[C#] 구조체(Structure)에 대해 알아보자!

 

 

 

구조체 (Structure)

C#의 복합 데이터 형식에는 클래스 말고도 구조체가 있다. C 언어에서 봤던 그 구조체가 맞긴 하지만 여러모로 다른 점이 있다. 클래스처럼 필드와 메소드를 가질 수 있는 점에서 클래스와 구조체 둘은 서로 많이 비슷해 보인다.

 

struct MyStructure
{
    public int data;
    
    public void Method()
    {
       ...
    }
}

 

클래스와 달리 은닉성을 비롯한 객체지향의 원칙을 강하게 적용하지 않는 편이라, public으로 필드를 사용해서 주로 쓴다.

그렇다면, 구조체와 클래스의 차이점은 뭘까?

 

 

특징	클래스	구조체
키워드	class	struct
형식	참조 형식 (힙 할당)	값 형식 (스택 할당)
복사	얕은 복사 (Shallow Copy)	깊은 복사 (Deep Copy)
인스턴스 생성	new 연산자와 생성자 필요	선언만으로도 생성 가능 (new 연산자로 생성해도 됨)
생성자	매개변수 없는 생성자 선언 가능	매개변수 없는 생성자 선언 불가능
상속	가능	값 형식이므로 상속 불가능

 

 

 

 

 

1. 구조체는 값 형식이다.

알아야할 제일 큰 대표적인 차이점이 구조체는 참조 형식이 아니라 값 형식이라는 점이다.

그렇기 때문에 스택에 할당되게 되고, 선언한 블록의 끝에 도달하면 자동으로 반납처리 된다. 

 

Unity에서 스크립트를 작성하다 보면, 다음과 같이 쓸 일이 많다.

public class Test : MonoBehaviour
{
    void Update()
    {
        transform.position = new Vector3(1f, 2f, 3f);
    }
}

 

여기서 Vector3는 클래스가 아니라 구조체다. new 연산자를 사용해도, 구조체이기 때문에 스택 할당이 된다.

그렇기 때문에 매 프레임마다 실행되는 Update() 함수에서 사용해도 가비지는 전혀 생성되지 않는다.

 

2. 값 형식이기 때문에 값이 복사되어 전달된다.

값 형식이기 때문에 복사를 하거나, 매개변수 등에 넣으면 원본이 아닌 복사본을 넘기게 된다.

이 때, 복사를 할 경우에는 깊은 복사가 일어나게 된다.

struct MyStructure
{
    public int data;
    
    // public MyStructure() { }   구조체는 매개변수 없는 생성자 생성 불가능
}

MyStructure myStruct1;
myStruct1.data = 10;

MyStructure myStruct2;
myStruct2 = myStruct1;     // myStruct2.data는 10

myStruct1.data = 20;       // myStruct1.data는 20,
                           // myStruct2.data는 10

 

참고로 구조체는 매개변수 없는 생성자를 선언할 수 없다. 대신, CLR이 구조체의 각 필드를 기본값으로 초기화를 해준다.

 

3. 변경불가능(Immutable) 객체로 만들 수 있다.

객체는 속성(상태)와 기능(행위)로 이루어진다.

상태의 변화를 허용하는 객체를 변경가능(Mutable) 객체라고 하고, 허용하지 않는 객체를 변경불가능(Immutable) 객체라고 한다.

 

구조체는 클래스와 달리, 변경불가능 객체를 만드는 것이 가능하다.

readonly struct 구조체이름
{
   ...
}

 

readonly를 이용하여 구조체를 선언하면, 컴파일러는 해당 구조체의 모든 필드가 readonly로 선언되도록 강제한다.

readonly struct ImmutableStruct
{
    public readonly int ImmutableField;
    // public int MutableField;   컴파일 오류
}

 

그렇다면, 변경불가능 객체는 왜 사용하는 걸까? 여러가지가 있지만, 대표적인 내용들은 다음과 같다.

 

1. 멀티 스레드 간에 동기화(Synchronization)를 할 필요가 없기 때문에 프로그램 성능 향상이 가능하다.
2. 버그로 인한 상태(데이터)의 오염을 막을 수 있다.

 

2번 말의 의미는, 수많은 스레드에서 객체의 상태를 변경시켜 버그를 발생시킨다면 스레드들을 전부 조사해야 하는 상황이 발생하는 걸 막을 수 있다는 말이다.

 

 

4. 읽기 전용 메소드를 선언할 수 있다.

읽기 전용 메소드 역시 구조체에서만 선언이 가능하다. 프로그래머도 사람이기 때문에 읽기만 하고 수정해선 안 되는 데이터를 수정해버리는 실수를 하기도 한다. 그걸 이제 컴파일러의 도움을 받아, 쉽게 알아차리면 좋지 않을까?

 

책에 좋은 예제가 있길래 한 번 같이 타이핑하며 공부 해본다.

에어컨 설정을 담는 구조체 코드를 작성한다고 해보자.

struct ACSetting
{
    public double target;             // 희망 온도
    public double currentInCelsius;   // 현재 온도(섭씨)
}

 

이 구조체에 섭씨로 되어 있는 현재 온도를 화씨로 변환해서 반환하는 메소드를 추가했다.

public double GetFahrenheit()
{
    target = currentInCelsius * 1.8 + 32;   // 화씨 계산 결과를 target에 저장
    return target;
}

 

위에서 말했던 프로그래머의 실수가 일어날 수 있다는 부분이 이런 경우를 말한다.

화씨 온도를 계산해서 반환하기만 하면 되는데, 목표 온도를 건드려버렸다.

 

이런 실수를 사전에 예방하고자, 읽기 전용 메소드를 선언한다.

public readonly double GetFahrenheit()
{
    // target = currentInCelsius * 1.8 + 32;     컴파일 오류
    return target;
}

 

위와 같이, readonly 한정자를 이용해서 메소드에게 상태를 바꾸지 않도록 강제할 수 있다.

 

 

 

 

 

 

 

 

• 이 글은 <이것이 C#이다> 책을 바탕으로 공부한 글입니다.