[Swift] Method Dispatch (1): Static Dispatch vs. Dynamic Dispatch

Method Dispatch

글을 시작하기 전에, Method Dispatch가 무엇인지에 대해 정리할 필요가 있겠네요. 공식적인 문서는 아니지만 구글에 Method Dispatch의 정의에 대해 검색을 해보면,

💡 how a program selects which instructions to execute when invoking a method

이렇게 한 문장으로 된 정의가 가장 상단에 나옵니다. 해석해보면 어떤 메서드가 호출되었을 때, 프로그램이 어떤 명령어를 실행할지 선택하는 메커니즘이라고 합니다.

 

더 쉽게 이야기해보면 메서드를 실행했을 때 실제로 어떤 메서드가 실행되는지 결정하는 것이라고 봐도 되겠죠? 

 

Static Dispatch

그럼 이제 간단한 상황을 생각해봅시다.

struct Test {
    func printTest() {
        print("test")
    }
}

let test = Test()
test.printTest()

이렇게 간단한 구조체를 하나 만들고, 메서드도 하나 만들었습니다. 

 

이 구조체의 인스턴스를 만들고 메서드를 실행하면 어떤 메서드가 실행될지는 너무나 자명하겠죠? Test안에 있는 printTest가 실행됩니다. 그리고 이런 결정은 컴파일 타임에도 가능하겠죠.

 

우리가 살펴본 정의에 따르면 Method Dispatch는 어떤 코드를 실행할지 선택하는 것인데, 지금은 선택지가 하나밖에 없으니까요.

 

그래서 이렇게 컴파일 타임에 어떤 메소드를 호출할지 결정할 수 있는 경우를 Static Dispatch라고 합니다. 말 그대로 동적으로 결정할 필요가 없는 거죠.

 

Static Dispatch는 기본적으로 모든 값타입에 적용됩니다. 실행할 메서드가 항상 명확하니까요.

Dynamic Dispatch

그럼 선택지가 여러 개가 되는 상황이 있으니 이런 개념이 나왔을 텐데 어떤 상황일까요?

class Test {
    func printTest() {
        print("test")
    }
}

class TestA: Test {
    override func printTest() {
        print("testA")
    }
}

class TestB: Test {
    override func printTest() {
        print("testB")
    }
}

let tests = [Test(), TestA(), TestB()]

for test in tests {
    test.printTest()
}

이번엔 기존 Test 구조체를 클래로 만들고 이를 상속하는 두 클래스 TestA, TestB를 선언했습니다.

 

그리고 세 개의 다른 클래스 인스턴스를 배열에 넣어주고 배열을 순회하면서 printTest를 실행해주었습니다.

 

즉, 다형성을 만들어준 것이죠. 

 

여기서 tests 배열의 타입은 무엇일까요?

TestA와 TestB는 Test를 상속하기 때문에 제일 상위 클래스인 Test가 배열의 요소 타입으로 정의됩니다. 

for test in tests {
    test.printTest()
}

그럼 이 코드에서는 Test 타입의 메서드인 printTest가 세 번 실행되어서 다음과 같은 결과가 나온다고 생각할 수 있겠죠..!

test
test
test

하지만 우리가 기대했던 대로, 그리고 잘 알고 있는 대로 실제 출력은 이렇습니다.

test
testA
testB

스위프트는 배열 요소들의 타입이 Test인데 어떻게 자식 클래스들인 TestA와 TestB를 구분할 수 있었을까요?

 

컴파일 타임에는 알 수 없습니다. 배열 요소중 어떤 요소가 어떤 하위 클래스의 인스턴스인지 알 수 없으니까요.. 그래서 스위프트는 이 인스턴스에는 이 메서드 구현을 써!라고 적혀있는 테이블을 사용합니다. 

 

이 테이블을 vTable(virtual dispatch table) 이라고 하는데요, vTable을 참조할 수 있는 포인터는 각 인스턴스마다 하나씩 존재하고, 스위프트는 런타임에 어떤 인스턴스에서 메서드가 호출되면 이 테이블에서 해당 메서드를 구현하고 있는 코드를 찾아 실행하게 됩니다.

 

과정을 간단히 그려볼까요?

클래스 인스턴스의 메서드가 실행되면, 1) 먼저 인스턴스의 메타 타입을 얻고, 2) 해당 타입이 가진 vtable에서 호출하고자 하는 메서드의 주소를 찾아, 3) 해당 주소를 찾아가 메서드를 실행합니다.

 

이렇게 런타임에 메서드가 호출되면 테이블을 확인해 어떤 메서드를 호출할지 결정하는 것을 Dynamic Dispatch라고 합니다. 

 

다이나믹 디스패치 덕분에 우리는 오버 라이딩을 통한 다형성을 쉽게 만들 수 있지만, 반면에 모든 클래스들을 다형성을 가질 수 있기 때문에 클래스의 메서드를 호출하면 테이블을 한 번씩 다 확인해야 하는 오버헤드가 발생하게됩니다.

 

앞서 본 것처럼 상속의 여지가 있어 동일한 인터페이스에 대한 메서드가 여러 개 정의될 수 있다면 Dynamic Dispatch가 됩니다. 따라서 클래스는 따로 최적화를 해주지 않는다면 Dynamic Dispatch로 동작합니다. 최적화에 대한 이야기는 다른 포스트에서 더 깊게 해 볼게요!

정리

 

 

이렇게 간단하게 Satic Dispatch와 Dynamic Dispatch에 대해서 정리해보았는데요,

 

여기서 드는 의문.. 그럼 Protocol을 채택해서 메서드를 구현한 구조체는..? 

 

이런 경우도 같은 인터페이스에 대해 메서드 정의가 여러 종류일 수 있는데 Dynamic Dispatch이지 않을까요? 이 의문점은 다음 포스트에서 해결해보도록 하겠습니다!