C# 14 - (3) Span 타입과 배열 간의 암시적 형변환
시리즈의 3번째는,
Working Set C#
; https://github.com/dotnet/roslyn/blob/main/docs/Language%20Feature%20Status.md#working-set-c
[Proposal]: First-Class Span Types #7905
; https://github.com/dotnet/csharplang/issues/7905
Implicit span conversions
; https://learn.microsoft.com/en-us/dotnet/csharp/whats-new/csharp-14#implicit-span-conversions
Span 타입에 관한 내용입니다. C# 7.2와 함께 BCL에 도입된 Span은,
C# 7.2 - Span<T>
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/11534
관리 및 비관리 메모리에 대한 일관성 있는 참조를 제공하면서도
성능까지 높일 수 있게 해주는 타입입니다. 직관적으로는 배열과 유사하지만, 아쉽게도 그동안 별도의 Span<T> 타입으로만 제공되었기 때문에 사용하기가 다소 불편했던 점이 있습니다.
물론 C# 언어가 버전업을 하면서 그런 부분들이 점차로 개선되었고,
C# 11 - Span 타입에 대한 패턴 매칭 (Pattern matching on ReadOnlySpan<char>)
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/13113
C# 12 - 컬렉션 식(Collection Expressions)
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/13415
C# 13 - (5) params 인자 타입으로 컬렉션 허용
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/13705
C# 13 - (9) 메서드 바인딩의 우선순위를 지정하는 OverloadResolutionPriority 특성 도입 (Overload resolution priority)
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/13755
C# 14에 와서 다음의
5가지 규칙을 만족하게 되면서,
- T 타입의 1차원 배열을 Span<T>으로 암시적 형변환
- E 타입과 U 타입이 identity conversion 또는 공변일 때, E 타입의 1차원 배열을 ReadOnlySpan<U>으로 암시적 형변환
- E 타입과 U 타입이 identity conversion 또는 공변일 때, E 타입의 Span<E> 타입을 ReadOnlySpan<U> 타입으로 암시적 형변환
- E 타입이 U 타입에 대해 identity conversion 또는 공변일 때, ReadOnlySpan<E> 타입을 ReadOnlySpan<U> 타입으로 암시적 형변환
- string 타입을 System.ReadOnlySpan<char> 타입으로 암시적 형변환
사실상 언어 내에서 배열과 다름없는 대우를 받게 된 것입니다. 설명할 내용이 저게 전부이긴 한데... 이렇게만 설명하고 끝내면 섭섭할 테니 각각의 규칙에 해당하는 예를 들어 보겠습니다. ^^
1. T 타입의 1차원 배열을 Span<T> 타입으로 암시적 형변환
이 규칙은 C# 13 이전에도 지원했던 것으로, 다음과 같은 코드로 확인할 수 있습니다.
internal class Program
{
static void Main(string[] args)
{
int[] arr = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };
PrintArray(arr); // 1차원 배열을 Span 타입에 전달 (암시적 형변환)
}
// int [] 배열도 전달 가능
static void PrintArray(Span<int> span)
{
for (int i = 0; i < span.Length; i++)
{
Console.WriteLine(span[i]);
}
}
}
뭐, 특별한 것이 없으니 이 정도로 넘어갑니다. ^^
2. E 타입과 U 타입이 identity conversion 또는 공변일 때, E 타입의 1차원 배열을 ReadOnlySpan<U>로 암시적 형변환
이와 연관해서는 C# 13을 기준으로 미리 이전 글에서 한번 설명했습니다.
C# - 배열 및 Span의 공변성
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/13973
C# 14부터 달라진 점은, 더 이상 Span<U> 타입으로의 변환을 지원하지 않고 오직 ReadOnlySpan<U>만 지원한다는 것인데요,
public class Person { /* ...[생략]... */ }
public class Employee : Person { /* ...[생략]... */ }
internal class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Employee[] employees = {
new Employee("Alice", 30, "Developer"),
new Employee("Bob", 40, "Manager"),
new Employee("Charlie", 35, "Designer")
};
// C# 14부터 컴파일 오류
// PrintPerson(employees);
// C# 14부터 ReadOnlySpan<Person>로 암시적 형변환
Print(employees);
}
static void PrintPerson(Span<Person> span)
{
for (int i = 0; i < span.Length; i++)
{
Console.WriteLine(span[i]);
}
}
static void Print(ReadOnlySpan<Person> span)
{
for (int i = 0; i < span.Length; i++)
{
Console.WriteLine(span[i]);
}
}
}
즉, 하위 호환성이 깨진 경우입니다.
