Swift 공식 문서 정리 - 타입 캐스팅 (Type Casting)

안녕하세요. 오늘은 Swift에서 '타입 캐스팅(Type Casting)'에 대해 알아보겠습니다. 타입 캐스팅은 객체 지향 프로그래밍에서 유연성과 다형성을 구현하는 기술로, Swift의 타입 안전성을 유지하면서도 다양한 타입 간의 상호작용을 가능하게 합니다.

📌 타입 캐스팅이란?

타입 캐스팅은 인스턴스의 타입을 확인하거나, 해당 인스턴스를 클래스 계층 구조 내의 다른 타입으로 취급하는 방법입니다. Swift에서는 is와 as 연산자를 통해 타입 캐스팅을 구현합니다.

• is 연산자: 인스턴스가 특정 타입인지 확인(타입 체크)
• as 연산자: 인스턴스를 다른 타입으로 변환(타입 변환)

이를 통해 클래스 계층 구조뿐만 아니라 프로토콜 준수 여부도 확인할 수 있습니다.

📌 타입 캐스팅을 위한 클래스 계층 구조

타입 캐스팅의 개념을 이해하기 위해 미디어 아이템을 다루는 간단한 클래스 계층 구조를 살펴보겠습니다:

// 기본 클래스: 모든 미디어의 공통 속성
class MediaItem {
    var name: String
    init(name: String) {
        self.name = name
    }
}

// 영화를 나타내는 하위 클래스
class Movie: MediaItem {
    var director: String
    init(name: String, director: String) {
        self.director = director
        super.init(name: name)
    }
}

// 노래를 나타내는 하위 클래스
class Song: MediaItem {
    var artist: String
    init(name: String, artist: String) {
        self.artist = artist
        super.init(name: name)
    }
}

// 여러 미디어 아이템을 포함하는 배열
let library = [
    Movie(name: "캐사블랑카", director: "마이클 커티즈"),
    Song(name: "블루 스웨이드 슈즈", artist: "엘비스 프레슬리"),
    Movie(name: "시티즌 케인", director: "오슨 웰스"),
    Song(name: "더 원 앤 온리", artist: "체스니 호크스"),
    Song(name: "네버 고나 기브 유 업", artist: "릭 애슬리")
]
// library의 타입은 [MediaItem]으로 추론됩니다

이 예제에서 library 배열은 Movie와 Song 인스턴스를 모두 포함하지만, 배열 자체는 [MediaItem] 타입으로 추론됩니다. 이는 Swift의 타입 추론 시스템이 배열 내 모든 요소의 공통 상위 타입을 찾기 때문입니다.

📌 타입 확인하기 (is 연산자)

is 연산자를 사용하면 런타임에 인스턴스의 실제 타입을 확인할 수 있습니다:

var movieCount = 0
var songCount = 0

for item in library {
    if item is Movie {
        movieCount += 1
    } else if item is Song {
        songCount += 1
    }
}

print("미디어 라이브러리에는 \(movieCount)개의 영화와 \(songCount)개의 노래가 있습니다")
// 출력: "미디어 라이브러리에는 2개의 영화와 3개의 노래가 있습니다"

여기서 is 연산자는 각 item이 Movie 인스턴스인지 또는 Song 인스턴스인지 확인합니다. 이를 통해 라이브러리 내의 각 미디어 타입 수를 계산할 수 있습니다.

is 연산자: 인스턴스가 특정 타입이거나 해당 타입의 하위 클래스인 경우 true를 반환하고, 그렇지 않으면 false를 반환합니다.

