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C# 10 - (15) 구조체 타입에 기본 생성자 정의 가능

그동안, 구조체에 기본 생성자를 정의할 수 있게 해달라는 요구 사항이 있었지만 지금까지 미뤄오던 마이크로소프트가 드디어 ^^ C# 10에서 이 기능을 제공하게 되었습니다. 아마도 이번 역시 record struct가 나오면서 기본 생성자가 없는 record 정의가 기존의 record class에 비해 제약이 많아 더 미룰 수 없어 지원하게 된 것이 아닌가... 생각됩니다.

그나저나, 아래에서 나열한 것들을 보면... 단지 기본 생성자 하나에 이렇게나 많이 주변 상황이 엮이는 것을 보면... 이 기능을 지원하지 않았던 마이크로소프트의 심정을 조금은 이해할 수 있을 것 같습니다. ^^;




제목에서처럼 이제 구조체에 기본 생성자를 사용할 수 있습니다.

public struct S
{
    public int i;

    public S() { i = 10; }
}

다소 헷갈릴 수 있지만 아래의 경우는 (기본 생성자가 아닌) 기본값이 설정된 인자를 가진 생성자이기 때문에 (구조체의 기본 생성자를 호출하기 위한) new() 코드에서는 바인딩이 되지 않습니다.

struct S1 
{ 
    public S1(string s = "test") 
    {
        Console.WriteLine(s);
    }
}

struct S2 
{ 
    public S2(params object[] args) 
    {
        Console.WriteLine(args.Length);
    } 
}

public class Test
{
    public void Create()
    {
        {
            S1 instance1 = new S1(); // S1 생성자 호출이 되지 않음
            S2 instance2 = new S2(); // S2 생성자 호출이 되지 않음
        }

        {
            S1 instance1 = new S1(s: "test5"); // 명시적으로 인자를 가진 생성자 호출
            S2 instance2 = new S2(args: "test5"); // 명시적으로 인자를 가진 생성자 호출
        }
    }
}

아울러 (대부분의 경우겠지만) 구조체가 필드를 가진다면 기본 생성자를 명시적으로 사용하는 경우 반드시 모든 필드가 초기화되어야 합니다. 가령 다음과 같은 경우는 모두 컴파일 오류가 발생합니다.

struct Init0
{
    public int intField;
    public string textField;

    // intField의 초기화 누락: 컴파일 오류 - error CS0171: Field 'Init0.intField' must be fully assigned before control is returned to the caller
    public Init0()
    {
        textField = "None";
    }
}

struct Init1
{
    public int intField;
    public string textField;
    public float floatField = 0.5f;

    // textField 초기화 누락: error CS0171: Field 'Init1.textField' must be fully assigned before control is returned to the caller
    public Init1()
    {
        intField = 5;
    }
}

struct Init2
{
    public int intField;

    // 일단 생성자를 정의했다면 모든 필드를 초기화해야 함: error CS0171: Field 'Init2.intField' must be fully assigned before control is returned to the caller
    public Init2()
    {
    }
}

즉, 필드 선언에 초기화를 한 것과 생성자의 초기화를 합쳐 어쨌든 모든 필드가 초기화를 마쳐야만 합니다. 따라서 다음의 생성자 사용은 유효합니다.

struct Init3
{
    public int intField;
    public float floatField = 0.5f;
    
    // 필드 초기화와 생성자 초기화를 통해 모든 멤버 초기화 완료
    public Init3()
    {
        intField = 5;
    }
}

struct Init4
{
    public int intField = 5;
    public float floatField = 0.5f;

    // 모든 필드 초기화로 생성자에서는 초기화 코드 필요 없음
    public Init4()
    {
    }
}

struct Init5
{
    public int intField;
    public float floatField;

    // 생성자에서 모든 필드 초기화
    public Init5()
    {
        intField = 5;
        floatField = 0.5f;
    }
}

필드 초기화의 경우 결국 생성자의 코드로 병합이 됩니다. 생성자 내의 초기화 순서상으로 보면 필드 초기화 코드가 먼저 오고, 이후 생성자에 명시한 코드가 옵니다. 따라서, 위의 Init3, Init4 구조체는 결국 다음과 같이 생성자의 코드로 병합이 됩니다.

struct Init3
{
    public int intField;
    public float floatField; // = 0.5f;
    
    public Init3()
    {
        floatField = 0.5f; // 필드 초기화 먼저!
        intField = 5;
    }
}

struct Init4
{
    public int intField; // = 5;
    public float floatField; // = 0.5f;

    public Init4()
    {
        // 소스 코드에 명시한 순서로 초기화
        intField = 5;
        float floatField = 0.5f;
    }
}

따라서 필드 초기화를 한 경우 생성자에서도 중복돼 있다면 생성자의 코드가 최종 값이 됩니다. 또한 필드 초기화는 인자를 갖는 생성자가 있다면 그곳에도 함께 병합이 됩니다.

struct Init6
{
    public int intField = 5;
    public float floatField;

    public Init6()
    {
        // 이곳에 intField = 5 코드가 삽입됨
        floatField = 5.0f;
    }

    public Init6(float value)
    {
        // 이곳에도 intField = 5 코드가 삽입됨
        floatField = value;
    }
}




유의할 것은, 기본 생성자를 정의했다고 해서 new를 사용하지 않은 경우의 구조체 인스턴스가 선언되었을 때 자동으로 생성자가 불리지는 않습니다

public static class Program
{
    static void WriteValue(Person instance)
    {
        Console.WriteLine(instance.Age);
        Console.WriteLine(instance.Name);
    }

    public static void Main()
    {
        {
            Person instance; // 기본 생성자가 호출된 것은 아니므로!

