C#
C# Value Type : 값 형식 - 구조체 : Struct
_dev_mu
2023. 1. 18. 23:14
구조체 형식은 데이터와 관련 기능을 캡슐화할 수 있는 값 형식입니다.
구조체 형식은 struct 키워드를 사용하여 정의합니다.
public struct Coords
{
public Coords(double x, double y)
{
X = x;
Y = y;
}
public double X { get; }
public double Y { get; }
public override string ToString() => $"({X}, {Y})";
}ref struct 형식 및 readonly ref struct 형식은 ref 구조체 형식에 대한 문서에서 다룹니다.
구조체 형식은 값 의미 체계를 갖습니다.
즉, 구조체 형식의 변수는 해당 형식의 인스턴스를 포함합니다.
기본적으로 변수 값은 할당 시에, 인수를 메서드에 전달할 때, 그리고 메서드 결과를 반환할 때 복사됩니다.
구조체 형식 변수의 경우 형식의 인스턴스가 복사됩니다.
구조체 형식은 일반적으로 동작을 거의 제공하지 않거나 전혀 제공하지 않는 작은 데이터 중심 형식을 설계하는 데 사용합니다.
예를 들어, .NET에서는 구조체 형식을 사용하여 숫자(정수와 실수), 부울 값, 유니코드 문자, 시간 인스턴스를 표현합니다.
형식의 동작이 중요한 경우에는 클래스를 정의하는 것이 좋습니다.
클래스 형식은 참조 의미 체계를 갖습니다.
즉, 클래스 형식의 변수는 인스턴스 자체가 아닌 해당 형식의 인스턴스에 대한 참조를 포함합니다.
구조체 형식에는 값 의미 체계가 있으므로 변경할 수 없는 구조체 형식을 정의하는 것이 좋습니다.
readonly 구조체
readonly 한정자를 사용하여 구조체 형식을 변경할 수 없음을 선언합니다.
readonly 구조체의 모든 데이터 멤버는 다음과 같이 읽기 전용이어야 합니다.
- 모든 필드 선언에는 readonly 한정자가 있어야 합니다.
- 자동 구현된 속성을 포함하여 모든 속성은 읽기 전용이어야 합니다. C# 9.0이상에서는 속성에 init 접근자가 있습니다.
이렇게 하면 readonly 구조체의 멤버가 구조체의 상태를 수정하지 않습니다.
즉, 생성자를 제외한 다른 인스턴스 멤버는 암시적으로 readonly 입니다.
다음 코드는 C# 9.0 이상에서 사용할 수 있는 init 전용 속성 setter를 사용하여 readonly 구조첼를 정의합니다.
public readonly struct Coords
{
public Coords(double x, double y)
{
X = x;
Y = y;
}
public double X { get; init; }
public double Y { get; init; }
public override string ToString() => $"({X}, {Y})";
}
readonly 인스턴스 멤버
한정자를 readonly 사용하여 인스턴스 멤버가 구조체의 상태를 수정하지 않는다고 선언할 수도 있습니다.
그러나 readonly 멤버는 readonly가 아닌 멤버를 호출할 수 있습니다.
전체 구조체 형식을 readonly로 선언할 수 없는 경우 readonly 한정자를 사용하여 구조체의 상태를 수정하지 않는 인스턴스 멤버를 표시합니다.
readonly 인스턴스 멤버 내에서 구조체의 인스턴스 필드에 할당할 수 없습니다.
그러나 readonly 멤버는 readonly가 아닌 멤버를 호출할 수 있습니다.
이 경우 컴팡일러는 구조체 인스턴스의 복사본을 만들고 해당 복사본에서 readonly가 아닌 멤버를 호출합니다.
따라서 원래 구조 인스턴스는 수정되지 않습니다.
일반적으로 다음 종류의 인스턴스 멤버에 readonly 한정자를 적용합니다.
메서드
public readonly double Sum()
{
return X + Y;
}System.Object에 선언된 메서드를 재정의하는 메서드에 readonly한정자를 적용할 수 있습니다.
public readonly override string ToString() => $"({X}, {Y})";속성 및 인덱서
private int counter;
public int Counter
{
readonly get => counter;
set => counter = value;
}속성 또는 인덱서의 두 접근자에 모두 readonly 한정자를 적용해야 하는 경우 속성 또는 인덱서의 선언에 해당 한정자를 적용합니다.
