Swift struct, class 차이와 적재적소에 사용하기

in Swift on Basic

Swift struct vs class

Swift에서 구조체를 사용해야할지 아니면 새로운 클래스를 사용해야할지 순간 망설인 적이 몇번 있습니다. 그렇기에 두개의 차이점을 확실히 알고 일말의 망설임 없이 사용할 수 있도록 하고자 합니다!


공통점

  • 값을 저장하기 위해 Property의 정의가 가능하다.
  • 기능 실행을 위해 메소드 정의가 가능하다.
  • 서브스크립트 문법을 통해 구조체 또는 클래스가 갖는 프로퍼티에 접근하도록 서브스크립트를 정의할 수 있다.
  • initializer 정의가 가능하다.
  • extension 정의가 가능하다.
  • protocol을 준수 할 수 있다.


차이점

struct(구조체)
  • 구조체는 value type이므로 매개변수 전달시 value copy가 일어나는 Call By Value이다.
  • stack memory영역에 할당 한다.
    • 이는 속도가 매우 빠르다
    • scope based lifetime: 컴파일 타임에 컴파일러가 언제 메모리를 할당 해제 할지 정확히 알고 있다.
    • data locality: CPU 캐시 히트율이 높다
  • 구조체는 상속이 불가능하다.
  • Cadable 프로토콜을 이용하여 보다 편리하게 JSON과 struct를 변환 가능하다.(swift4이상)
  • 항상 새로운 변수로 value copy가 일어나기 때문에 멀티스레드 환경에서 공유 변수로 인해 문제를 일으킬 확률이 적다.
  • 구조체에서는 AnyObject 로 타입캐스팅이 불가능하고 오직 클래스에서만 가능하다.
  • 구조체는 생성자를 구현하지 않을 때 기본 initializer를 사용할 수 있다.


class(클래스)
  • 클래스는 reference type이므로 할당 또는 매개변수 전달시 객체를 가리키고 있는 메모리 주소 값만 복사되는 Call By Reference이다.
  • heap memory영역에 할당 한다.
    • 이는 속도가 느리다.
    • 런타임에 직접 alloc(할당) 하며 Reference Counting을 통해 delloc이 필요하다.
    • Memory Fragmentation(메모리 단편화) 등의 Overhead가 존재한다.
  • 상속이 가능하다.
  • NSData 직렬화(Serialize)가 가능하다.
  • Codable 프로토콜을 사용 불가능하다.
  • 런타임에서 타입 캐스팅을 통해서 클래스 인스턴스에 따라 여러 동작이 가능하다(참고로 런타임에 타입 캐스팅이 이루어 지는 것은 as?,as! 를 통한 타운캐스팅이 해당된다)
  • deinitializer가 존재한다.


값 타입과 참조 타입

구조체의 경우 call by value가 일어나 value copy가 발생하고 , 클래스는 call by reference가 일어나 실제로 그 객체의 주소가 전달 되어 접근이 가능합니다. 일단 값 타입과 참조 타입의 가장 큰 차이점은 무엇이 전달 되느냐입니다. 참조라는 개념은 C언어 기반의 C++,Objective-C등의 언어에서 사용되는 Pointer(포인터)의 개념과 유사한 개념입니다. 우선 이해를 돕기 위해 C언어에서 call by value 와 call by reference의 차이점을 간략하게 설명 드리겠습니다.


call by value vs call by reference
// 편의를 위해 call by value : cbv, call by reference : cbr 이라고 하겠습니다.

// call by value 
int cbvSum(int a, int b) {
  
  int sum = a + b;
  
  return sum;
}

int main() {
  int a = 10;
  int b = 20;
  int sum;
  
  // 1. call by value로 단순하게 a,b의 값만 복사하여 cbvSum 함수에 매개변수러 전달 한다.
  // 값에 대한 복사만 일어났기 때문에 a, b에는 아무런 영향이 없다 
  sum = cbvSum(a, b);
  // 종료 시점에도 a = 10, b = 20 유지
   
}


call by reference
// call by reference
void cbrDoubleSum(int*pA, int*pB, int*pSum) {
  // 3. 함수 내부에선 포인터로 a, b의 값을 접근하여 a,b의 값을 직접 두배로 올리고
  *pA *= 2;
  *pB *= 2;
  
  // 매개변수로 받은 pSum( main에서는 sum) 에 집접 값을 넣고 함수를 종료한다.
  *pSum = *pA + *pB;
}

int main()
{
  int a = 10;
  int b = 20;
  int sum;
  
  // 1. call by reference로 a,b의 주소값(&)을 함수 매개변수로 넘겨주고 실제 그 주소값의 변수에 접근하기 위해 
  // 2. cbrDoubleSum함수에서는 매개변수를 대응하기위해 포인터(*)를 통해 실제 값에 접근한다.
  cbrDoubleSum(&a, &b, &sum);
  // 함수가 종료되면 a = 20, b = 40, sum = 60으로 실제 값에 변화가 발생한 것을 알 수 있다.
 