            // 컴파일 에러 - error CS0165: Use of unassigned local variable 'instance'
            WriteValue(instance);
        }

        {
            Person instance; // 생성자가 호출되지는 않았지만,

            // 모든 필드를 초기화했으므로,
            instance.Age = 35;
            instance.Name = "Anders";

            // 정상적으로 호출 가능
            WriteValue(instance);
        }

        {
            Person instance = new Person(); // 기본 생성자가 호출돼 모든 필드가 초기화되었으므로!
            WriteValue(instance); // 컴파일 가능
        }
    }
}

public struct Person
{
    public int Age;
    public string Name;

    public Person()
    {
        Age = 1;
        Name = "Doe";
    }
}

위에서 보는 것처럼, C# 컴파일러는 해당 구조체의 멤버가 사용되기 전 초기화가 안 되었음을 알고 있으므로 그에 따른 컴파일 오류를 냅니다. 하지만, 이런 필드 초기화 판단을 할 수 없는 경우가 있는데, 다음과 같이 인자가 있는 생성자를 가진 구조체에 대해 new를 하는 경우입니다.

struct S
{
    public int i = 5;

    public S(int i) { this.i = i; }
}

public class Test
{
    static T CreateNew<T>() where T : new() => new T(); // 기본 생성자가 없으면 무시, 있으면 호출

    public void Create()
    {
        // 클래스의 경우 기본 생성자 없이 인자만 가진 생성자가 있으면 컴파일 오류가 발생하지만,
        // 구조체의 경우에는 가능
        {
            S instance = new S(); // 필드 i가 초기화되지 않았지만 컴파일 성공
                                  // 공식 문서에서는 경고가 발생한다고 하지만, 현재 테스트로는 경고 없음
            Console.WriteLine(instance.i); // 출력 결과: 0
        }

        {
            S instance = CreateNew<S>(); // 필드 i가 초기화되지 않았지만 컴파일 성공
            Console.WriteLine(instance.i); // 출력 결과: 0
        }
    }
}

new의 또 다른 사례로, 메서드의 기본 값 구문에 사용된다면 기본 생성자를 가진 인스턴스는 컴파일 오류가 발생합니다.

public struct WithCtor
{
    public WithCtor() {  }
}

public struct WithoutCtor
{
}

public class Test
{
    // 기본 생성자를 가진 타입의 경우
    // 컴파일 오류 - error CS1736: Default parameter value for 'instance' must be a compile-time constant
    public void Default(WithCtor instance = new()) 
    {
    }

    // 기본 생성자가 없는 타입의 경우 - 컴파일 허용
    public void Default(WithoutCtor instance = new())
    {
    }
}

또한, 구조체 내에 구조체를 포함하는 경우에도 생성자가 호출되지 않고,

struct S0
{
    public S0() { } // 생성자를 가진 S0 타입
}

struct S1
{
    S0 F; // S0 생성자 호출 없음
}

struct S<T> where T : struct
{
    T F; // 형식 인자 T로 생성자를 가진 구조체가 와도 생성자 호출 없음
}

default 식도 생성자를 배려하지 않으며,

_ = default(S0); // S0 타입이 생성자가 있어도 호출되지는 않음

배열에서도 생성자 호출은 없습니다.

struct S { public S() { } }

var a = new S[10]; // 10개의 구조체 모두 생성자 호출은 없음




클래스와는 달리 구조체의 경우 public 이외의 접근자를 가진 기본 생성자를 정의할 수 없습니다.

struct S1 { public S1() { } } // 가능

// 컴파일 오류 - error CS8958: The parameterless struct constructor must be 'public'.
struct S2 { internal S2() { } }

따라서 Factory 패턴이나, Singleton 패턴을 구현하기에는 적당하지 않습니다.




this를 이용해 생성자 간에 연결은 가능하지만,

public struct Vector
{
    public float X;
    public float Y;

    public Vector() : this(0.0f, 0.0f)
    {
    }

    public Vector(float x, float y)
    {
        this.X = x;
        this.Y = y;
    }
}

base 호출은 할 수 없습니다.

public struct Point
{
    public int X;
    public int Y;

    // 컴파일 오류 - error CS0522: 'Point': structs cannot call base class constructors
    public Point() : base()
    {
        X = 0;
        Y = 0;
    }
}

사실 모든 struct는 sealed 유형이므로 상속이 불가능해 base 생성자를 호출하는 것이 (굳이 막을 필요도 없었겠지만) 의미가 없긴 합니다.




