[Swift] 클로저 캡처링(Closure Capturing)

클로저의 정의에서

정의된 컨텍스트에서 상수와 변수에 대한 참조를 “캡처“하고 저장할 수 있다.

라고 했습니다.

오늘은 바로 그 캡처에 대해 알아보겠습니다!

캡쳐란?

네이버에서 검색한 캡처의 사전적 정의는

드라마 방송 따위의 움직이는 영상에서 원하는 장면을 편집하여 분리하는 행위.

그럼 원하는 상수와 변수를 분리한다는 건가? 뭐 그런 비슷한 늬앙스 같죠?

클로저는 주변 컨텍스트로부터 상수 혹은 변수를 캡쳐를 합니다.

주변 컨텍스트란게 제가 생각하기엔 클로저가 정의된 곳의 주변을 말하는거 같아요

예를 들어

func foo() {
    var num = 10
    func nestedFoo() { // 중첩함수도 클로저의 한 형태죠		
    }
}

이러한 코드가 있을 때 nestedFoo의 주변 컨텍스트는 foo 함수 내부가 되는것 같아요.

다시 처음으로 돌아와 이 캡처된 상수 혹은 변수들은 클로저 내부에서 참조 혹은 수정을 할 수 있습니다.

애플에서 제시한 코드를 예로 들어 함께 이해해봅시다.

func makeIncrementer(forIncrement amount: Int) -> () -> Int {
    var runningTotal = 0
    func incrementer() -> Int {
        runningTotal += amount
        return runningTotal
    }
    return incrementer
}

makeIncrementer 함수는 Int 타입인 amount를 인수로 받고 함수가 종료될 때 () → Int 타입의 함수를 반환합니다.

내부 변수로는 Int타입의 runningTotal 변수와 중첩함수 incrementer를 가지고 있습니다.

중첩함수 incrementer는 makeIncrementer의 파라미터 amount와 내부 변수 runningTotal을 연산시켜서 그 값을 반환하는 함수이구요. 이때 사용하는 amount와 runningTotal은 중첩함수에서 주변 컨텍스트인 makeIncrementer에서 캡처한 변수와 상수입니다!

파라미터(인수) amount는 상수고 runningTotal은 var로 선언하였으니 변수겠죠?

이게 캡처의 모든 것입니다! 읭? 뭐 당연한거 아냐? 라고 생각이 들 수도 있어요.

클로저에 대한 설명인데 왜 중첩함수가 나오냐고 의문이 드실 수 있습니다. 중첩함수는 클로저의 형태중 하나이기 때문에 중첩함수도 클로저 입니다!. <참고>

위의 코드를 마저 작성해봅시다

func makeIncrementer(forIncrement amount: Int) -> () -> Int {
    var runningTotal = 0
    func incrementer() -> Int {
        runningTotal += amount
        return runningTotal
    }
    return incrementer
}

let tenIncrementer = makeIncrementer(forIncrement: 10)
print(tenIncrementer()) // 10
print(tenIncrementer()) // 20
print(tenIncrementer()) // 30

출력은 잘되는데 뭔가 이상하지 않나요?.

makeIncrementer 함수의 경우 모든 임무를 완료하고 중첩 함수인 incrementer를 반환 하고 사라지겠죠?

사라진다는 건 메모리에서 내려간다는 뜻이겠죠? 그럼 amount와 runningTotal도 사라져야 맞는거 아닐까요?

그런데 내부에서 없어져야할 amount와 runningTotal을 사용하고 있는 tenIncrementer는 잘 동작하죠.

이런걸 설명할 수 있는 힌트가 위에 나와있습니다. 바로 참조라는 마법의 단어에요. 이해를 하기 위해 간단하게 참조 타입에 대해 알아봅시다.

참조 타입 그리고 값 타입

살짝만 알아보고 더 구체적인건 추후 class와 struct에 대해 설명할 때 구체적으로 알아보아요!

Swift에서의 모든 타입들은 크게 참조 타입(Reference Type)과 값 타입(Value Type)으로 구분 되어집니다.

참조타입은 C언어에서의 포인터이고 값 타입은 그냥 일반 Int, String같은 기본 자료형이라고 생각하면 되요.

포인터는 값이 들어있는 변수의 주소를 가리키잖아요? 그래서 참조 타입은 값을 전달할 때 해당 값의 메모리 위치를 전달합니다.

그렇다면 값 타입은? 값 자체를 복사해서 전달하게 됩니다.

클로저의 캡처

참조 타입까지 알아봤으니 이제 클로저의 정의에 대해 다시 곰곰히 생각해 봅시다

정의된 컨텍스트에서 상수와 변수에 대한 참조를 “캡처”하고 저장할 수 있다.

참조를 캡처한다고 하였으니 클로저를 사용하면 변수 / 상수의 메모리 위치를 사용하는 거겠죠?

어 근데 분명 기본 자료형은 값 타입이라고 했는데..? 사실 그게 저도 확실치는 않습니다만

( 확실히 아시는 분은 답글 부탁드려요 ㅠㅠ)

클로저의 캡처에 의해 예외적으로 참조 타입으로 되는 것 같습니다!

참조 타입으로 변한다는걸 간략하게 알 수 있는 예제 코드를 준비해봤습니다

var a = 0
var b = 0

// 클로저 
let foo = { print("a \(a) b \(b)") }

a = 10 
b = 20

foo()
// a 10 b 20 출력

0으로 초기화한 변수 a,b가 있고 이 변수들을 출력하는 클로저를 담은 상수 foo가 있습니다.

foo를 실행 시켰을 때 값 타입으로 동작한다면 이 시점에서 a,b는 0이니까 0이 출력되어야 하는데

각각 10과 20이 출력됩니다. 참조 타입으로 동작한다는걸 확인할 수 있는 셈이죠!!

이렇다 하더라도 makeIncrementer함수가 종료되면 인수 amount나 변수 runninTotal도 메모리에서 내려가야하니 참조자체가 안되야 하는거 아닐까요? 이 의문을 해결하려면 Swift의 메모리 관리를 조금은 알아야 합니다.

나중에 더 자세하게 알아볼 기회가 있을테니 이번에는 개념정도만 알고 갑시다!.

Swift는 Arc라는 걸 사용하여 메모리관리를 합니다. 이게 뭐냐? 값 타입이 아닌 참조 타입에 한하여 참조되는 횟수를 카운트하여 0이되면 메모리에서 해지하는 거죠.

그럼 슬슬 의문이 풀립니다 캡처는 변수, 상수를 참조합니다. 그러면 카운트가 1이 올라가겠죠?

그럼 Swift는 이놈들이 어디선가 참조되어 있음을 알기에 메모리에서 해제되지 않습니다.

참조가 되어 있다 == 어디선가 이놈을 사용하고 있다. 그러니 넌 살려주마!!!

그래서 계속 사용할 수 있는 것이죠.

정리

생각보다 너무 길어졌네요. 정리를 해봅시다!

1. 캡처링이란 클로저 자신이 정의된 곳의 주변 컨텍스트의 상수, 변수를 참조하는 것이다!
2. 캡처링이 된 상수와 변수는 참조 타입으로 동작한다!( 무조건인지 확실치는 않음 ㅠㅠ )
3. 참조 타입으로 동작하면 참조횟수가 1 더해져 ARC에 의해 메모리에서 해제 되지 않는다
4. 그리하여 클로저에서 캡처된 상수와 변수는 클로저가 없어지기 전까지 계속 사용할 수 있다!!