}

위에서 두개의 개념을 간략하게나마 소개를 드렸습니다. 하지만 Swift에서는 참조라는 것을 표현해주기 위해 애스터리스크(*) 를 사용하지는 않습니다.


Swift의 값 타입과 참조타입


struct: 값 타입
struct BasicInformation {
    let name: String
    var age: Int
}

var gakiInfo: BasicInformation = BasicInformation(name: "Gaki", age: 25)
gakiInfo.age = 100

var gakiClone: BasicInformation = gakiInfo
gakiClone.age = 25

print(gakiInfo.age)     // 100
print(gakiClone.age)    // 25

gakiClone의 age 프로퍼티를 변경 시켜도 gaki의 age에는 아무런 영향이 없는 것을 확인 할 수 있습니다. 이는 값만 복사가 되었기 때문에 전혀 서로에게 형향을 주지 않는 다는 것을 알수 있습니다.

그럼 getOld()라는 함수를 통해 나이를 한살 더 먹어 보겠습니다.

image

하지만 위처럼 에러가 발생합니다. 그 이유는 매개변수로 받는 info: BasicInformation의 구조체타입 매개변수가 let형이기 때문입니다. 이는 결국 매개변수로 넘겨주면 value로 고정이되어 변경할 수 없다는 것을 의미합니다.


class: 참조 타입
class Developer {
    // var로 프로퍼티를 선언하고 초기화를 하지 않으면 initialize를 해야한다고 경고가 뜬다.
    var stack: String = "iOS Developer"
    var career: Int = 1
}

var gaki: Developer = Developer()
var clone: Developer = gaki

print("gaki는 \(gaki.stack) 입니다.")
print("clone은 \(clone.stack) 입니다.")

// gaki는 iOS Developer 입니다.
// clone은 iOS Developer 입니다.

clone.stack = "Android Developer"

print("gaki는 \(gaki.stack) 입니다.")
// gaki는 Android Developer 입니다.

구조체에서는 함수에 구조체를 매개변수로 넘겼을 경우 값을 수정 할 수 없었습니다. 클래스에서는 이런 행위가 가능한데 아래 처럼 growUpCareer라는 경력을 1년 더 올려주는 함수를 선언하고 gaki를 매개변수로 넘겨보겠습니다.


func growwUpCareer(_ developer: Developer) {
    developer.career += 1
}
print(gaki.career)  // 1

growwUpCareer(gaki)

print(gaki.career)	// 2

gaki라는 클래스 인스턴스가 함수에서 호출이 되어 인스턴스의 프로퍼티의 값이 변경 되는 것을 확인할 수 있습니다. 이는 직접 gaki라는 인스턴스에 대한 참조가 일어나기 때문에 값이 변경한 다는 것을 알 수 있습니다. 즉 새로운 인스턴스가 넘겨지는 것이 아니라 기존의 인스턴스(gaki)의 참조를 전달하기 떄문입니다.


식별 연산자(Identity Operation)

클래스의 경우 인스턴스 끼리 참조가 같은지 확인할 때 식별 연산자를 사용하면 됩니다.

var gaki: Developer = Developer()
var clone: Developer = gaki
var friend: Developer = Developer()

print(gaki === clone) // true
print(gaki === friend) // false
print(gaki !== friend) // true


Swift의 기본 데이터 타입은 모두 구조체이다.

Int, Double, Float, String, Bool.. 등 스위프트의 기본 데이터 타입은 모두 구조체 입니다. 함수에 이런 값 타입의 기본 데이터를 넘길 경우 모두 값이 복사되어 전달 될뿐 함수 내부에서 아무리 전달된 값을 변경 해도 기존의 변수나 상수에는 전혀 영향을 미치지 못합니다.

참고) inout 키워드를 사용하여 참조가 일어나게 할 수 있습니다!


적재적소에 struct, class 사용하기

애플 가이드라인에서 권장하는 사항은 다음과 같습니다.

  • 연관된 간단한 값의 집합을 캡슐화하는 것만이 목적일때 구조체를 사용
  • 캡슐화한 값을 참조하는 것보다 복사하는 것이 합당할 때 구조체를 사용
  • 구조체에 저장된 프러파티가 값 타입이며 참조하는 것보다 복사하는 것이 합당할 때 구조체를 사용
  • 다른 타입으로부터 상속받거나 모델의 사이즈가 그리 크지 않다면 구조체를 사용
  • 해당 모델을 serialize 해서 전송하거나 파일로 저장할 경우가 발생하면 클래스 사용
  • 해당 모델이 Objective-C에서도 사용되어야 한다면 클래스 사용


Reference




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