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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# - 관리 포인터로서의 ref 예약어 의미</h1> <p> ref는 관리형 포인터라고 했습니다.<br /> <br /> <pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' > 닷넷의 관리 포인터(Managed Pointer)와 System.TypedReference ; <a target='tab' href='https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11529'>https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11529</a> </pre> <br /> 즉 포인터이긴 한데 CLR에 의해 "관리"된다는 의미로, GC 발생 후 객체들의 주소가 바뀌었을 때 "관리형 포인터"에 대해서는 그 바뀐 주소를 새롭게 가리키도록 주솟값을 업데이트해 주는 서비스를 받게 됩니다.<br /> <br /> ref가 포인터라는 의미를 살리기 위해 int 타입의 ref 예제를 만들어 보겠습니다.<br /> <br /> <pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' > int a = 5; ref int n = ref a; Console.WriteLine(n); // 출력: 5 </pre> <br /> 위의 예제는 출력이 나오지만, 반면 다음과 같은 예제라면 어떨까요?<br /> <br /> <pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' > ref int n; // error CS8174: A declaration of a by-reference variable must have an initializer Console.WriteLine(n); </pre> <br /> C# 컴파일러는 위의 코드를 컴파일할 수 없으므로, 일단 컴파일이 가능한 이전 예제 코드로 빌드한 후, 생성된 ConsoleApp1.dll 파일에 대해 IL 코드로 출력합니다.<br /> <br /> <pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' > // <span style='color: blue; font-weight: bold'>ildasm ConsoleApp1.dll /out=test.il</span> .method private hidebysig static void Main(string[] args) cil managed { .entrypoint .custom instance void System.Runtime.CompilerServices.NullableContextAttribute::.ctor(uint8) = ( 01 00 01 00 00 ) // Code size 15 (0xf) .maxstack 1 .locals init (int32 V_0, int32& V_1) IL_0000: nop IL_0001: ldc.i4.5 IL_0002: stloc.0 <span style='color: blue; font-weight: bold'>// IL_0003: ldloca.s V_0 // IL_0005: stloc.1 </span> IL_0006: ldloc.1 IL_0007: ldind.i4 IL_0008: call void [System.Console]System.Console::WriteLine(int32) IL_000d: nop IL_000e: ret } </pre> <br /> 위와 같이 "ref int n = ref a"에 해당하는 코드를 주석 처리하고 다시 ilasm을 거쳐 실행하면,<br /> <br /> <pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' > c:\temp\ConsoleApp1\ConsoleApp1\bin\Debug\net7.0> <span style='color: blue; font-weight: bold'>ilasm test.il /out=ConsoleApp1.dll</span> c:\temp\ConsoleApp1\ConsoleApp1\bin\Debug\net7.0> <span style='color: blue; font-weight: bold'>ConsoleApp1.exe</span> Unhandled exception. System.NullReferenceException: Object reference not set to an instance of an object. at Program.Main(String[] args) </pre> <br /> Null 참조 예외가 발생합니다. 즉, ref 변수가 아무것도 가리키고 있지 않을 때의 값은 (마치 포인터의 nullptr처럼) null입니다. 게다가 일반 참조형 변수가 null 값을 가졌을 때와는 달리, ref int n 변수를 Console.WriteLine(n)이라고 접근만 해도 예외가 발생한 것입니다.<br /> <br /> 만약 이런 식의 예외를 원치 않는다면 Unsafe.IsNullRef 메서드를 이용해 사용 전 체크를 하면 됩니다.<br /> <br /> <pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' > ref int n; // C# 컴파일러에서는 예외 발생, IL 코드로 빌드해야 함! if (System.Runtime.CompilerServices.Unsafe.IsNullRef(ref n) == false) { Console.WriteLine(n); } </pre> <br /> <hr style='width: 50%' /><br /> <br /> "관리 포인터"라는 이름에서 의미하는 것처럼, 일반 포인터(비관리 포인터)를 사용할 때와 다른 점이 있다면 "GC Heap"에 있는 인스턴스를 안전하게 가리킬 수 있다는 것입니다. 그렇다면 스택에 있는 인스턴스라면 어떨까요? 물론, 사용할 수는 있지만 그다지 이득은 없습니다. 즉, 그런 경우 "관리 포인터"를 사용하나 "비관리 포인터"를 사용하나 다를 바가 없는 것입니다.<br /> <br /> 실제로 아래의 코드는 Swap 메서드를 대상으로 동일한 기능을 관리/비관리 포인터로 구현한 것입니다.