C# 9.0 이상에서는 init 접근자를 사용하여 속성 또는 인덱서에 readonly 한정자를 적용할 수 있습니다.
public readonly double X { get; init; }구조체 형식의 readonly 정적 필드에 한정자를 적용할 수 있지만 속성이나 메서드와 같은 다른 정적 멤버는 적용할 수 없습니다.
컴파일러는 성능 최적화를 위해 readonly 한정자를 사용할 수 있습니다.
비파괴적 변경
C# 10부터 with 식을 사용하여 지정된 속성과 필드가 수정된 구조체 형식 인스턴스의 복사본을 생성할 수 있습니다.
다음 예제와 같이 개체 이니셜라이저 구문을 사용하여 수정할 멤버와 새 값을 지정합니다.
public readonly struct Coords
{
public Coords(double x, double y)
{
X = x;
Y = y;
}
public double X { get; init; }
public double Y { get; init; }
public override string ToString() => $"({X}, {Y})";
}
public static void Main()
{
var p1 = new Coords(0, 0);
Console.WriteLine(p1); // output: (0, 0)
var p2 = p1 with { X = 3 };
Console.WriteLine(p2); // output: (3, 0)
var p3 = p1 with { X = 1, Y = 4 };
Console.WriteLine(p3); // output: (1, 4)
}
record 구조체
struct 형식의 변수는 해당 struct에 대한 데이터를 직접 포함합니다.
그러면 기본값이 있고 초기화 되지 않은 struct와 설정된 값을 저장하고 초기화된 struct가 구분 됩니다.
public readonly struct Measurement
{
public Measurement()
{
Value = double.NaN;
Description = "Undefined";
}
public Measurement(double value, string description)
{
Value = value;
Description = description;
}
public double Value { get; init; }
public string Description { get; init; }
public override string ToString() => $"{Value} ({Description})";
}
public static void Main()
{
var m1 = new Measurement();
Console.WriteLine(m1); // output: NaN (Undefined)
var m2 = default(Measurement);
Console.WriteLine(m2); // output: 0 ()
var ms = new Measurement[2];
Console.WriteLine(string.Join(", ", ms)); // output: 0 (), 0 ()
}앞의 예제와 같이 기본값 식은 매개 변수가 없는 생성자를 무시하고 구조체 형식의 기본값을 생성합니다.
또한 구조체 형식 배열 인스턴스 화는 매개 변수가 없는 생성자를 무시하고 구조체 형식의 기본값으로 채워진 배열을 생성합니다.
기본값이 표시되는 가장 일반적인 상황은 배열 또는 내부 스토리지에 변수 블록이 포함된 다른 컬렉션에 있습니다.
다음 예제에서는 각각 기본값이 있는 30개의 TemperatureRange 구조체를 만듭니다.
// All elements have default values of 0:
TemperatureRange[] lastMonth = new TemperatureRange[30];구조체의 모든 멤버 필드는 struct 형식이 데이터를 직접 저장하기 때문에 만들 때 확실히 할당되어야 합니다.
default 구조체 값에 모든 필드가 0으로 확실히 할당되었습니다.
생성자가 호출될 때 모든 필드를 확실히 할당애햐 합니다.
다음 메거니즘을 사용하여 필드를 초기화 합니다.
- 모든 필드 또는 자동 구현 속성에 필드 이니셜라이저를 추가할 수 있습니다.
- 생성자의 본문에서 필드 또는 자동속성을 초기화 할 수 있습니다.
C# 11부터 구조체의 모든 필드를 초기화하지 않으면 컴파일러는 해당 필드를 기본값으로 초기화하는 코드를 생성자에 추가합니다.
컴파일러는 일반적인 명확한 할당 분석을 수행합니다.
할당되기 전에 액세스하거나 생성자 실행을 완료할 때 확실히 할당되지 않는 모든 필드에는 생성자 본문이 실행되기 전에 기본값이 할당됩니다.
