[Swift] 공식 문서 정리 (9) - Structures and Classes (구조체와 클래스의 공통점과 차이점, 값 타입, 참조타입)

안녕하세요, 감자입니다. 오늘은 구조체와 클래스에 대해서 정리해보았습니다. 

swift document chap.09 Structures and Classes

Structures and Classes — The Swift Programming Language (Swift 5.6)

 

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Structures and Classes

구조체와 클래스는 여러 개의 프로퍼티와 메서드를 한 번에 다룰 수 있는 구조를 가진다. 프로그램 코드에서 건축 자재 역할을 하는 범용적이고 유연한 구조물이라고도 한다.

다른 언어와는 달리 Swift는 구조체와 클래스를 만드는데 별도의 인터페이스나 파일을 생성할 필요가 없다. 하나의 파일 내에서 구조체와 클래스를 정의하면 외부 인터페이스에서 해당 구조체를 자동으로 사용할 수 있도록 한다.

 

Comparing Structures and Classes

👉 구조체, 클래스 공통점

1. 변수나 상수의 값을 저장하는 프로퍼티를 정의할 수 있다.
2. 함수(메서드)를 사용하여 원하는 기능을 제공하는 클래스, 구조체를 만들 수 있다.
3. init 메서드를 두어서 객체를 원하는 형태로 설정해주는 초기화 블록을 정의할 수 있다.
4. 객체 함수적 기능을 추가하는 확장(extends) 구문을 사용할 수 있다.
5. 속성값에 접근할 수 있는 방법을 제공하는 서브스크립트를 정의할 수 있다. (get, set)
6. 특정 형식의 함수적 표준을 제공하기 위한 프로토콜을 구현할 수 있다.

👉 구조체, 클래스 차이점

▶ Class (클래스)

1. 참조 타입이다.
2. ARC로 메모리를 관리한다.
3. 같은 클래스 인스턴스를 여러 개의 변수에 할당한 된 값을 변경시키면 할당한 모든 변수에 영향을 준다. (메모리만 복사)
4. 상속이 가능하다.
5. 타입 캐스팅을 통해 런타임에서 클래스 인스턴스의 타입을 확인할 수 있다.
6. deinit을 사용해서 클래스 인스턴스의 메모리 할당을 해제할수 있다.

▶ Struct (구조체)

1. 값타입이다.
2. 구조체 변수를 새로운 변수에 할당할 때마다 새로운 구조체가 할당된다.
3. 즉 같은 구조체를 여러 개의 변수에 할당한 뒤 값을 변경시키더라도 다른 변수에 영향을 주지 않는다. (값 자체를 복사)

 

Definition Syntax

구조체와 클래스를 정의하는 구문은 비슷하다. 구조체 선언의 키워드는 struct, 클래스 선언 키워드는 class 이다.

struct Resolution {
  var width = 0
  var height = 0
}

class VideoMode {
  var resolution = Resolution()
  var interlaced = false
  var frameRate = 0.0
  var name: String?
}

이렇게 구조체나 클래스를 선언할 때는 스위프트의 스타일을 준수하는게 좋다. 대문자로 클래스나 구조체의 이름을 설정하는게 좋고, 그 안의 메서드나 프로퍼티는 소문자로 대부분 시작한다.

위 코드에서는 resolution 변수 안에 Resolution() 구조체 인스턴스를 넣었다.

 

Structure and Class Instances

위에서 정의한 Resolution 구조체와, VideMode 클래스는 구조체와 클래스의 모양만 정의한 것이지 실제로 사용되는 값은 아니다. 정의된 구조체와 클래스를 사용하기 위해서는 인스턴스를 만들어서 사용해야한다.

let someResolution = Resolution()
let someVideoMode = VideoMode()

위 코드는 각각의 구조체와 클래스의 인스턴스를 만든 코드이다. 구조체나 클래스의 이름을 쓰고 뒤에 () 를 붙여서 인스턴스를 생성한다. 초기 값은 default 값으로 생성된다.

 

Accessing Properties

점(.) 구문을 사용하여 프로퍼티에 접근할 수 있다. 점 구문은 인스턴스 이름 바로 뒤에 어떤 공백도 없이 작성한 후, 속성의 이름을 작성하면 된다.

print ( "The width of someResolution is \\(someResolution.width)")
// "The width of someResolution is 0" 를 인쇄함

아까 선언한 someVideoMode 클래스의 resolution 프로퍼티는 구조체였다. resolution 프로퍼티에 접근하기 위해서는 또 다시한번 . 을 찍어주면 된다.

print ( "The width of someVideoMode is \\(someVideoMode.resolution.width)")
// "The width of someVideoMode is 0" 를 인쇄함

변수속성에 새로운 값을 할당하기 위해서도 . 구문을 사용할 수 있다.

someVideoMode.resolution.width = 1280
print ( "The width of someVideoMode is now \\(someVideoMode.resolution.width)")
// "The width of someVideoMode is now 1280" 를 인쇄함

 

Memberwise Initializers for Structure Types

모든 구조체에는 새로운 구조체 인스턴스의 프로퍼티들을 초기화하기 위해 자동적으로 생성되는 Memberwise initializer가 존재한다. 새로운 인스턴스의 초기화 값은 프로퍼티의 이름으로 초기화할 수 있다.

let vga = Resolution(width: 640, height: 480)

구조체와 달리 클래스 인스턴스는 default memberwise initializer가 없다. 그렇기 때문에 생성자로 직접 초기화 시켜주어야 한다.