당연히 위의 모든 변화는 record struct에도 반영이 되고, 원칙은 위에서 설명한 것과 같습니다.

record struct R1
{ 
    int F = 42; // 기본 생성자에서 초기화
}

record struct R2(int F)
{ 
    int F = F;  // (기본 생성자가 아닌) int F를 인자로 받는 생성자에서 초기화
}

record struct R3(int F)
{
    public R3() : this(0) { } // 반드시 (int F) 생성자 호출을 해 필드 초기화
}

위의 코드는 record struct가 가진 몇몇 특이함을 보여줍니다. 가령 R3 구조체의 경우, "record struct R3(int F)"로 인해 추가되는 생성자를 this로 호출하지 않고, 다음과 같이 초기화 코드를 포함하는 식으로 바꿔도 오류가 발생합니다.

record struct R3(int F) // 이렇게 생성자가 정의되는 경우,
{
    // 필드 초기화를 했어도 컴파일 오류, 반드시 this로 연계해 필드 초기화
    // error CS8862: A constructor declared in a record with parameter list must have 'this' constructor initializer.
    public R3() { this.F = 0; }
}

또한 R2의 경우 굳이 필드 초기화를 할 필요가 없어 다음의 코드와 동일합니다.

record struct R2(int F);

즉, R1과 R2는 다음과 같은 식으로 생성자 코드에 병합됩니다.

record struct R1
{ 
    int F; // = 42; 

    public R1() // 인자 없는 생성자에 병합
    {   
        F = 42;
    }
}

record struct R2(int F)
{ 
    int F; // = F; 

    public R2(int F) // 기존의 생성자 코드에 병합
    {
        this.F = F;
    }
}

마지막으로 현실적인 사용 사례로 봤을 때, C# 10에서 struct의 기본 생성자를 허용하게 된 것은, 결국 다음과 같이 record class/struct를 동일한 방식의 초기화 코드로 다룰 수 있도록 만들고 싶었기 때문일 듯합니다.

record struct Student()
{
    public string Name { get; init; } = "";
    public object Id { get; init; } = DateTime.Now;
    public int Age { get; init; } = 0;
}

record class Teacher()
{
    public string Name { get; init; } = "";
    public object Id { get; init; } = DateTime.Now;
    public int Age { get; init; } = 0;
}




C# 10 - (1) 구조체를 생성하는 record struct (공식 문서, Static Abstract Members In Interfaces C# 10 Preview)
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/12790

C# 10 - (2) 전역 네임스페이스 선언 (공식 문서, Global Using Directive)
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/12792

C# 10 - (3) 개선된 변수 초기화 판정 (공식 문서, Improved Definite Assignment)
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/12793

C# 10 - (4) 상수 문자열에 포맷 식 사용 가능 (공식 문서, Constant Interpolated Strings)
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/12796

C# 10 - (5) 속성 패턴의 개선 (공식 문서, Extended property patterns)
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/12799

C# 10 - (6) record class 타입의 ToString 메서드를 sealed 처리 허용 (공식 문서, Sealed record ToString)
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/12801

C# 10 - (7) Source Generator V2 APIs (공식 문서, Source Generator V2 APIs)
; (예약) https://www.sysnet.pe.kr/2/0/12804

C# 10 - (8) 분해 구문에서 기존 변수의 재사용 가능 (공식 문서, Mix declarations and variables in deconstruction)
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/12805

C# 10 - (9) 비동기 메서드가 사용할 AsyncMethodBuilder 선택 가능 (공식 문서, Async method builder override); 
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/12807

C# 10 - (10) 개선된 #line 지시자 (공식 문서, Enhanced #line directive)
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/12812

C# 10 - (11) Lambda 개선 (공식 문서 1, 공식 문서 2, Lambda improvements) 
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/12813

C# 10 - (12) 인터페이스 내에 정적 추상 메서드 정의 가능(공식 문서, Static Abstract Members In Interfaces C# 10 Preview)
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/12814

C# 10 - (13) 문자열 보간 성능 개선 (공식 문서, Interpolated string improvements)
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/12826

C# 10 - (14) 단일 파일 내에 적용되는 namespace 선언 (공식 문서, File-scoped namespace)
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/12828

C# 10 - (15) 구조체 타입에 기본 생성자 정의 가능 (공식 문서, Parameterless struct constructors)
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/12829

C# 10 - (16) CallerArgumentExpression 특성 추가 (공식 문서, Caller expression attribute)
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/12835

C# 10 - (17) 제네릭 유형의 특성 허용 (공식 문서, Generic attributes)
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/12839

Language Feature Status
; https://github.com/dotnet/roslyn/blob/main/docs/Language%20Feature%20Status.md




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[최초 등록일: ]
[최종 수정일: 10/1/2021]

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