C++ 개발자들을 위한 C# Thread 동작 방식
아래와 같은 질문이 있군요. ^^
C# 스레드 질문입니다.
; http://lab.gamecodi.com/board/zboard.php?id=GAMECODILAB_QnA_etc&no=4517&z=
질문의 요지는 이렇습니다. C++의 경우 class에서 Thread를 사용하려면 다음과 같이 static (또는 전역 함수)로 정의된 경우여야 합니다.
#include "stdafx.h"
#include <Windows.h>
class MyClass
{
public:
static DWORD threadFunc(void *ptr)
{
printf("threadFunc called!\n");
return 0;
}
DWORD dummy(void *ptr) { return 0; }
};
int main()
{
HANDLE hHandle = ::CreateThread(nullptr, 0, (LPTHREAD_START_ROUTINE) &MyClass::threadFunc, nullptr, 0, nullptr);
::WaitForSingleObject(hHandle, -1);
return 0;
}
C++은 class의 static 함수의 타입을 정의된 그대로 "DWORD (*)(void *)"로 처리하는 반면, 그렇지 않은 경우에는 함수(예제에서는 dummy)의 타입에 클래스 명이 붙어 "DWORD (MyClass::*)(void *)"로 처리합니다. 게다가 이런 경우에는 강제 형 변환조차도 할 수 없도록 C++ 컴파일러 자체가 막아 버립니다.
// 아래의 코드는 컴파일러 오류 발생 (Error C2440 - 'type cast': cannot convert from 'DWORD (__thiscall MyClass::* )(void *)' to 'LPTHREAD_START_ROUTINE')
LPTHREAD_START_ROUTINE pThreadFunc = (LPTHREAD_START_ROUTINE)(&MyClass::dummy);
C++ 클래스의 멤버 함수 signature에 클래스 이름이 붙는 것은 사실 "this" 포인터를 전달하는 함수라는 것입니다. 그래서, 엄밀히 따지면 LPTHREAD_START_ROUTINE 함수 포인터의 signature에 근접한 dummy 함수를 정의하려면 오히려 다음과 같이 해야 합니다.
class MyClass
{
public:
DWORD __stdcall dummy() { return 0; }
};
물론, 그래도 C++ 컴파일러는 LPTHREAD_START_ROUTINE으로의 형 변환을 막습니다.
어쨌든, C++ 코드로는 this 포인터를 우아하게 전달할 수 있는 방법은 없고 단지 다음과 같이 CreateThread 함수에 this를 함께 전달하는 수밖에 없습니다.
#include "stdafx.h"
#include <Windows.h>
class MyClass
{
public:
static DWORD WINAPI threadFunc(LPVOID ptr)
{
MyClass *pThis = (MyClass *)ptr;
pThis->dummy();
printf("threadFunc called!\n");
return 0;
}
DWORD __stdcall dummy() { return 0; }
};
int main()
{
MyClass *t = new MyClass();
HANDLE hHandle = ::CreateThread(nullptr, 0, (LPTHREAD_START_ROUTINE) &MyClass::threadFunc, t, 0, nullptr);
::WaitForSingleObject(hHandle, -1);
delete t;
return 0;
}
그런데, C#에서는 어떻게 할까요?
using System;
using System.Threading;
namespace ConsoleApplication1
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
MyClass m = new MyClass(5);
Thread t = new Thread(m.Test);
t.Start();
t.Join();
}
}
class MyClass
{
int _value;
public MyClass(int value) { _value = value; }
public void Test()
{
Console.WriteLine("Test called: " + _value);
}
}
}
Thread 타입에 Test 멤버 함수를 넘겨주면서도, Test 메서드 내에서는 아무렇지도 않게 _value 멤버를 사용하고 있습니다. C++ 개발자들에게는 도저히 이해가 안 되는 코드입니다. (사실, C# 개발자 입장에서도 얼핏 생각해보면 그다지 이해가 안 됩니다.)
이에 대한 비밀은 C# 컴파일러에 있습니다. 개발자 입장에서는 "new Thread(m.Test)"라고 멤버 함수를 넣어주는 것처럼 보이지만, C# 컴파일러는 이것을 delegate 타입으로 감싼 인스턴스를 넘겨주는 부가 코드를 작성해주는 것입니다. 그래서 실제 컴파일된 코드를 .NET Reflector를 이용해 IL 코드로 보면 다음과 같은 형식으로 나옵니다.
MyClass m = new MyClass(5);
Thread t = new Thread( new ThreadStart(m, (address of)m.Test) ); // pseudo 코드입니다.
결국, Thread 클래스 내부에서는 ThreadStart 타입의 Invoke를 호출하게 되고 Invoke는 대충 다음과 같은 형식으로 처리를 하게 됩니다.
class ThreadStart
{
object _target;
FuncionPtr _ptrToFunction; // pseudo 코드입니다.
public ThreadStart(object target, FunctionPtr ptr)
{
_target = target;
_ptrToFunction = ptr;
}
void Invoke()
{
_ptrToFunction(_target); // this 포인터를 넣어주고 호출
}
}
그나저나, 전부터 참 궁금했던 내용인데요, 그토록 유연한 코딩이 가능한 C++이 왜 클래스의 함수 포인터에 대해서는 non-static의 처리를 그토록 엄격하게 처리하도록 만들었을까 하는 점입니다. 본문에서처럼 다음과 같이 강제 형 변환이 가능하다면,
LPTHREAD_START_ROUTINE pThreadFunc = (LPTHREAD_START_ROUTINE)(&MyClass::dummy);
CreateThread에 다음과 같은 식으로 전달하는 것이 가능합니다.
MyClass *t = new MyClass();
HANDLE hHandle = ::CreateThread(nullptr, 0, (LPTHREAD_START_ROUTINE) &MyClass::dummy, t, 0, nullptr);
그럼, 운영체제는 넘겨진 함수 포인터의 첫 번째 인자로 t를 전달해 줄 것이고 이로 인해 자연스럽게 this 포인터가 전달된 것처럼 동작하기 때문에 아무런 문제없이 클래스의 멤버 함수 호출이 이뤄지게 됩니다.
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