 

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Structures and Enumerations Are Value Types (값타입)

값타입은 변수나 상수에 할당되거나 함수에 전달될 때 값이 복사되는 것을 의미한다. 이전에 배웠던 Int, String, Bool, Float, Double, Array, Dictionary 모두 값타입이다. Swift의 모든 구조체와 열거형 또한 값타입이다. 즉, 모든 구조체, 열거형 인스턴스는 값타입이고, 그것들의 프로퍼티는 항상 복사되며 전달된다는 것을 의미한다.

Array, Dictionary, String과 같은 표준 라이브러리에 의해 정의된 컬렉션 타입은 최적화를 통해 복사비용을 줄인다. 이러한 컬렉션은 원본을 즉시 복사하지않고, 원본 인스턴스와 복사본 사이에 저장되는 메모리를 공유한다. 만약 복사본 값이 수정되려고 하면 수정 직전에 원본을 복사한다. 이렇게 때문에 코드에서는 즉시 복사된 것 처럼 보인다.

값타입을 이해하기 위한 코드를 살펴보자.

let hd = Resolution(width : 1920, height : 1080)
var cinema = hd

cinema.width = 2048
print("cinema is now \\(cinema.width) pixels wide")
// "cinema is now 2048 pixels wide" 를 인쇄함
print("hd is still \\(hd.width) pixels wide")
// "hd is still 1920 pixels wide" 를 인쇄함

• 코드설명
  1. hd라는 상수를 생성하고 Full HD 영상 너비와 높이로 초기화한 Resolution 인스턴스를 설정
  2. cinema라는 변수를 선언하고 여기에 현재 hd를 설정 (Resolution은 구조체이기 때문에 기존 인스턴스의 복사본을 만들고, 이 새 복사본을 cinema에 할당한 것임.)
  3. 이제 hd와 cinema의 너비와 높이는 똑같더라도, 이들은 완전 다른 두 개의 인스턴스임.
  4. cinema 의 너비를 2048로 초기화 한 후, 결과를 출력해보면, cinema 의 너비는 변했지만, hd의 너비는 그대로이다.

코드를 해석해보면, cinema에 현재 hd 값을 줄 땐, hd에 저장된 값을 새로운 cinema라는 인스턴스로 복사했다는 것으로 해석할 수 있다. 이렇게 완전히 분리된 두 인스턴스가 생성되는 것이다. 분리된 인스턴스이기 때문에 아래 그림에서 보는 것처럼, cinema의 너비를 변경하면, hd에는 영향을 주지 않는다.

열거체도 마찬가지로 값타입이기 때문에, 같은 동작 방식이 적용된다.

enum CompassPoint {
  case north, south, east, west
  mutating func turnNorth() {
    self = .north
  }
}
var currentDirection = CompassPoint.west
let rememberedDirection = currentDirection
currentDirection.turnNorth()

print("The current direction is \\(currentDirection)")
print("The remembered direction is \\(rememberedDirection)")
// "The current direction is north" 를 인쇄함
// "The remembered direction is west" 를 인쇄함

 

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Classes Are Reference Types (클래스는 참조타입)

값타입과 달리, 참조타입은 변수나 상수에 할당할 때나 함수에 전달할 때, 복사하지 않는다. 기존과 동일한 인스턴스를 참조하여 사용한다.

let tenEighty = VideoMode()
tenEighty.resolution = hd
tenEighty.interlaced = true
tenEighty.name = "1080i"
tenEighty.frameRate = 25.0

let alsoTenEighty = tenEighty
alsoTenEighty.frameRate = 30.0

print("The frameRate property of tenEighty is now \\(tenEighty.frameRate)")
// "The frameRate property of tenEighty is now 30.0" 를 인쇄함

위 코드는 저 위에서 정의한 VidioMode 클래스를 사용했다. 이렇게 선언한 tenEighty를 상수 alsoTenEighty에 할당한 후, alsoTenEighty의 프로퍼티를 수정하면 어떻게 될지 살펴보자. 당연히 alsoTenEighty의 프로퍼티 값도 수정되지만, tenEighty의 값도 수정된다.

이 결과를 그림으로 나타내면 아래와 같다.

두 개의 클래스 인스턴스는 같은 메모리를 참조만 하기 때문에 둘 중 하나가 수정되면, 다른 하나 즉 모든 인스턴스에 영향을 준다.

 

Identity Operators

클래스가 참조 타입이기 때문에, 여러 개의 상수나 변수가 동일한 단일 클래스 인스턴스를 참조하는 게 가능하다. (구조체나 열거체는 상수나 변수에 할당되거나 함수에 전달할 때 항상 복사되기 때문에 이와 다르다.)

두 상수 또는 변수가 같은 인스턴스를 참조하는지 알아보기 위한 연산자가 존재한다. 같은지 확인하는 === 연산자와 같지 않은지 확인하는 !== 가 있다.

if tenEighty === alsoTenEighty {
  print("tenEighty and alsoTenEighty refer to the same VideoMode instance.")
}
// "tenEighty and alsoTenEighty refer to the same VideoMode instance." 를 인쇄함

주의할점은, ==과 ===는 다르다. ===는 클래스 타입인 두 상수 또는 변수가 정확하게 동일한 클래스 인스턴스를 참조한다는 의미로만 사용된다.

 

Pointers

C, C++, Objective-C 에서 처럼 이러한 참조가 포인터를 사용한다는 것을 알 수 있을 것이다. 일부 참조타입의 인스턴스를 가지는 상수, 변수는 C의 포인터와 비슷하지만 메모리에 대한 직접적인 포인터가 아니기 때문에 *(별표)를 써주지 않아도 된다. 표준라이브러리는 포인터와 직접 상호작용이 필요할 경우, 포인터와 버퍼 타입을 제공한다.

이에 대한 내용은 아래 링크를 타고 참고해보자.

https://developer.apple.com/documentation/swift/swift_standard_library/manual_memory_management

Apple Developer Documentation