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<div style='display: inline'>
<h1 style='font-family: Malgun Gothic, Consolas; font-size: 20pt; color: #006699; text-align: center; font-weight: bold'>C# 7.3 - 구조체의 고정 크기를 갖는 fixed 배열 필드에 대한 직접 접근 가능</h1>

<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
C# 7.3 (1) - 개선된 문법 4개(Support == and != for tuples, Ref Reassignment, Constraints, Stackalloc initializers)
; <a target='tab' href='http://www.sysnet.pe.kr/2/0/11552'>http://www.sysnet.pe.kr/2/0/11552</a>

C# 7.3 (2) - 개선된 메서드 선택 규칙 3가지(Improved overload candidates)
; <a target='tab' href='http://www.sysnet.pe.kr/2/0/11553'>http://www.sysnet.pe.kr/2/0/11553</a>

C# 7.3 (3) - 자동 구현 속성에 특성 적용 가능(Attribute on backing field)
; <a target='tab' href='http://www.sysnet.pe.kr/2/0/11554'>http://www.sysnet.pe.kr/2/0/11554</a>

C# 7.3 (4) - 사용자 정의 타입에 fixed 적용 가능(Custom fixed)
; <a target='tab' href='http://www.sysnet.pe.kr/2/0/11555'>http://www.sysnet.pe.kr/2/0/11555</a>

C# 7.3 (5) - 구조체의 고정 크기를 갖는 fixed 배열 필드에 대한 직접 접근 가능(Indexing movable fixed buffers)
; http://www.sysnet.pe.kr/2/0/11556

C# 7.3 (6) - blittable 제네릭 제약(blittable)
; <a target='tab' href='http://www.sysnet.pe.kr/2/0/11558'>http://www.sysnet.pe.kr/2/0/11558</a>

C# 7.3 (7) - 초기화 식에서 변수 사용 가능(expression variables in initializers)
; <a target='tab' href='http://www.sysnet.pe.kr/2/0/11560'>http://www.sysnet.pe.kr/2/0/11560</a>
</pre>
 
<hr style='width: 50%' /> 
 
fixed 예약어는 지난 글에서 설명한 내용에 따라, 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
C# 7.3 - 사용자 정의 타입에 fixed 적용 가능(Custom fixed)
; <a target='tab' href='http://www.sysnet.pe.kr/2/0/11555'>http://www.sysnet.pe.kr/2/0/11555</a>
</pre>
 
관리 힙에 놓인 객체를 이동하지 않도록 고정시키는데 사용할 수 있는가 하면, 또 다른 용도로 고정 크기(fixed size)를 갖는 배열을 정의하는 문법으로도 쓰입니다. 이번 글에서 사용하는 fixed는 그 2가지 경우를 모두 다루기 때문에 다소 혼란스러울 수 있습니다. 그러니까... 대충... 결론부터 내면 이런 식입니다. 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
fixed 배열 필드에 대한 인덱스 접근을 C# 7.2까지는 fixed 구문에서 사용해야 했는데 C# 7.3부터 fixed 구문이 필요 없도록 바뀌었다.
</pre>
 
<hr style='width: 50%' /> 
 
C#에서 배열은 "관리 힙"에 할당하도록 되어 있습니다. 그래서 값 형식인 구조체에 배열(및 참조 형식)이 정의되어 있으면, 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
struct StructType
{
 public int [] fields;
}
</pre>
 
fields 배열을 가리키는 포인터만 스택에 있게 되고 배열의 내용 자체는 관리 힙에 할당이 됩니다. 이것이 문제가 되는 경우가 바로 C/C++ 모듈과의 interop을 할 때입니다. 예를 들어 C/C++에서 다음과 같은 식으로 구조체와 그것을 정의하는 함수를 정의한 경우, 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
// C/C++의 구조체
struct CppStructType
{
public:
 int fields[10];
 __int64 dummy[20];
};

__declspec(dllexport) void __stdcall ProcessItem(CppStructType *value)
{
 for (int i = 0; i < 10; i++)
 {
 value->fields[i] = (i + 1) * 2;
 }

for (int i = 0; i < 20; i++)
 {
 value->dummy[i] = (i + 1) * 20;
 }
}
</pre>
 
C#에서 위의 ProcessItem이라는 함수를 호출하기 위해 다음과 같은 식으로 구조체를 만들어 시도하려는 경우가 있습니다. 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
// C#의 struct
struct CSharpStructType
{
 public int[] fields;
 public long[] dummy;
}

static void Main(string[] args)
{
 CSharpStructType item = new CSharpStructType();
 item.fields = new int[10];
 item.dummy = new long[20];
}
</pre>
 
