[Swift] - 클래스(Class) vs 구조체(Struct) vs 열거형(Enum)

Classes, Structures, Enumerations

📌 유사점(Similarity)

• 클래스(Class), 구조체(Struct), 열거형(Enum)은 Swift의 기본 자료구조 블럭입니다.(These are the 3 fundamental building blocks of data structures in Swift)

• 세가지 구조 모두 같은 방식으로 정의됩니다.

  // 키워드 + 이름 + {}
  class testClass {
  }
  struct testStruct {
  }
  enum Op {
  }

• 세가지 자료구조 모두 프로퍼티(Properties)와 함수(Functions)를 가질 수 있습니다.

  하지만 열거형(Enum)은 저장 프로퍼티(Stored Property)를 가질 수 없습니다. 클래스와 구조체만 저장 프로퍼티를 가질 수 있습니다. 하지만 계산 프로퍼티(Computed Properties)는 클래스와 구조체처럼 열거형도 가질 수 있습니다. enum은 연관값(associated value)로서 값을 저장하고 있습니다.

• 속성값에 접근할 수 있는 방법을 제공하는 서브스크립트(Subscript)를 정의할 수 있습니다.

• 확장(Extension)을 통해 기능을 확장시킬 수 있습니다.

• 프로토콜(Protocol)을 채택(Conform)할 수 있습니다.

🎯 차이점(Differences)

1. 초기화함수(Initializer):

   Class와 Struct는 초기화함수(Initializer)를 갖지만 Enum은 초기화 함수를 갖지 않습니다. 왜냐하면 열거형(Enum)은 연관값을 구별되는 값(discrete values)들에 할당하기 때문입니다. 클래스나 구조체에서 인스턴스를 생성할 때 저장된 프로퍼티가 초기화되지 않으면 인스턴스를 생성할 수 없는 등의 문제가 발생해서 기본적으로 초기화에 필요한 정보들을 셋팅할 함수가 필요합니다. 하지만 Enum의 경우 각 case가 애초부터 구별되는 rawValue를 가지며 설정이 안되더라도 default로 정수값이 할당되므로 초기화의 필요성이 없습니다.

   
   

2. 상속(Inheritance):

   Class에서는 상속이 가능하지만 Struct나 Enum에서는 불가능합니다.

   
   

3. 값 타입(Value Type) vs 참조 타입(Reference Type)

   Struct와 Enum은 값 타입이지만 Class는 참조 타입입니다. Class는 참조 타입으로서 포인터(메모리 주소)로 전달되고 정보는 heap 메모리 영역에 저장합니다.

   • heap 영역: 동적으로 할당되는 메모리 영역입니다.
   • 동적 메모리 할당: 프로그램 실행 시간 동안 사용할 메모리 공간을 할당하는 것을 말합니다. 사용이 끝나면 운영체제가 쓸 수 있도록 반납하고 다음에 요구가 오면 재할당을 받을 수 있습니다.
   • 정적 메모리 할당: 프로그램을 실행하는 순간 프로그램이 사용할 메모리 크기를 고려하여 메모리의 할당이 이루어지는 것을 말합니다. 해제하지 않음으로 인한 메모리 누수와 같은 문제를 신경쓰지 않아도 됩니다. 하지만 메모리의 크기가 하드 코딩되어 있어서 나중에 조절 할 수 없습니다. 또한 스택 영역에 할당된 메모리이므로 동적 할당에 비해 할당 받을 수 있는 최대 메모리에 제약을 받습니다.

   
   

   💬 값 타입은 함수에서 인자로 전달될 때 복사됩니다. 또한 다른 변수에 할당될 때 역시 복사됩니다(Copied when passed as an argument to a function and when assigned to a different variable). 즉, x = y의 연산에서 x는 y 자체를 가져오는 것이 아니라 y의 값을 복사해서 가져오기 때문에 연산 이후에 x의 값을 변경하거나 Array에 경우 추가한다고 해도 y에는 변화가 일어나지 않습니다. Array나 Dictionary 등의 자료구조는 struct로 구현되어 있으므로 값타입이고, let으로 특정 상수에 할당해준다면 추후에 변경 불가능합니다.

   
   

   함수의 모든 인자는 상수입니다. 복사 개념이 작동하는 방식때문에, struct나 enum을 가지고 있다면 Swift는 모든 함수에 구조체나 enum이 바뀔지도 모른다고 표시를 하게 만듭니다. 이 때 바뀌는 함수라는 의미로 mutating이라는 키워드를 사용합니다. 다시말하면, mutating func의 경우 이 함수가 구조체를 바꿀수 있는 함수라는 의미를 갖습니다. 왜냐하면 Swift가 값을 복사할 때, 실제로 그 값을 복사하고 싶지 않습니다. 다른 포인터로 그 값을 참조하고 있다가, 값이 바뀌려고 할 때 실제 복사가 일어납니다. 즉, 값 타입이라고 하더라도 즉각적인 복사가 일어나지 않습니다. 이는 성능 향상을 위한 절차입니다. 만약 값 타입으로 복사된 개념이지만 실제로는 참조하고 있는 상황이고, 값이 변경되었을 때 계속 참조 상태라면 변경이 요구되지 않는 값 역시 변경될 수 있습니다. 그래서 특정 함수를 사용할 때 그 함수가 mutating이라면 완전한 복사가 먼저 일어나야하므로 mutating 키워드가 필요합니다.