📌 다운캐스팅 (as 연산자)

다운캐스팅은 클래스 계층 구조에서 상위 클래스 타입의 변수나 상수를 하위 클래스 타입으로 변환하는 과정입니다. Swift에서는 두 가지 형태의 다운캐스팅을 제공합니다:

1. 조건부 다운캐스팅 (as?)

for item in library {
    if let movie = item as? Movie {
        print("영화: \(movie.name), 감독: \(movie.director)")
    } else if let song = item as? Song {
        print("노래: \(song.name), 아티스트: \(song.artist)")
    }
}

// 출력:
// 영화: 캐사블랑카, 감독: 마이클 커티즈
// 노래: 블루 스웨이드 슈즈, 아티스트: 엘비스 프레슬리
// 영화: 시티즌 케인, 감독: 오슨 웰스
// 노래: 더 원 앤 온리, 아티스트: 체스니 호크스
// 노래: 네버 고나 기브 유 업, 아티스트: 릭 애슬리

as? 연산자는 다운캐스팅을 시도하고, 성공하면 변환된 옵셔널 값을 반환합니다. 실패하면 nil을 반환합니다. 이를 통해 안전하게 다운캐스팅을 수행하고, 옵셔널 바인딩(if let)과 함께 사용하여 성공적으로 변환된 경우에만 코드를 실행할 수 있습니다.

2. 강제 다운캐스팅 (as!)

let firstItem = library[0]
let movie = firstItem as! Movie  // 첫 번째 항목이 Movie임이 확실할 때
print("영화: \(movie.name), 감독: \(movie.director)")

as! 연산자는 강제로 다운캐스팅을 수행합니다. 실패하면 런타임 오류가 발생하므로, 인스턴스가 특정 타입임이 확실한 경우에만 사용해야 합니다.

중요: 가능하면 항상 안전한 as?를 사용하고, as!는 다운캐스팅이 항상 성공할 것이 확실한 경우에만 사용하세요.

참고: 타입 캐스팅은 인스턴스 자체를 변경하지 않습니다. 단지 해당 인스턴스를 일시적으로 다른 타입으로 취급할 뿐입니다.

📌 Any와 AnyObject에 대한 타입 캐스팅

Swift는 비특정 타입 작업을 위해 두 가지 특별한 타입을 제공합니다:

• Any: 함수 타입을 포함한 모든 타입의 인스턴스를 나타낼 수 있습니다.
• AnyObject: 모든 클래스 타입의 인스턴스를 나타낼 수 있습니다.

이러한 타입은 매우 유연하지만, 타입 안전성이 떨어지므로 꼭 필요한 경우에만 사용해야 합니다.

Any 타입 사용 예제:

var things: [Any] = []

things.append(0)                  // Int
things.append(0.0)                // Double
things.append(42)                 // Int
things.append(3.14159)            // Double
things.append("안녕하세요")       // String
things.append((3.0, 5.0))         // (Double, Double) 튜플
things.append(Movie(name: "고스트버스터즈", director: "아이반 라이트만"))
things.append({ (name: String) -> String in "안녕, \(name)" })  // 클로저

패턴 매칭으로 Any 타입의 값 처리하기:

for thing in things {
    switch thing {
    case 0 as Int:
        print("Int 타입의 0")
    case 0 as Double:
        print("Double 타입의 0")
    case let someInt as Int:
        print("Int 값: \(someInt)")
    case let someDouble as Double where someDouble > 0:
        print("양수 Double 값: \(someDouble)")
    case is Double:
        print("출력하고 싶지 않은 다른 Double 값")
    case let someString as String:
        print("문자열 값: \"\(someString)\"")
    case let (x, y) as (Double, Double):
        print("좌표: (\(x), \(y))")
    case let movie as Movie:
        print("\(movie.director) 감독의 영화 \(movie.name)")
    case let stringConverter as (String) -> String:
        print(stringConverter("마이클"))
    default:
        print("기타 다른 것")
    }
}

// 출력:
// Int 타입의 0
// Double 타입의 0
// Int 값: 42
// 양수 Double 값: 3.14159
// 문자열 값: "안녕하세요"
// 좌표: (3.0, 5.0)
// 아이반 라이트만 감독의 영화 고스트버스터즈
// 안녕, 마이클

이 예제는 switch 문과 패턴 매칭을 사용하여 Any 타입 배열의 다양한 값을 처리하는 방법을 보여줍니다. as 패턴을 사용하여 값을 특정 타입으로 캐스팅하고, is 패턴으로 타입을 확인합니다.

