[Kotlin] - null

코틀린 완벽 가이드를 공부하며 작성한 글입니다.
혼자 공부하고 정리한 내용이며, 틀린 부분은 지적해주시면 감사드리겠습니다 😀

java와 마찬가지로 kotlin에도 null이 존재한다.

null이란, 그 어떤 할당된 객체도 가리키지 않는 참조를 뜻한다.

java에서는 모든 참조 타입의 변수에 null을 대입할 수 있지만, 해당 참조의 프로퍼티에 접근할 경우 NPE(Null Pointer Exception)이 발생한다. 이 오류가 잡기 어려운 이유는 컴파일 타임에 정적인 타입 정보만으로는 오류를 잡을 수 없어, 런타임이 되서야 오류를 찾을 수 있기 때문이다.

kotlin 타입 시스템에는 null 값이 될 수 있는 참조 타입과 null 값이 될 수 없는 참조 타입을 확실히 구분해주는 큰 장점이 있어, NPE 예외를 상당 부분 막을 수 있다.

null이 될 수 있는 타입

kotlin에서는 기본적으로 모든 참조 타입은 null이 될 수 없는 타입이다. 따라서 String 같은 타입에 null 값을 대입할 수 없다.

fun main() {
    println(isLetterString("abc"))
    // Null can not be a value of a non-null type String
    println(isLetterString(null))
}

fun isLetterString(s: String): Boolean {
    if(s.isEmpty()) return false

    for (ch in s) {
        if(!ch.isLetter()) return false
    }

    return true
}

위 코드에서 볼 수 있듯, 인자로 null을 넘겨줄 경우 앞서 말한 것과 같이 참조타입인 파라미터 s는 값을 받지 못한다. 이런 식으로 함수에 null이 전달되지 않는다는 사실을 보장하므로, 함수 자체에서는 null 검사를 추가로 수행할 필요가 없다.

kotlin에서는 String?과 같이 null이 될 수 있는 타입을 정의할 수 있다.

fun isLetterString(s: String?): Boolean {
    
    if(s.isNullOrBlank()) return false
    
    for (ch in s) {
        if(!ch.isLetter()) return false
    }

    return true
}

위 코드를 보면 s가 null이 될 수 있는 타입으로 선언을 해줬기 때문에, 필수적으로 함수 내부에 null에 대한 처리를 해줘야 한다. 만약 null 처리를 해주지 않을 경우 컴파일 에러가 발생한다.

java에서의 null처리는 개발자에겐 필수이지만, 컴파일러 입장에서는 자유기 때문에 에러를 띄워주지 않는다.

함수식에서는 조금 다르게 사용될 수 있다.

fun isBooleanString(s: String?) = s == "false" || s == "true"

간단하게 검사만하는 함수 식에서는 null에 대한 처리를 해주지 않아도 된다. 이런 상황에선 NPE를 발생시키는 것이 아닌 조건에 맞지 않으니 false를 반환해준다.

또한, null이 될 수 있는 타입을 기본 타입에 넣을 수 없다.

fun main() {
    val s: String? = "abc"
    // error : Type mismatch
    val ss: String = s
}

런타임에 null이 될 수 없는 값은 실제로 null이 될 수 있는 값과 차이가 없다. 둘 사이의 구분은 컴파일 수준에서만 존재한다.

코틀린 컴파일러는 null이 될 수 없는 값을 표현하기 위해 java의 Optional과 같은 래퍼 클래스를 사용하지 않는다. 그렇기에 값을 박싱하거나 언박싱에 대한 부가 비용이 들지 않는다.

가장 작은 null이 될 수 있는 타입은 Nothing?이다. 이 타입은 null 상수 이외의 어떠한 값도 포함하지 않으며, null 값 자체의 타입이며, 다른 모든 null이 될 수 있는 타입의 하위 타입이다.