   
   

   💬 참조 타입은 힙 영역에 저장되며 자동적으로 reference count를 합니다(Stored in the heap and reference counted automatically). reference count는 해당 정보를 몇개의 포인터가 참조하고 있는지 그 개수를 세는 역할을 합니다. 그 말은 Swift에서는 Garbage Collection이 없다는 것을 뜻합니다. 왜냐하면 reference count가 0이 되면, 이 영역을 참조하는 포인터가 없다는 뜻이므로 0이 되는 순간 즉시 힙 영역에서 제거됩니다. 이렇게 하면 메모리 관리가 예측 가능해지고 자동화됩니다.

   상수로 선언된 참조 타입의 경우에도 값을 변경할 수 있습니다. x = y로 선언하면 이는 같은 주소를 공유하고 x의 값이 변경되면 y의 값 역시 변경됩니다. 참조 타입이 상수로 선언된 것은 그 포인터가 상수로서 변하지 않는다는 뜻이지 그 포인터가 가르키는 값이 상수여서 변할 수 없다는 뜻은 아닙니다.

   Garbage Collection: 메모리 관리 기법 중의 하나로 프로그램이 동적으로 할당했던 메모리 영역 중에서 사용하지 않는, 필요 없게 된 영역을 해제하는 기능입니다. GC는 뒤에서 무슨 일이 일어나고 있는지 보고 있다가 오랫동안 힙 메모리에 머물고 있는 것들을 한꺼번에 수집해야 합니다.

   
   

4. 타입 캐스팅(Type Casting):

   클래스는 실행 시 컴파일러가 클래스 인스턴스의 타입을 미리 파악하고 검사할 수 있습니다.

   
   

5. 소멸화 구문(deinit):

   클래스는 인스턴스가 소멸되기 직전에 처리해야할 구문들을 미리 등록할 수 있습니다.

   
   

6. 멤버와이즈 초기화(memberwise init):

   구조체는 memberwise init을 통해 자동으로 초기화 구문을 생성해줍니다. 값이 정의되어있지 않은 프로퍼티가 존재할 때(옵셔널 포함), struct의 경우 자동으로 인스턴스 생성시 해당 프로퍼티의 값을 입력받는 init을 생성하지만 class의 경우 init을 따로 정의해주지 않으면 오류가 발생합니다.

   🧐 왜 struct만 자동 생성 init이 존재하고 class에는 이 편한 기능을 넣어주지 않았을까?

   The logic behind it could be because a struct is not subclassable, making it obvious that a complete initializer would be required, and as such it was made implicit by the language.

   On the other hand, a class is subclassable, and as such you may want to design it so that it can only be initialized from subclasses, and as such an implicit initializer was not provided by the language.

   Ref: 출처

   struct는 상속이 불가능하기 때문에 해당 struct에서 init을 꼭 필요로합니다. 그래서 Swift 자체에서 자동화된 기능을 제공합니다. 하지만 class의 경우 상속이 가능하므로, 설계상 해당 클래스가 서브클래스에서만 초기화되야할 필요성이 있을 수 있습니다. 즉, 상속 가능성에서 차이가 발생합니다.

   
   

🙋‍♂️ 무엇을 사용해야하나?(Choosing which to use?)

• 일반적으로 객체지향에서 사용하던 class를 사용하면 되지만 struct는 좀 더 기본적인(fundamental) 타입으로 사용됩니다. 여기서 기본적인 타입이란 String, Double, Int, Array, Dictionary와 그림을 그리기 위한 점, 직사각형 같이 클래스보다는 더 작지만 스스로 자립하며(self-contained) 값으로 복사되는게 말이 되고 값 타입을 원하는 영역들 입니다. 즉, 전달하고 다닐 때 값 개념을 원하는 상황을 의미합니다. enum은 구별되는 값을 가진 타입을 사용할 경우 사용합니다.

  원문: Usually you will choose class over struct. struct tends to be more for fundamental types. Use of enum is situational (any time you have a type of data with discrete values).

Reference:

• Stanford CS193p by Paul Hegarty

• https://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%8F%99%EC%A0%81_%EB%A9%94%EB%AA%A8%EB%A6%AC_%ED%95%A0%EB%8B%B9