Microsoft MVP성태의 닷넷 이야기
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.NET 6 Preview 7에 추가된 숫자 형식에 대한 제네릭 연산 지원

(2022-07-15 업데이트) 이 기능은 C# 11에 포함될 예정이고, .NET 7 환경을 필요로 합니다.



.NET 6에 다음과 같은 기능이 추가되었다고 합니다.

Preview Features in .NET 6 – Generic Math
; https://devblogs.microsoft.com/dotnet/preview-features-in-net-6-generic-math/

이 기능에 대한 요청은 오래전부터 있었다는데, 아마도 근래의 딥러닝으로 인한 수학 라이브러리가 점점 더 중요성이 대두되면서 더 이상 버틸 수 없어 내놓게 된 것이 아닌가... 예상이 되는데요. ^^

이에 대한 의미를 느끼기 위해 간단하게 예를 하나 들어볼까요? ^^

가령, 여러분들이 다음과 같이 List를 생성했을 때, 이에 대한 합계를 구하는 코드를 제네릭 메서드로 만들고 싶다고 가정해 보겠습니다.

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        List<int> list = new List<int>();
        list.AddRange(new[] { 1, 2, 3 });

        Console.WriteLine(list.합계());
    }
}

public static class MyLinqExtension
{
    public static T 합계<T>(this IEnumerable<T> arg)
    {
        T sum = default;

        foreach (T item in arg)
        {
            sum = sum + item; // 컴파일 오류
        }

        return sum;
    }
}

아쉽게도 위의 코드는 "sum = sum + item" 코드에서 다음과 같은 컴파일 오류가 발생합니다.

error CS0019: Operator '+' cannot be applied to operands of type 'T' and 'T'

왜냐하면, 해당 T 타입은 더하기 연산을 지원하는 타입이 아닐 수도 있기 때문입니다. 즉, .NET 5 이전까지는 T 인스턴스가 숫자형 타입이라고 강제할 수 있는 어떠한 방법도 제공되지 않았습니다.




아니, 그렇다면 기존의 IEnumerable<T>에 있던 Sum은 뭡니까?

List<int> list = new List<int>();
list.AddRange(new[] { 1, 2, 3 });

Console.WriteLine(list.Sum());

사실 위의 코드 이면에는 마이크로소프트의 눈물겨운 노력이 있었습니다. 즉, 위의 코드를 가능하게 하도록 각각의 숫자형 타입마다 동일한 이름의 확장 메서드를 제공하는 방식으로 구현을 했었습니다.

public static class Enumerable
{
    public static int Sum(this IEnumerable<int> source);
    public static int? Sum(this IEnumerable<int?> source);
    public static long Sum(this IEnumerable<long> source);
    public static long? Sum(this IEnumerable<long?> source);
    public static float Sum(this IEnumerable<float> source);
    public static float? Sum(this IEnumerable<float?> source);
    public static double Sum(this IEnumerable<double> source);
    public static double? Sum(this IEnumerable<double?> source);
    public static decimal Sum(this IEnumerable<decimal> source);
    public static decimal? Sum(this IEnumerable<decimal?> source);
}

심지어 selector를 인자로 받는 또 다른 Sum 메서드까지 합치면,

public static int Sum<TSource>(this IEnumerable<TSource> source, Func<TSource, int> selector)
public static int? Sum<TSource>(this IEnumerable<TSource> source, Func<TSource, int?> selector)
public static long Sum<TSource>(this IEnumerable<TSource> source, Func<TSource, long> selector)
public static long? Sum<TSource>(this IEnumerable<TSource> source, Func<TSource, long?> selector)
public static float Sum<TSource>(this IEnumerable<TSource> source, Func<TSource, float> selector)
public static float? Sum<TSource>(this IEnumerable<TSource> source, Func<TSource, float?> selector)
public static double Sum<TSource>(this IEnumerable<TSource> source, Func<TSource, double> selector)
public static double? Sum<TSource>(this IEnumerable<TSource> source, Func<TSource, double?> selector)
public static decimal Sum<TSource>(this IEnumerable<TSource> source, Func<TSource, decimal> selector)
public static decimal? Sum<TSource>(this IEnumerable<TSource> source, Func<TSource, decimal?> selector)

기능 하나당 10개의 메서드를 지겹게 구현했던 것입니다. 바로 이러한 중복 문제를, .NET 6에 새롭게 추가된 인터페이스들로 인해 해결할 수 있습니다.

Operator Interface Name Summary
IParseable Parse(string, IFormatProvider)
ISpanParseable Parse(ReadOnlySpan<char>, IFormatProvider)
IAdditionOperators x + y
IBitwiseOperators x & y, x | y, x ^ y, and ~x
IComparisonOperators x < y, x > y, x <= y, and x >= y
IDecrementOperators --x and x--
IDivisionOperators x / y
IEqualityOperators x == y and x != y
IIncrementOperators ++x and x++
IModulusOperators x % y
IMultiplyOperators x * y
IShiftOperators x << y and x >> y
ISubtractionOperators x - y
IUnaryNegationOperators -x
IUnaryPlusOperators +x
IAdditiveIdentity (x + T.AdditiveIdentity) == x
IMinMaxValue T.MinValue and T.MaxValue
IMultiplicativeIdentity (x * T.MultiplicativeIdentity) == x
IBinaryFloatingPoint Members common to binary floating-point types
IBinaryInteger Members common to binary integer types
IBinaryNumber Members common to binary number types
IFloatingPoint Members common to floating-point types
INumber Members common to number types
ISignedNumber Members common to signed number types
IUnsignedNumber Members common to unsigned number types

