[Swift] Struct vs. Class (1), 언제 뭘 써야할까?

구조체냐 클래스냐.. 고것이 문제로다..

새로운 데이터 구조를 정의하거나 타입을 만들 때, 구조체와 클래스 중 어떤 것을 사용할지 고민하곤 합니다. 오늘은 구조체와 클래스의 차이에 대해서 알아보고 어떤 상황에 어떤 방식을 선택하면 좋을지 고민해보겠습니다.

 

값 타입 vs. 참조 타입

구조체와 클래스의 차이 중 가장 두드러지는 것은 구조체는 값 타입, 클래스는 참조 타입이라는 것입니다. 따라서 구조체의 인스턴스는 변수에 대입되거나 다른 함수로 전달될 때, 멤버들의 값이 그대로 복사된 새로운 인스턴스가 생성되고, 클래스는 현재 인스턴스의 참조 값이 전달됩니다.

 

메모리 사용

구조체는 값 타입, 클래스는 참조 타입이라는 말은 곧 두 타입이 메모리를 서로 다르게 사용한다는 것을 의미합니다.

 

구조체 - 스택 영역

구조체는 값 타입이기 때문에, 메모리의 스택 영역을 사용합니다. 스택 영역은 각 스레드가 독립적으로 사용하기 때문에 Thread-Safe 하다는 특징이 있습니다. 또한 스택 영역은 스택 포인터만 이동시키면 되기 때문에 한 번의 명령으로 할당과 해제가 가능합니다. 그리고 컴파일 타임에 할당할 크기가 결정되기 때문에 메모리를 따로 관리해주지 않아도 됩니다. 이는 운영체제가 새로운 데이터를 할당할 영역을 따로 계산하지 않아도 된다는 것을 의미합니다.

 

클래스 - 힙 영역

클래스의 인스턴스는 힙 영역에 저장됩니다. 힙 영역에 저장되는 데이터들은 모두 컴파일 타임이 아닌 런타임에 크기가 결정됩니다. 따라서 런타임에 추가적인 연산을 요구합니다. 또한 힙 영역은 한 프로세스의 스레드들이 함께 공유하는 영역이기 때문에 Thread-Safe을 보장하지 않습니다.

 

위 내용에 기반하여 생각해보면, 구조체를 사용하는 것이 메모리 관리 측면에서 클래스에 비해 더 유리하고, 더 빠른 속도를 가집니다.

 

Copy-on-write

구조체와 같은 값 타입들은 값 Copy-on-write라는 최적화를 사용합니다. 모든 값 타입들이 Copy-on-write를 사용하지는 않지만, 배열, 딕셔너리와 같은 구조체로 정의된 컬렉션들은 이 최적화를 사용합니다.

 

Copy-on-write는 값 타입 변수를 새로운 변수에 할당할 때, 즉시 새로운 값을 복사하는 것이 아니라, 기존 인스턴스를 계속 가리키다가 변경사항이 생겼을 때 복사본을 만드는 것을 의미합니다. 덩치가 큰, 특히 내부에 참조 타입 멤버 변수를 포함하는 구조체의 복사는 레퍼런스 카운팅과 같은 오버헤드를 발생시킵니다. 따라서 최적화를 위해 변경사항이 없을 때는 기존 인스턴스를 그대로 사용하고, 새로운 변경이 생겼을 때만 완전히 새로운 인스턴스를 만드는 최적화를 사용합니다.

 

import Foundation

func compareValueTypeInstance(of arr1:[Int], with arr2:[Int]) {
    if arr1 == arr2 {
        print("same instance")
    } else {
        print("different istance")
    }
}

let arr1 = [1, 2, 3, 4]
var arr2 = arr1

compareValueTypeInstance(of: arr1, with: arr2) // "same instance"

arr2.append(5)

compareValueTypeInstance(of: arr1, with: arr2) // "different istance"

상속

클래스는 상속이 가능하지만 구조체는 상속이 불가능합니다. 구조체에서 Protocol을 채택해서 기능을 확장할 수는 있도록 합니다. 사실 스위프트는 프로토콜을 통한 상속을 권장하고 있어요.

 

언제 뭘 쓸까?

그럼 언제 구조체를 쓰고, 언제 클래스를 써야 할까요? 공식문서에서 친절하게 안내해주고 있습니다.

Apple Developer Documentation

디폴트로 구조체를 사용하세요.

다른 언어들과는 다르게 스위프트의 구조체는 클래스에서 사용할 수 있는 다양한 요소들을 사용할 수 있습니다. 연산/저장 프로퍼티, 메서드, 프로토콜 채택 등 다른 언어에서는 클래스에서만 사용할 수 있지만 스위프트에서는 구조체에서도 지원합니다. 또한 스위프트의 표준 라이브러리들의 데이터들 역시도 대부분 구조체를 사용해 구현되어 있습니다.

 

Objective-C와 상호 이용(Interoperability) 해야 할 때는 클래스를 사용하세요.

Objective-C에서 지원하는 API를 사용해야 할 때는 Objective-C의 클래스를 상속받아 사용해야 할 수 있습니다. 이런 경우에는 클래스를 사용해야 합니다.

 

고유한 값을 제어해야 할 때는 클래스를 사용하세요.

클래스는 참조 타입이기 때문에 스위프트에서 고유한 값으로 사용됩니다. 참조 타입을 사용하면 앱의 여러 곳에서 사용하더라도 한 영역에서 적용한 수정이 다른 영역에서도 적용됩니다. 주로 파일 관리나 네트워크 연결과 같은 작업을 다룰 때 클래스를 사용합니다.

 

고유한 값을 제어하지 않을 때는 구조체를 사용하세요.

외부에서 이미 고유성을 처리하고 있는 경우에는 앱 내에서 데이터의 고유성을 관리할 필요가 없습니다.

 

상속과 공유 속성을 모델링 하고 싶을 때는 구조체와 프로토콜을 사용하세요.

구조체는 클래스처럼 다른 클래스를 상속할 수 없습니다. 하지만 프로토콜을 통해 계층구조를 표현할 수 있습니다. 클래스는 클래스끼리만 상속을 만들 수 있는 반면에 프로토콜은 클래스, 열거형, 구조체가 모두 채택하도록 할 수 있습니다.