Breaking changes in Roslyn after .NET 9.0.100 through .NET 10.0.100
- Span<T> and ReadOnlySpan<T> overloads are applicable in more scenarios in C# 14 and newer
; https://learn.microsoft.com/en-us/dotnet/csharp/whats-new/breaking-changes/compiler%20breaking%20changes%20-%20dotnet%2010#spant-and-readonlyspant-overloads-are-applicable-in-more-scenarios-in-c-14-and-newer
3. E 타입과 U 타입이 identity conversion 또는 공변일 때, E 타입의 Span<E> 타입을 ReadOnlySpan<U> 타입으로 암시적 형변환
이 규칙은 C# 14부터 새롭게 추가된 것으로, 다음의 예제와 같이 Span<Employee> 타입을 ReadOnlySpan<Person> 타입으로 암시적 형변환할 수 있습니다.
static void PrintEmployee(Span<Employee> span)
{
// C# 14부터 ReadOnlySpan<Person>으로 암시적 형변환 가능
Print(span);
}
static void Print(ReadOnlySpan<Person> span)
{
for (int i = 0; i < span.Length; i++)
{
Console.WriteLine(span[i]);
}
}
부가적으로, 위의 코드를 컴파일하려면 .NET 9+ 런타임이 필요하다는 점에 유의해야 합니다. 그렇지 않으면 "error CS0656: Missing compiler required member 'ReadOnlySpan<T>.CastUp'" 컴파일 오류가 발생하는데요, 다시 말해, .NET 9 BCL의 ReadOnlySpan<T> 타입에 CastUp 메서드가 추가돼 C# 14 컴파일러가 활용할 수 있게 된 것입니다.
4. E 타입이 U 타입에 대해 identity conversion 또는 공변일 때, ReadOnlySpan<E> 타입을 ReadOnlySpan<U> 타입으로 암시적 형변환
위의 3번 규칙에서 Span<E>에서 ReadOnlySpan<U>로 형변환이 가능했던 것처럼, C# 14부터 ReadOnlySpan<E> 타입을 ReadOnlySpan<U> 타입으로 암시적 형변환할 수 있습니다.
static void PrintEmployee(ReadOnlySpan<Employee> span)
{
// C# 14부터 ReadOnlySpan<Person>으로 암시적 형변환 가능
Print(span);
}
static void Print(ReadOnlySpan<Person> span)
{
for (int i = 0; i < span.Length; i++)
{
Console.WriteLine(span[i]);
}
}
또한 이것 역시 .NET 9+ 런타임이 필요합니다.
5. string 타입을 System.ReadOnlySpan<char> 타입으로 암시적 형변환
C# 13에서도 가능했었기 때문에 새로울 것은 없으니 아래의 예제로 대체하겠습니다.
PrintString("Hello, World!"); // 문자열 리터럴에서도,
string text = "Hello, World!";
PrintString(text); // string 인스턴스도 ReadOnlySpan<char>로 암시적 형변환
static void PrintString(ReadOnlySpan<char> text)
{
foreach (var ch in text)
{
Console.Write(ch);
}
Console.WriteLine();
}
자, 이렇게 해서 마이크로소프트는 (제목을 ^^ "First-Class Span Types #7905"라고 지었을 정도니까) C#에 Span 타입을 배열에 준하는 수준으로 언어에 자연스럽게 녹아냈다고 평가하는 것 같습니다.
제가 보기에도 이 정도면, (ref struct라는 특성상) 일반 class/struct의 멤버로 정의할 수 없다는 점을 제외하면 배열과 거의 차이가 없다고 봐도 무방할 정도입니다. (굳이 필드로 정의해야 한다면
Memory<T>라는 대안도 있긴 합니다.)
그나저나, 제가 C# 언어에 대한 책을 쓴 경험으로 느낀 건데요, 근래 들어 점점 더 C#의 신규 문법을 소개하기 위해 Spec 문서의 내용을 세세하게 알아야만 하는 경우가 생기는 것 같습니다. C# 13에서도 "Method group natural type improvements"을 설명하기 위해 아래의 내용을 써야만 했었고,
C# - Method Group, Natural Type, function_type
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/13680
이번에도 "
Identity conversion"을 설명해야만 했으니... C# 언어 개발팀에서 한편으로는 열일하는 것도 같고... 다른 한편으로는 이제 넣을 수 있는 기능은 다 넣은 상태에서 버전 업은 해야겠다는 압박감에 쥐어짜는 것 같은 느낌도 드는군요. ^^;
물론, 이런 기능들이 편리하긴 하지만... 그에 따라 설명하는 것도 점점 더 어려워지는 것 같습니다.
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