물론, 당연히 이렇게 하면 안 됩니다. CSharpStructType은 다음과 같은 식으로 메모리를 소유하고 있기 때문입니다. 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
CSharpStructType 인스턴스
{
 // 관리 힙에 있는 fields를 가리키는 4 bytes (or 8 bytes in x64) 포인터 변수
 // 관리 힙에 있는 dummy를 가리키는 4 bytes (or 8 bytes in x64) 포인터 변수
}

// 관리 힙에 있는 fields
fields
{
    // sizeof(int) * 10 bytes
}

// 관리 힙에 있는 dummy
dummy
{
 // sizeof(long) * 20 bytes
}
</pre>
 
따라서 C/C++의 ProcessItem은 겨우 8바이트(또는 16바이트)에 불과한 CSharpStructType 인스턴스를 다루게 되고 이로 인해 AV(Access Violation) 같은 오류가 발생하게 됩니다. 
 
<hr style='width: 50%' /> 
 
바로 이럴 때, CppStructType과 동일한 메모리를 확보할 수 있도록 지원하는 구문이 바로 fixed입니다. 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
unsafe struct CppStructType
{
 public fixed int fields[10];
 public fixed long dummy[20];
}
</pre>
 
위와 같이 정의하고 CppStructType 인스턴스를 생성하면 다음과 같은 식으로 메모리가 할당이 됩니다. 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
CppStructType 인스턴스
{
 // sizeof(int) * 10 bytes
 // sizeof(long) * 20 bytes
}
</pre>
 
이는 C/C++에서의 struct와 동일한 크기의 메모리 구조를 갖게 되므로 C#에서 다음과 같이 안전하게 호출할 수 있습니다. 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
using System;
using System.Runtime.InteropServices;

unsafe struct CppStructType
{
 public fixed int fields[10];
 public fixed long dummy[20];
}

class Program
{
 [DllImport("Win32Project1.dll", SetLastError = true)]
 internal static unsafe extern int ProcessItem(CppStructType* value);

static unsafe void Main(string[] args)
    {
        CppStructType item = new CppStructType();

CppStructType* ptItem = &amp;item;
 ProcessItem(ptItem);

for (int i = 0; i &lt; 10; i++)
        {
            Console.WriteLine(item.fields[i]);
        }

Console.WriteLine();
 for (int i = 0; i &lt; 20; i++)
 {
 Console.WriteLine(item.dummy[i]);
 }
 }
}
</pre>
 
<hr style='width: 50%' /> 
 
자... 이 정도면 fixed에 대한 사전 설명은 대충 끝이 났으니 이제 C# 7.3에서 추가된 부분을 살펴보겠습니다. 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
Indexing fixed fields should not require pinning regardless of the movable/unmovable context.
; <a target='tab' href='https://github.com/dotnet/csharplang/blob/master/proposals/csharp-7.3/indexing-movable-fixed-fields.md'>https://github.com/dotnet/csharplang/blob/master/proposals/csharp-7.3/indexing-movable-fixed-fields.md</a>
</pre>
 
일단, C#에서는 fixed 고정 크기 배열을 소유한 구조체를 다음과 같이 메서드 내에서 사용할 수 있습니다. 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
static unsafe void Main(string[] args)
{
 CppStructType item = new CppStructType();
 item.fields[0] = 5;
 int n = item.fields[2];
}
</pre>
 
위의 구조체는 (unmovable context의 하나인) 스택에 생성되어 있으므로 GC의 수행에 따라 메모리 이동이 발생하지 않습니다. 하지만, 다음과 같이 CppStructType을 참조 형식 내의 필드로 선언하는 경우에는 (달리 말해 movable context) 상황이 달라집니다. 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
using System;

unsafe struct CppStructType
{
    public fixed int fields[10];
    public fixed long dummy[20];
}

class UserType
{
 CppStructType _item; // 값 형식이지만,
 // 참조 형식(class)의 필드로 정의되었으므로
 // 관리 힙에 할당이 됨

public UserType()
 {
 _item = new CppStructType();
 }

public unsafe void ProcessItem()
 {
 // 컴파일 에러 - Error CS1666 You cannot use fixed size buffers contained in unfixed expressions. Try using the fixed statement.
 _item.fields[0] = 5;