결국, .NET 6에선 기존 숫자형 타입들에 대해 위에서 정의한 인터페이스를 반영했는데요, 일례로 Int32는 다음과 같이 바뀐 것을 볼 수 있습니다.

public readonly struct Int32 : IComparable, IComparable<int>, IConvertible, IEquatable<int>,
    ISpanFormattable, IFormattable, IBinaryInteger<int>, IBinaryNumber<int>, 
    IBitwiseOperators<int, int, int>, INumber<int>, 
    IAdditionOperators<int, int, int>, IAdditiveIdentity<int, int>, 
    IComparisonOperators<int, int>, IEqualityOperators<int, int>, 
    IDecrementOperators<int>, IDivisionOperators<int, int, int>, 
    IIncrementOperators<int>, IModulusOperators<int, int, int>, 
    IMultiplicativeIdentity<int, int>, IMultiplyOperators<int, int, int>, 
    IParseable<int>, ISpanParseable<int>, ISubtractionOperators<int, int, int>, 
    IUnaryNegationOperators<int, int>, IUnaryPlusOperators<int, int>,
    IShiftOperators<int, int>, IMinMaxValue<int>, ISignedNumber<int>
{
    //...
}

따라서 이제 처음에 우리가 만들었던 "합계" 메서드도 다음과 같이 간단하게 구현할 수 있고,

public static T 합계<T>(this IEnumerable<T> arg) where T : INumber<T>
{
    T sum = T.Zero;

    foreach (T item in arg)
    {
        sum = sum + item;
    }

    return sum;
}

원하는 만큼 관련 기능을 이런 식으로 추가할 수 있습니다.

List<int> list = new List<int>();

list.AddRange(new[] { 1, 2 });
Console.WriteLine(list.합계());
Console.WriteLine(list.산술평균());

public static float 산술평균<T>(this IEnumerable<T> arg) where T : INumber<T>
{
    return 산술평균<T, float>(arg);
}

public static TResult 산술평균<T, TResult>(this IEnumerable<T> arg) where T : INumber<T>
    where TResult : INumber<TResult>
{
    return TResult.Create(arg.합계()) / TResult.Create(arg.Count());
}

대충 느낌 아시겠죠? ^^

(첨부 파일은 이 글의 예제 코드를 포함합니다.)

현재 Visual Studio 2022 Preview 3.0에서 C# 10 Preview와 System.Runtime.Experimental 어셈블리를 참조 추가한 .NET 6 대상의 프로젝트면 위의 코드를 테스트하는 것이 가능하며, 이는 csproj의 내용에 다음의 설정 3가지를 추가하는 것과 같습니다.

<Project Sdk="Microsoft.NET.Sdk">

    <PropertyGroup>
        <OutputType>Exe</OutputType>
        <TargetFramework>net6.0</TargetFramework>
        <Nullable>enable</Nullable>
        <LangVersion>preview</LangVersion>
    </PropertyGroup>

    <ItemGroup>
        <PackageReference Include="System.Runtime.Experimental" Version="6.0.0-preview.7.21377.19" />
    </ItemGroup>

</Project>




참고로, 위에서 구현한 산술평균 메서드를 IDivisionOperators 인터페이스를 이용해 다음과 같이 구현하는 것도 가능합니다.

public static TResult ArithmeticMean<T, TResult>(this IEnumerable<T> arg) where T : INumber<T>, IDivisionOperators<T, int, TResult>
    where TResult : INumber<TResult>
{
    return arg.합계() / arg.Count();
}

하지만, 이것의 반환 값을 float이나 double 등의 값으로 바꾸는 경우에는 호출 시 다음과 같은 오류가 발생합니다.

// 컴파일 오류
// error CS0315: The type 'int' cannot be used as type parameter 'T' in the generic type or method 'MyLinqExtension.ArithmeticMean<T>(IEnumerable<T>)'. There is no boxing conversion from 'int' to 'System.IDivisionOperators<int, int, float>'.

Console.WriteLine(list.ArithmeticMean());

public static float ArithmeticMean<T>(this IEnumerable<T> arg) where T : INumber<T>,
                IDivisionOperators<T, int, float>
{
    return ArithmeticMean<T, float>(arg);
}

왜냐하면, Int32 타입은 명시적으로 IDivisionOperators<int, int, int> 인터페이스를 상속받기 때문에 위와 같이 TResult의 타입을 float으로 주는 경우 형변환 오류가 발생하는 것입니다. 마이크로소프트도 아마 저 문제를 인식했기 때문에 이를 우회하기 위해 INumber<T>.Create 메서드를 제공하게 된 것이 아닌가... 추측해 봅니다. ^^




[이 글에 대해서 여러분들과 의견을 공유하고 싶습니다. 틀리거나 미흡한 부분 또는 의문 사항이 있으시면 언제든 댓글 남겨주십시오.]

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[최초 등록일: ]
[최종 수정일: 7/15/2022]

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댓글 작성자
 



2022-06-17 09시03분
.NET 6 Preview에 모습을 나타내고 정식 버전에서는 누락되었다가 다시 .NET 7 Preview에 추가되었습니다. ^^

.NET 7 Preview 5 – Generic Math
; https://devblogs.microsoft.com/dotnet/dotnet-7-generic-math/
정성태

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