옵셔널과 Any 타입

옵셔널 값을 Any 타입으로 사용할 때는 주의가 필요합니다:

let optionalNumber: Int? = 3
things.append(optionalNumber)        // 경고 발생
things.append(optionalNumber as Any) // 경고 없음

옵셔널 자체가 값이므로, Any에 옵셔널을 추가할 때는 as Any로 명시적으로 캐스팅해야 합니다. 그렇지 않으면 Swift는 옵셔널의 래핑된 값을 Any로 변환하려고 시도하며, 이는 의도하지 않은 결과를 가져올 수 있습니다.

📌 타입 캐스팅의 실제 응용

1. 다형성 구현

class Shape {
    func area() -> Double { return 0.0 }
}

class Circle: Shape {
    var radius: Double
    init(radius: Double) { self.radius = radius }
    override func area() -> Double { return .pi * radius * radius }
}

class Rectangle: Shape {
    var width: Double
    var height: Double
    init(width: Double, height: Double) {
        self.width = width
        self.height = height
    }
    override func area() -> Double { return width * height }
}

let shapes: [Shape] = [Circle(radius: 2.0), Rectangle(width: 3.0, height: 4.0)]

for shape in shapes {
    print("면적: \(shape.area())")
    
    if let circle = shape as? Circle {
        print("원의 반지름: \(circle.radius)")
    } else if let rectangle = shape as? Rectangle {
        print("직사각형의 크기: \(rectangle.width) x \(rectangle.height)")
    }
}

2. 프로토콜 준수 확인

protocol Flyable {
    func fly()
}

class Bird {
    var name: String
    init(name: String) { self.name = name }
}

class Eagle: Bird, Flyable {
    func fly() {
        print("\(name)이(가) 높이 날아갑니다")
    }
}

class Penguin: Bird {
    // 날 수 없음
}

let birds: [Bird] = [Eagle(name: "독수리"), Penguin(name: "펭귄")]

for bird in birds {
    if let flyableBird = bird as? Flyable {
        flyableBird.fly()
    } else {
        print("\(bird.name)은(는) 날 수 없습니다")
    }
}

📌 타입 캐스팅 사용 시 주의사항

1. 가능하면 as? 사용하기: 강제 다운캐스팅(as!)은 실패 시 런타임 오류를 발생시키므로, 확실하지 않은 경우 항상 조건부 다운캐스팅(as?)을 사용하세요.
2. 타입 캐스팅 최소화하기: 타입 캐스팅은 런타임 비용이 들고 코드를 덜 타입 안전하게 만듭니다. 가능하면 제네릭이나 프로토콜 지향 프로그래밍을 활용하여 타입 캐스팅의 필요성을 줄이세요.
3. Any와 AnyObject 신중하게 사용하기: 이러한 타입은 타입 안전성을 저하시키므로, 정말 필요한 경우에만 사용하세요.
4. 패턴 매칭 활용하기: switch 문에서 is와 as 패턴을 사용하면 타입 검사와 캐스팅을 더 간결하게 처리할 수 있습니다.

📌 정리

Swift의 타입 캐스팅은 클래스 계층 구조 및 프로토콜 준수에 대한 유연한 작업을 가능하게 하는 강력한 도구입니다. is 연산자로 타입을 확인하고, as?와 as! 연산자로 타입을 변환할 수 있습니다.

또한 Any와 AnyObject 타입을 사용하면 매우 다양한 타입의 값을 다룰 수 있지만, 이는 타입 안전성을 희생시키는 대가로 얻는 유연성이므로 신중하게 사용해야 합니다.