[Swift] Type & Mutation - 1

타입이란?

수행할 수 있는 일련의 작업과, 데이터를 그룹화 한 것

Swift는 표준 타입과 사용자 정의 타입을 사용하여 프로그램을 빌드한다

Swift의 Type 시스템은 안전하고 효율적인 코드의 핵심이다

일반적으로 작업은 아마 함수 / 메서드, 데이터는 프로퍼티를 말하는 것 같음

기본 타입 (The fundamental types)

Swift의 Type 시스템은 소수의 기본 타입으로 구성됨

기본 타입에는 Named types으로 불리는 프로토콜, 열거, 구조체, 클래스와

Compound types인 함수, 튜플이 포함된다

각 타입은 특정상황에서 유용하게 사용할 수 있는 유니크한 프로퍼티 집합이 있다.

타입을 사용한 모델링 (Modeling with types)

struct StructPoint {
	var x, y: Double
}

class ClassPoint {
	var x, y: Double
	init(x: Double, y: Double) { (self.x, self.y) = (x, y) }
}

위 두 타입은 모두 x,y 평면의 한점을 모델링한 사용자 정의 타입이다.

하나는 구조체, 다른 하나는 클래스 타입으로 5가지의 본질적인 차이점이 있다.

차이점1 - 자동 초기화

클래스 타입은 이니셜라이저가 필수로 선언되야함

반면 구조체 타입은 이니셜라이저가 없다면 컴파일러가 멤버와이즈 이니셜라이저를 생성하여 제공함

구조체에 이니셜라이저를 정의하면 컴파일러가 멤버와이즈 이니셜라이저를 생성하지 않는다 컴파일러가 생성해주는 멤버와이즈 이니셜라이저와 사용자 정의 이니셜라이저를 모두 사용하고 싶다면 트릭이지만 구조체를 extension 하여 사용자 정의 이니셜라이저를 생성하면 모두 사용이 가능하다

차이점2 - Copy Semantics

구조체는 값 semantic, 클래스는 참조 semantic이다

값 semantic은 복사, 독립적이다

참조 semantic은 동일한 메모리를 참조하기 때문에 공유적인 성격이 있다.

let structPointA = StructPoint(x: 0, y: 0)
var structPointB = structPointA
structPointB.x += 10
print(structPointA.x)
// 0

let classPointA = ClassPoint(x: 0, y: 0)
let classPointB = classPointA
classPointB.x += 10
print(classPointA.x)
// 10

값 타입의 구조체는 복사가 일어나기 때문에

structPointB.x += 10이 실행되어도 structPointB의 x값이 바뀌지

structPointA의 x값이 바뀌지 않는다.

반면 참조 타입인 클래스는 메모리를 참조하기 때문에 classPointA.x값도 10이 출력되는걸 볼 수 있다.

차이점3 - Mutation의 범위 (Scope of Mutation)

Swift는 인스턴스 수준의 mutation 모델을 지원한다

objectiv-c는 타입 수준의 mutation 모델을 지원한다고함 NSString은 변경이 안되지만, NSMutableString은 변경이 가능한 것이 그 예이다.

이는 var대신 let을 사용하여 mutation으로 부터 인스턴스를 잠글 수 있음을 의미함

다만 참조 타입인 클래스는 let이어도 x 값을 바꿀 수 있다

클래스 타입에서 mutation 제어는 기본 프로퍼티 데이터가 아닌 참조에 적용되기 때문이다

즉, 참조타입에서 let은 가리키는 메모리 위치가 바뀔수 없음을 의미한다

차이점4 - Heap vs Stack

일반적으로 클래스는 힙 메모리, 구조체와 열거형은 스택 메모리를 사용함

스택 할당은 힙 할당보다 빠르기 때문에 값 타입이 빠르다라고 보편적으로 생각하고

이는 값 타입이 이점으로 가지는 점이다

그렇다면 근본적으로 이런 속도의 차이는 왜 발생하는 것일까?

각 실행 쓰레드는 자체적으로 스택을 가지고 있으며,

스택은 최상단 요소를 수정할 때만 변경이 된다. 따라서 스택에 할당과 할당해제를 하는데 있어 비용이 큰 concurrency 잠금이나 고급 할당 전략이 필요하지 않다

스택에서 할당과 할당해제는 단일 클록틱에서 더하기, 빼기명령으로 수행이 가능하다

반면 힙은 여러 쓰레드에서 공유되는 영역이기 때문에 concurrency 잠금으로 보호되어야 한다.

OS는 다른 크기의 메모리 블록을 할당 / 할당해제 시 발생할 수 있는 “힙 조각화“로부터 보호해야하기 떄문에

할당과 할당해제에 비용이 많이 들어가게 된다

위 그림을 보면 구조체 structPointB, structPointA는 모두 스택에 배치되어 있고

클래스 classPointB, classPointA는 스택(메모리 위치)과 힙 영역(내부 데이터) 모두에 배치되어 있다

참조 타입은 공유되기 때문에 힙의 refCount를 통해 객체의 수명을 추적하는데 사용한다.

refCount가 0으로 내려갈때 deinit이 호출되고 할당이 해제된다

차이점5 - Lifetime and Identity

값 타입은 일반적으로 스택에 상주하며 복사 비용이 저렴하다.

“값”에는 lifetime과 id 개념이 없다.

반면 참조는 lifetime이 있어( refCount로 수명을 추적) deinit 함수를 정의할 수 있다

또한 메모리의 특정위치에 있기 때문에 이를 식별할 수 있는 ID를 자동으로 가지게 된다

더 많은 차이점

상속을 포함하여 보다 많은 차이점이 존재함

앞으로 다른 주제에서 기회가 된다면 언급하도록 하겠음

새로 알게 된점

Swift는 인스턴스 수준의 mutation 모델 Ojb-c는 타입 수준의 mutation 모델 각 실행쓰레드 마다 스택을 가지고 있다 클래스는 스택과 힙 모두에 배치된다. 스택에는 힙의 위치가, 힙에는 내부 데이터가 위치한다