// 컴파일 에러 - Error CS1666 You cannot use fixed size buffers contained in unfixed expressions. Try using the fixed statement.
 int n = _item.fields[2];
 }
}
</pre>
 
C# 7.2까지 fixed 배열의 인덱스 접근은 항상 비관리 포인터를 사용하도록 코드 생성이 되므로 그로 인해 위와 같은 movable context 하에서는 반드시 fixed를 이용해 다음과 같이 고정시킨 후 사용해야 했습니다. 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
public unsafe void ProcessItem()
{
 // fixed 배열 필드의 인덱스를 접근하기 위해 fixed 문에서 메모리를 고정한 후 사용
 // 왜냐하면 fixed 배열 필드의 인덱스 접근 코드가 비관리 포인터를 이용하는 방식이었기 때문에.
 fixed (int* ptr = _item.fields)
 {
 ptr[0] = 5;
 int n = ptr[2];
 }
}
</pre>
 
하지만, 가만 보니 fixed 배열의 인덱스 접근에 비관리 포인터 대신 관리 포인터를 쓸 수 있었던 것입니다. 이를 감안해 C# 7.3부터 다음과 같이 fixed 없이 컴파일이 되도록 바뀌었습니다. 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
unsafe struct CppStructType
{
 public fixed int fields[10];
 public fixed long dummy[20];
}

class UserType
{
    CppStructType _item;

public UserType()
    {
        _item = new CppStructType();
    }

public unsafe void ProcessItem()
 {
 // C# 7.3부터 컴파일 가능
 _item.fields[0] = 5;

// C# 7.3부터 컴파일 가능
 int n = _item.fields[2];

// 하지만 (movable context에서) 포인터로써 접근하겠다고 하면 여전히 fixed가 필요.
 fixed (int* ptr = _item.fields)
 {
 }

// 당연히 unmovable context에서는 포인터로써 접근해도 fixed가 필요치 않음.
 {
 CppStructType localItem;
 int* ptr = localItem.fields;
 }
 }
}
</pre>
 
실제로 (C# 7.3부터) 위의 코드에서 사용된 인덱스 접근 코드는 다음의 IL 코드에서 보는 바와 같이 <a target='tab' href='https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/api/system.reflection.emit.opcodes.ldflda'>ldflda 코드</a>로 해결하고 있습니다. 즉, 관리 포인터를 쓰는 것만으로 fixed 배열의 인덱싱이 가능했던 것입니다. 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
.method public hidebysig instance void ProcessItem() cil managed
{
 .maxstack 3
 .locals init (
 [0] int32 num)
 L_0000: nop 
 L_0001: ldarg.0 
 L_0002: ldflda valuetype CppStructType UserType::_item
 L_0007: ldflda valuetype CppStructType/&lt;fields&gt;e__FixedBuffer CppStructType::fields
 L_000c: ldflda int32 CppStructType/&lt;fields&gt;e__FixedBuffer::FixedElementField
 L_0011: ldc.i4.5 
 L_0012: stind.i4 
 L_0013: ldarg.0 
 L_0014: ldflda valuetype CppStructType UserType::_item
 L_0019: ldflda valuetype CppStructType/&lt;fields&gt;e__FixedBuffer CppStructType::fields
 L_001e: ldflda int32 CppStructType/&lt;fields&gt;e__FixedBuffer::FixedElementField
 L_0023: ldc.i4.2 
 L_0024: conv.i 
 L_0025: ldc.i4.4 
 L_0026: mul 
 L_0027: add 
 L_0028: ldind.i4 
 L_0029: stloc.0 
 L_002a: ret 
}
</pre>
 
(<a target='tab' href='http://www.sysnet.pe.kr/bbs/DownloadAttachment.aspx?fid=1273&amp;boardid=331301885'>첨부 파일은 이 글의 예제 코드 - C/C++, C# 프로젝트를 포함</a>합니다.)

<hr />[이 글에 대해서 여러분들과 의견을 공유하고 싶습니다. 틀리거나 미흡한 부분 또는 의문 사항이 있으시면 언제든 댓글 남겨주십시오.]

</div>

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