모든 필드가 할당되기 전에 액세스 하면 this 생성자 본문이 실행되기 전에 구조체가 기본값으로 초기화 됩니다.
public readonly struct Measurement
{
public Measurement(double value)
{
Value = value;
}
public Measurement(double value, string description)
{
Value = value;
Description = description;
}
public Measurement(string description)
{
Description = description;
}
public double Value { get; init; }
public string Description { get; init; } = "Ordinary measurement";
public override string ToString() => $"{Value} ({Description})";
}
public static void Main()
{
var m1 = new Measurement(5);
Console.WriteLine(m1); // output: 5 (Ordinary measurement)
var m2 = new Measurement();
Console.WriteLine(m2); // output: 0 ()
var m3 = default(Measurement);
Console.WriteLine(m3); // output: 0 ()
}모든 struct에 public 매개 변수가 없는 생성자가 있습니다.
매개 변수가 없는 생성자를 작성하는 경우 public 이어야 합니다.
구조체가 필드 이니셜라이저를 선언하는 경우 생성자를 명시적으로 선언해야 합니다.
해당 생성자는 매개 변수가 없을 필요가 없습니다.
구조체가 필드 이니셜라이저를 선언하지만 생성자가 없는 경우 컴파일러는 오류를 보고합니다.
명시적으로 선언된 생성자(매개 변수 또는 매개 변수 없음 포함)는 해당 구조체에 대한 모든 필드 이니셜라이저를 실행합니다.
필드 이니셜라이저 또는 생성자의 할당이 없는 모든 필드는 기본값으로 설정됩니다.
구조체 형식의 모든 인스턴스 필드가 액세스 가능한 경우 new 연산자 없이 인스턴스화할수 도 있습니다.
이 경우 인스턴스를 처음 사용하기 전에 모든 인스턴스 필드를 초기화해야 합니다.
public static class StructWithoutNew
{
public struct Coords
{
public double x;
public double y;
}
public static void Main()
{
Coords p;
p.x = 3;
p.y = 4;
Console.WriteLine($"({p.x}, {p.y})"); // output: (3, 4)
}
}
구조체 형식 설계의 제한 사항
구조체에는 대부분의 클래스 형식 기능이 있습니다.
몇 가지 예외와 최신 버전에서 제거된 몇 가지 예외가 있습니다.
- 구조체 형식은 다른 클래스 또는 구조체 형식에서 상속할 수 없으며, 클래스의 기본이 될 수 없습니다. 단, 구조체 형식은 인터페이스를 구현할 수 있습니다.
- 구조체 형식 내에서 종료자를 선언할 수 없습니다.
- C# 11 이전에는 구조체 형식의 생성자가 형식의 모든 인스턴스 필드를 초기화 해야 합니다.
- C# 10 이전에는 매개 변수가 없는 생성자를 선언할 수 없습니다.
- C# 10 이전에는 선언에서 인스턴스 필드 또는 속성을 초기화 할 수 없습니다.
참조를 통해 구조체 형식 변수 전달
구조체 형식 변수를 메서드에 인수로 전달하거나 메서드에서 구조체 형식 값을 반환할 경우, 구조체 형식의 인스턴스 전체가 복사됩니다.
값으로 전달하면 대규모 구조 형식을 포함하는 고성능 시나리오에서 코드의 성능에 영향을 줄 수 있습니다.
구조체 형식 변수를 참조를 통해 전달하면 값이 복사되지 않도록 할 수 있습니다.
참조를 통해 인수를 전달해야 한다는 사실을 나타내려면 ref, out, in 메서드 매개 변수 한정자를 사용합니다.
참조를 통해 메서드 결과를 반환하려면 ref returns 를 사용합니다.
구조체 제약 조건
struct 제약 조건의 struct 키워드를 사용하여 형식 매개 변수가 null을 허용하지 않는 값 형식이라고 지정할 수도 있습니다.
구조체 형식과열거형 형식 모두 struct 제약 조건을 충족합니다.
변환
구조체 형식의 경우 System.ValueType 및 System.Object 형식에 대한 boxing 및 unboxing 변환이 있습니다.
구조체 형식과 구조체 형식이 구현하는 인터페이스 간에도 boxing 및 unboxing 변환이 있습니다.