<br /> <br /> <pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' > int n = 5; int k = 6; Swap(ref n, ref k); Swap2(&n, &k); void Swap(ref int n, ref int k) { (k, n) = (n, k); } unsafe void Swap2(int *n, int *k) { (*n, *k) = (*k, *n); } </pre> <br /> 즉, 위와 같이 스택에 있는 데이터를 가리키는 경우라면 비관리 포인터를 사용해도 아무런 위험 없이 사용할 수 있는 것입니다. 그렇다면 ref를 쓰는 것이 unsafe 문맥을 사용하지 않아 깔끔하다는 정도의 차이만 있는 걸까요? ^^ 그렇진 않습니다.<br /> <br /> 역시 예를 하나 들어 볼까요? ^^<br /> <br /> 스택에 있는 데이터의 경우 메서드가 실행될 때마다 생성/삭제를 반복합니다. 비록 생성, 삭제라는 단어를 썼지만, 사실은 "확보/유효범위 벗어남"이라는 설명이 더 맞습니다. 이런 경우 종종 런타임 오류가 발생할 수 있는 상황이 있습니다. <br /> <br /> 가령 아래의 예제 코드는,<br /> <br /> <pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' > public int GetValue() { int n = 5; return n; } int data = GetValue(); Console.WriteLine(data); </pre> <br /> GetValue 메서드가 실행되면서 스택에 "int n"을 위한 4바이트 공간을 확보해 둡니다. 또한 메서드의 실행을 벗어나면서 해당 메서드가 호출되기 이전의 상황으로 스택을 복구하면서 "int n"은 더 이상 유효하지 않은 스택 위치에 있게 됩니다. 따라서 "유효하지 않은 공간"은 이후의 동작에서 다시 재사용 - 예를 들어 또 다른 메서드가 호출되면 스택이 다시 확보/복원을 반복하기 때문에 이전 메서드가 사용했던 "int n"의 위치에 예측할 수 없는 값이 덮어써지게 됩니다.<br /> <br /> 이에 대한 테스트를 비관리 포인터를 이용해 다음과 같이 간단하게 할 수 있습니다.<br /> <br /> <pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' > unsafe class Program { static int* ptr; static void Main(string[] args) { int data = GetInt(); <span style='color: blue; font-weight: bold'>Console.WriteLine(*ptr);</span> // 출력: 5 } static public int GetInt() { int n = 5; <span style='color: blue; font-weight: bold'>ptr = &n;</span> return n; } } </pre> <br /> 위의 GetInt 함수에서, "int n"이 위치한 4바이트 공간을 메서드가 반환되면서 유효한 범위에 속하지 않게 됩니다. 하지만, 그래도 *ptr의 출력이 5가 나오는 것은 해당 메서드 호출 이후에도 GetInt가 사용했던 스택 공간이 훼손되지 않았기 때문입니다. 그럼 ^^ 망가진 상황도 확인해야겠죠?<br /> <br /> 이를 위해 다음과 같이 코드를 추가하면 됩니다.<br /> <br /> <pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' > unsafe class Program { static int* ptr; static void Main(string[] args) { <span style='color: blue; font-weight: bold'>int data = GetInt();</span> Console.WriteLine(*ptr); // 출력: 5 <span style='color: blue; font-weight: bold'>double dbl = GetDouble();</span> Console.WriteLine(*ptr); // 출력: 예측할 수 없지만, 디버그 빌드인 경우 1074339512, 릴리스 빌드인 경우 0 } static public int GetInt() { int n = 5; ptr = &n; return n; } static public double GetDouble() { double d = 3.14; return d; } } </pre> <br /> 보는 바와 같이 GetDouble 호출로 인해 GetInt가 무효화시킨 스택 영역을 다시 재사용하기 때문에 이전 "int n" 위치의 값이 바뀌었습니다. (보통은, 현업에서 이 상황의 값을 예측할 수 없기 때문에 "쓰레기 값"으로 덮어썼다고 표현합니다.)<br /> <a name='ref_return'></a> <br /> 자, 여기까지 포인터를 직접 사용해 봤는데요, 그렇다면 "관리 포인터"로도 위의 상황을 재현할 수 있지 않을까요? 실제로 저 코드를 순수 C# 코드로 바꾸면 다음과 같이 됩니다.<br /> <br /> <pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' > class Program { static void Main(string[] args) { ref int data = ref GetInt(); Console.WriteLine(data); } static public ref int GetInt() { int n = 5; <span style='color: blue; font-weight: bold'>return ref n;</span> // 컴파일 오류: error CS8168: Cannot return local 'n' by reference because it is not a ref local } } </pre> <br /> 이번에는 포인터를 직접 사용했을 때와는 다르게 아예 컴파일 오류가 발생합니다. 즉, ref를 사용한 경우 C# 컴파일러의 유효성 체크 서비스를 받게 되고 따라서 런타임 에러가 발생할 수 있는 여지를 줄일 수 있게 된 것입니다.<br /> </p><br /> <br /><hr /><span style='color: Maroon'>[이 글에 대해서 여러분들과 의견을 공유하고 싶습니다. 틀리거나 미흡한 부분 또는 의문 사항이 있으시면 언제든 댓글 남겨주십시오.]</span> </div>
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