Microsoft MVP성태의 닷넷 이야기
.NET Framework: 2099. C# - 관리 포인터로서의 ref 예약어 의미 [링크 복사], [링크+제목 복사],
조회: 11079
글쓴 사람
정성태 (techsharer at outlook.com)
홈페이지
첨부 파일
 

(시리즈 글이 6개 있습니다.)
.NET Framework: 754. 닷넷의 관리 포인터(Managed Pointer)와 System.TypedReference
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11529

.NET Framework: 1183. C# 11에 추가된 ref 필드의 (우회) 구현 방법
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/13016

.NET Framework: 2099. C# - 관리 포인터로서의 ref 예약어 의미
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/13273

.NET Framework: 2100. C# - ref 필드로 ref struct 타입을 허용하지 않는 이유
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/13274

.NET Framework: 2101. C# 11의 ref 필드 설명
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/13275

닷넷: 2327. C# - 초기화되지 않은 메모리에 접근하는 버그?
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/13906




C# - 관리 포인터로서의 ref 예약어 의미

ref는 관리형 포인터라고 했습니다.

닷넷의 관리 포인터(Managed Pointer)와 System.TypedReference
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11529

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.

ref가 포인터라는 의미를 살리기 위해 int 타입의 ref 예제를 만들어 보겠습니다.

int a = 5;
ref int n = ref a;

Console.WriteLine(n); // 출력: 5

위의 예제는 출력이 나오지만, 반면 다음과 같은 예제라면 어떨까요?

ref int n; // error CS8174: A declaration of a by-reference variable must have an initializer

Console.WriteLine(n);

C# 컴파일러는 위의 코드를 컴파일할 수 없으므로, 일단 컴파일이 가능한 이전 예제 코드로 빌드한 후, 생성된 ConsoleApp1.dll 파일에 대해 IL 코드로 출력합니다.

// ildasm ConsoleApp1.dll /out=test.il

.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

//    IL_0003:  ldloca.s   V_0
//    IL_0005:  stloc.1

    IL_0006:  ldloc.1
    IL_0007:  ldind.i4
    IL_0008:  call       void [System.Console]System.Console::WriteLine(int32)
    IL_000d:  nop
    IL_000e:  ret
}

위와 같이 "ref int n = ref a"에 해당하는 코드를 주석 처리하고 다시 ilasm을 거쳐 실행하면,

c:\temp\ConsoleApp1\ConsoleApp1\bin\Debug\net7.0> ilasm test.il /out=ConsoleApp1.dll

c:\temp\ConsoleApp1\ConsoleApp1\bin\Debug\net7.0> ConsoleApp1.exe
Unhandled exception. System.NullReferenceException: Object reference not set to an instance of an object.
   at Program.Main(String[] args)

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.

만약 이런 식의 예외를 원치 않는다면 Unsafe.IsNullRef 메서드를 이용해 사용 전 체크를 하면 됩니다.

ref int n; // C# 컴파일러에서는 예외 발생, IL 코드로 빌드해야 함!

if (System.Runtime.CompilerServices.Unsafe.IsNullRef(ref n) == false)
{
    Console.WriteLine(n);
}




"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.

실제로 아래의 코드는 Swap 메서드를 대상으로 동일한 기능을 관리/비관리 포인터로 구현한 것입니다.

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);
}

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.

역시 예를 하나 들어 볼까요? ^^

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.

가령 아래의 예제 코드는,

public int GetValue()
{
    int n = 5;
    return n;
}

int data = GetValue();
Console.WriteLine(data);

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.

이에 대한 테스트를 비관리 포인터를 이용해 다음과 같이 간단하게 할 수 있습니다.

unsafe class Program
{
    static int* ptr;
    static void Main(string[] args)
    {
        int data = GetInt();
        Console.WriteLine(*ptr); // 출력: 5
    }
    
    static public int GetInt()
    {
        int n = 5;
        ptr = &n;
        return n;
    }
}

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?

이를 위해 다음과 같이 코드를 추가하면 됩니다.

unsafe class Program
{
    static int* ptr;
    static void Main(string[] args)
    {
        int data = GetInt();
        Console.WriteLine(*ptr); // 출력: 5

        double dbl = GetDouble();
        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;
    }
}

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.)

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.

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        ref int data = ref GetInt();
        Console.WriteLine(data);
    }

    static public ref int GetInt()
    {
        int n = 5;
        return ref n;  // 컴파일 오류: error CS8168: Cannot return local 'n' by reference because it is not a ref local
    }
}

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.




