2022. 12. 12 C#에서 struct와 class는 어떤 차이가 있는가?

C#에서 struct와 class는 어떤 차이가 있는가?

1. 구조체(struct)는 상속을 할 수 없다.

2. 클래스(class) 객체는 참조 형식(Reference)이고 구조체(struct) 객체는 값 형식(Value)이다.

• 즉, 클래스와 구조체의 차이는 참조 형식과 값 형식의 차이이다.
  따라서, 참조 형식과 값 형식의 차이를 살피면 클래스와 구조체의 차이 또한 알 수 있으리라 생각된다.

참조 형식과 값 형식의 차이

1. 할당되는 위치

   • 참조 형식은 힙에 할당되고 가비지 컬렉터의 관리 대상이다.
     값 형식은 스택 또는 인라인에서 할당되고 가비지 컬렉터의 관리 대상이 아니다.

   • 이는 클래스(class) 객체는 힙(heap)에 할당되지만 구조체(struct) 객체는 스택(stack)에 할당됨 또한 의미한다.

   ※ 힙(heap) : 동적, 많은 메모리 영역을 가질 수 있다.

   ※ 스택(stack) : 정적, 비교적 적은 메모리 영역을 가진다.

   • 값 형식은 스택이 해제되거나 포함된 형식이 할당 취소될 때 할당이 바로 취소된다.
     따라서 참조 형식의 할당, 할당 취소보다 일반적으로 값 형식의 할당, 할당 취소가 저렴하다.

   • 구조체 객체라도 힙에 할당되는 경우

     • 구조체 안에 클래스 타입을 필드로 가질 경우, 별도의 힙 주소를 가리키는 참조 값을 담는다.

2. 배열의 할당 방식

   • 참조 형식의 배열 요소는 힙에 있는 참조 형식 인스턴스에 대한 참조이고,
     값 형식의 배열 요소는 실제 값 형식 인스턴스이다.

   • 따라서 참조 형식 배열의 할당 및 할당 취소보다 값 형식 배열의 그것이 훨씬 저렴하다.

   • 또한 값 형식 배열이 더 나은 지역성을 보인다.

3. 메모리 사용

   • 참조 형식은 캐스팅 될 때 Boxing, Unboxing이 일어나지 않는다.
     값 형식은 참조 형식 또는 구현하는 인터페이스 중 하나로 캐스팅될 때 Boxing이 일어나고 값 형식으로 다시 캐스팅될 때 Unboxing이 일어난다.

   • 이 과정에서 Boxing의 결과는 힙에 할당되고 가비지 수집되므로 Boxing, Unboxing이 너무 자주 일어나면 힙과 가비지 컬렉터에 악영향이 있을 수 있으며,
     이는 결국 많은 계산과 자원(메모리)를 요구하게 된다.

   • 따라서 참조 형식의 캐스팅이 값 형식의 캐스팅보다 저렴하다고 볼 수 있다.

4. 할당(복사) 방식

   • 참조 형식 할당은 참조를 복사한다.
     값 형식 할당은 전체 값을 복제한다.

   • 따라서 크기가 큰 객체의 경우 참조 형식의 할당이 값 형식의 할당보다 저렴하다.

   • 참조 형식(클래스, class)의 할당은 얕은 복사,
     값 형식(구조체, struct) 할당은 깊은 복사와 같다고 볼 수 있다.

5. 전달 방식

   • 참조 형식은 참조로 전달된다.
     값 형식은 값으로 전달된다.

   • 참조 형식의 인스턴스를 변경하면 인스턴스를 가리키는 모든 참조에 영향을 준다.

   • 값 형식의 인스턴스는 전달될 때 복사되며, 따라서 값 형식의 인스턴스가 변경되어도 전달된 복사본에는 영향을 주지 않는다.

   • 이는 사용자에게 혼동을 주기에 값 형식 인스턴스는 변경할 수 없어야 한다.

클래스와 구조체 간 선택

• 위와 같은 차이로부터, 어떤 경우에 구조체를 사용하는 것이 적절한지 판단이 가능하다.

• 일반적으로 대부분의 형식은 클래스여야 한다.

  • 풍부한 객체 지향 기능을 지원

  • 일반적인 적용 가능성

• 아래 같은 경우 구조체가 바람직하다.

  • 인스턴스의 크기가 작고 수명이 짧거나 다른 개체에 일반적으로 포함된 경우

• 아래 같은 특성이 없는 경우 구조체로 정의하는 것은 바람직하지 못하다.

  • 기본 형식(int, double, float 등)과 유사한 단일 값을 나타낸다.

  • 인스턴스 크기가 16바이트 미만이다.

    • 이는 SSE(Streaming SIMD Extensions) 레지스터와 연관이 있다.

  • 변경할 수 없다.

  • 자주 Boxing하지 않아도 된다. (자주 캐스팅하지 않아도 된다.)

기타

• 인터페이스는 참조 형식과 값 형식 둘 다에서 구현할 수 있는 형식이다.

  • 다형성 계층 구조의 루트로 사용될 수 있다.

참고

• MSDN: 클래스와 구조체 간의 선택
• MSDN: 형식 디자인 지침
• MSDN: Boxing 및 Unboxing(C# 프로그래밍 가이드)
• C# - 구조체의 크기가 16바이트가 넘어가면 힙에 할당된다?
• C# - 왜 구조체는 16 바이트의 크기가 적합한가?
• 내가 만든 코드보다 OpenCV의 속도가 월등히 빠른 이유
• C# - struct/class가 스택/힙에 할당되는 사례 정리
• C#/.NET 구조체(struct)와 클래스(class) 차이