가장 큰 null이 될 수 있는 타입은 Any?이다. Any?는 타입 시스템 전체에서 가장 큰 타입으로, null이 될 수 있는 모든 타입과 될 수 없는 모든 타입의 상위 타입이다.

null 가능성과 스마트 캐스트

아래 코드를 실제로 작성해보면 컴파일 에러가 발생한다.

fun isLetterString(s: String?): Boolean {
    // 에러 발생 : Only safe (?.) or non-null asserted (!!.) calls are allowed on a nullable receiver of type String?
    if(s.isEmpty()) return false

    for(ch in s) {
        if(!ch.isLetter()) return false
    }

    return true
}

s가 null에 대한 가능성이 열려있는 상태에서 s에 대한 프로퍼티에 접근할 경우 NPE가 발생할 위험이 있다. 때문에 kotlin에서는 null에 대한 가능성이 있는 상태에서 해당 변수(객체)를 사용할 경우 컴파일 에러가 발생한다.

null이 될 수 있는 값을 처리하는 가장 직접적인 방법은 조건문을 사용해 비교하는 것이다.

fun isLetterString(s: String?): Boolean {
    if(s == null) return false
    
    if(s.isEmpty()) return false
    
    for(ch in s) {
        if(!ch.isLetter()) return false
    }
    
    return true;
}

이와 같이 null에 대한 검사를 진행해주면 스마트 캐스트(smart cast)라는 기능을 통해 컴파일이 가능하도록 한다.

기본적으로 null에 대한 동등성 검사를 수행하면, 컴파일러는 코드 흐름의 가지 중 한 쪽에는 대상 값이 확실히 null이고, 다른 가지에는 확실히 null이 아니라는 사실을 알 수 있다. 그 후 컴파일러는 이 정보를 사용해 값 타입을 세분화함으로써 null이 될 수 있는 값을 타입 변환(cast)한다.

fun describeNumber(n: Int?) = when(n) {
    null -> "null"
    in 0 .. 10 -> "small"
    in 11 .. 100 -> "large"
    else -> "out of range"
}

위 코드와 같이 when 절에서도 null에 대한 체크를 통해 스마트 캐스트가 가능하다.

null 아님 단언 연산자

!! 연산자는 null 아님 단언(not- null assertion)이라고 부른다.

fun main() {
    var name: String? = null

    fun sayHello() {
        println(name!!.uppercase())
    }

    sayHello()
}

즉, 위와 같이 코드를 작성할 경우 name의 값에는 실제로 null이 들어가있는 상태이지만, sayHello()에서 name!!으로 null이 아니라고 단정지었기 때문에 실행할 수 있다.

이는 KotlinNullPointerException 예외를 발생시킬 수 있는 연산자이다. 그렇기 때문에 가능한 이 연산자를 사용하지 않는 것이 좋다.

엘비스 연산자

null이 될 수 있는 값을 다룰 때, 유용한 연산자로 null 복합 연산자(null coalescing operator)인 ?:이 있다.

이 연산자를 사용하면 null을 대신할 디폴트 값을 지정할 수 있다.

엘비스 프레슬리(Elvis Persley)를 닮았기 때문에 엘비스 연산자라 부른다.

fun main() {
    sayHello(null)
}

fun sayHello(name: String?) {
    // 출력 : Hello, Unknown
    println("Hello, " + (name ?: "Unknown"))
}

왼쪽 피연산자가 null이 아닐 경우에는 왼쪽 피연산자의 값을 사용하며, 그게 아닐 경우 오른쪽 피연산자의 값을 사용한다.

class Name(val firstName: String, val familyName: String?)
class Person(val name: Name?) {
    fun introduce(): String {
        val currentName = name ?: return "Unknown"
        return "${currentName.firstName} ${currentName.familyName}"
    }
}

fun main() {
    println(Person(Name("John", "Doe")).introduce())
    println(Person(null).introduce())
}

위 코드 중 introduce() 함수를 보면 name이 null일 경우 Unknown을 반환하도록 했다. 때문에 아래에서 반환하는 currentName.firstName에 영향을 주지 않을 수 있다.