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







[최초 등록일: ]
[최종 수정일: 3/2/2023]

Creative Commons License
이 저작물은 크리에이티브 커먼즈 코리아 저작자표시-비영리-변경금지 2.0 대한민국 라이센스에 따라 이용하실 수 있습니다.
by SeongTae Jeong, mailto:techsharer at outlook.com

비밀번호

댓글 작성자
 




... 76  [77]  78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  ...
NoWriterDateCnt.TitleFile(s)
12011정성태8/27/201926248사물인터넷: 57. C# - Rapsberry Pi Zero W와 PC 간 Bluetooth 통신 예제 코드파일 다운로드1
12010정성태8/27/201919195VS.NET IDE: 138. VSIX - DTE.ItemOperations.NewFile 메서드에서 템플릿 이름을 다국어로 설정하는 방법
12009정성태8/26/201920017.NET Framework: 858. C#/Windows - Clipboard(Ctrl+C, Ctrl+V)가 동작하지 않는다면?파일 다운로드1
12008정성태8/26/201919681.NET Framework: 857. UWP 앱에서 SQL Server 데이터베이스 연결 방법
12007정성태8/24/201918295.NET Framework: 856. .NET Framework 버전을 올렸을 때 오류가 발생할 수 있는 상황
12006정성태8/23/201921787디버깅 기술: 129. guidgen - Encountered an improper argument. 오류 해결 방법 (및 windbg 분석) [1]
12005정성태8/13/201919389.NET Framework: 855. 닷넷 (및 VM 계열 언어) 코드의 성능 측정 시 주의할 점 [2]파일 다운로드1
12004정성태8/12/201927641.NET Framework: 854. C# - 32feet.NET을 이용한 PC 간 Bluetooth 통신 예제 코드 [14]
12003정성태8/12/201919783오류 유형: 564. Visual C++ 컴파일 오류 - fatal error C1090: PDB API call failed, error code '3'
12002정성태8/12/201919142.NET Framework: 853. Excel Sheet를 WinForm에서 사용하는 방법 - 두 번째 이야기 [5]
12001정성태8/10/201924343.NET Framework: 852. WPF/WinForm에서 UWP의 기능을 이용해 Bluetooth 기기와 Pairing하는 방법 [1]
12000정성태8/9/201923748.NET Framework: 851. WinForm/WPF에서 Console 창을 띄워 출력하는 방법파일 다운로드1
11999정성태8/1/201918003오류 유형: 563. C# - .NET Core 2.0 이하의 Unix Domain Socket 사용 시 System.IndexOutOfRangeException 오류
11998정성태7/30/201920145오류 유형: 562. .NET Remoting에서 서비스 호출 시 SYN_SENT로 남는 현상파일 다운로드1
11997정성태7/30/201920414.NET Framework: 850. C# - Excel(을 비롯해 Office 제품군) COM 객체를 제어 후 Excel.exe 프로세스가 남아 있는 문제 [2]파일 다운로드1
11996정성태7/25/201923410.NET Framework: 849. C# - Socket의 TIME_WAIT 상태를 없애는 방법파일 다운로드1
11995정성태7/23/201927151.NET Framework: 848. C# - smtp.daum.net 서비스(Implicit SSL)를 이용해 메일 보내는 방법 [2]
11994정성태7/22/201921828개발 환경 구성: 454. Azure 가상 머신(VM)에서 SMTP 메일 전송하는 방법파일 다운로드1
11993정성태7/22/201916514오류 유형: 561. Dism.exe 수행 시 "Error: 2 - The system cannot find the file specified." 오류 발생
11992정성태7/22/201918628오류 유형: 560. 서비스 관리자 실행 시 "Windows was unable to open service control manager database on [...]. Error 5: Access is denied." 오류 발생
11991정성태7/18/201915686디버깅 기술: 128. windbg - x64 환경에서 닷넷 예외가 발생한 경우 인자를 확인할 수 없었던 사례
11990정성태7/18/201917937오류 유형: 559. Settings / Update & Security 화면 진입 시 프로그램 종료
11989정성태7/18/201916781Windows: 162. Windows Server 2019 빌드 17763부터 Alt + F4 입력시 곧바로 로그아웃하는 현상
11988정성태7/18/201919296개발 환경 구성: 453. 마이크로소프트가 지정한 모든 Root 인증서를 설치하는 방법
11987정성태7/17/201925224오류 유형: 558. 윈도우 - KMODE_EXCEPTION_NOT_HANDLED 블루스크린(BSOD) 문제 [1]
11986정성태7/17/201916961오류 유형: 557. 드라이브 문자를 할당하지 않은 파티션을 탐색기에서 드라이브 문자와 함께 보여주는 문제
... 76  [77]  78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  ...