는 Animal[]의 서브타입
animals = dogs;
Dog와 Cat이 Animal의 서브타입인 것처럼, Dog[]와 Cat[]도 Animal[]의 서브타입이 되는 것입니다.
반공변성(Contravariance)
반공변성(Contravariance)은 공변성과 반대로 서브타입 관계가 역전되는 경우를 말합니다. 함수의 매개변수 타입이 대표적인 예시입니다.
type AnimalCallback = (animal: Animal) => void;
type DogCallback = (dog: Dog) => void;
let handleAnimal: AnimalCallback = (animal) => console.log(animal.name);
let handleDog: DogCallback = (dog) => {
console.log(dog.name);
dog.bark();
};
// Animal을 처리할 수 있는 함수는 Dog도 처리할 수 있음
handleDog = handleAnimal;
// XX: Dog를 처리하는 함수는 모든 Animal을 처리할 수 없음
// handleAnimal = handleDog;
더 넓은 타입인 Animal을 처리할 수 있는 함수는 더 좁은 타입인 Dog를 처리할 수 있습니다. 하지만 반대로 Dog를 처리하는 함수는 모든 Animal을 처리할 수 없습니다. Dog에 특화된 동작(예: bark())을 수행하는 함수는 일반적인 Animal에 대해서는 안전하지 않기 때문입니다.
실제로 handleDog = handleAnimal 할당 후 handleDog를 호출하면, handleAnimal의 구현인 console.log(animal.name)만 실행됩니다. 원래 handleDog가 가지고 있던 bark() 호출은 더 이상 실행되지 않습니다. 즉, handleDog의 구현이 handleAnimal의 구현으로 완전히 대체된 것입니다.
handleDog = handleAnimal;
handleDog(new Dog()); // console.log(name)만 실행되고 bark()는 실행되지 않음
모든 Animal에 대해 bark()를 호출하는 것은 안전하지 않지만, Animal의 name을 출력하는 것은 모든 Dog에 대해 안전하기 때문에 타입 시스템은 handleAnimal = handleDog를 허용하지 않습니다.
실제로 사용가능한 예시를 살펴보겠습니다.
Promise의 공변성
Promise는 공변적입니다. 이는 서브타입 관계가 그대로 유지됨을 의미합니다.
let dogPromise: Promise<Dog> = Promise.resolve({ name: 'Rex', bark: () => {} });
let animalPromise: Promise<Animal> = dogPromise;
// Dog가 Animal의 서브타입이므로
// Promise<Dog>는 Promise<Animal>의 서브타입
이벤트 핸들러의 반공변성
이벤트 핸들러는 반공변적입니다. 더 넓은 타입의 이벤트를 처리할 수 있는 핸들러는 더 좁은 타입의 이벤트도 처리할 수 있습니다.
interface MouseEvent {
type: string;
x: number;
y: number;
}
interface ClickEvent extends MouseEvent {
button: number;
}
type MouseEventHandler = (event: MouseEvent) => void;
type ClickEventHandler = (event: ClickEvent) => void;
let handleMouseEvent: MouseEventHandler = (e) => console.log(e.x, e.y);
let handleClickEvent: ClickEventHandler = handleMouseEvent;
// MouseEvent를 처리할 수 있는 핸들러는
// ClickEvent도 처리할 수 있음 (반공변성)
위에서 설명했듯 함수의 매개변수는 반공변적이므로, 더 넓은 타입인 MouseEvent를 처리하는 핸들러를 더 좁은 타입인 ClickEvent를 처리하는 핸들러에 할당할 수 있습니다. MouseEvent의 속성(type, x, y)만 사용하는 핸들러는 당연히 이러한 속성들을 모두 가지고 있는 ClickEvent도 안전하게 처리할 수 있기 때문입니다.
용어만 읽으면 어렵게 느껴지는 공변성과 반공변성은 사실 우리가 직관적으로 기대하는 타입 관계를 형식화한 것입니다. 배열의 경우 Dog가 Animal의 하위 타입이면 Dog[]도 Animal[]의 하위 타입이 되는 것이 자연스럽습니다. 반대로 함수의 매개변수는 더 넓은 타입을 처리할 수 있는 함수가 더 좁은 타입도 처리할 수 있는 것이 당연합니다.
이러한 타입 관계는 코드의 안전성을 보장하는 중요한 규칙이며, 실제로 우리가 작성하는 많은 코드에서 자연스럽게 적용되고 있습니다.