struct — 개념, 핵심 원리 및 Swift에서의 구문

Swift에서 struct란?

Struct(구조체)는 관련 속성과 메서드를 단일 엔터티로 그룹화하는 Swift의 복합 데이터 타입입니다. 클래스와 달리 구조체는 값 타입입니다. 함수에 전달하거나 새 변수에 할당하면 원본 객체에 대한 참조가 아닌 구조체의 독립적인 복사본이 생성됩니다.

Swift는 모든 기본 타입에 구조체를 사용합니다: Int, Double, String, Bool, Array, Dictionary, Set. 즉, 기본적인 Int조차 구조체처럼 동작하여 할당 시 복사본이 생성됩니다. 개발자는 원하는 속성과 메서드 집합으로 자신만의 구조체를 정의할 수 있습니다.

Swift Evolution (SE-0143)에 따르면, 표준 타입을 구조체로 구현하기로 한 결정은 성능과 예측 가능성 때문입니다. 값 타입은 참조 사이클을 만들지 않으며, ARC 참조 카운팅이 필요 없고, 복사본의 수정이 원본에 영향을 미치지 않음을 보장합니다. 이는 멀티스레드 시나리오에서 데이터 불변성에 매우 중요합니다.

값 타입으로서의 struct

값 타입 의미론이 struct와 class의 주요 차이점입니다. 구조체를 새 변수에 할당하거나 함수에 전달하면 Swift는 모든 데이터의 독립적인 복사본을 만듭니다. 복사본에 대한 변경 사항은 원본에 영향을 미치지 않아 참조 타입의 일반적인 부작용을 제거합니다.

// 값 타입 의미론의 예
struct Point {
    var x: Double
    var y: Double
}

var p1 = Point(x: 10, y: 20)
var p2 = p1        // p2는 p1의 독립적인 복사본
p2.x = 99            // p2만 변경됨
print(p1.x)         // 10 — p1 변경되지 않음
print(p2.x)         // 99

Copy-on-Write 최적화

Swift는 복사 최적화를 위해 Copy-on-Write(COW)를 사용합니다. 여러 변수가 동일한 구조체를 참조하지만 그중 어느 것도 데이터를 수정하지 않으면 실제 복사가 발생하지 않습니다. Swift는 첫 번째 변경까지 변수 간에 메모리를 공유하다가 그때 실제 복사본을 만듭니다. 이는 과도한 할당 작업을 방지하고 컬렉션 작업 속도를 높입니다.

가변성과 mutating 메서드

기본적으로 구조체의 메서드는 해당 속성을 변경할 수 없습니다. Swift는 변경을 수행하는 메서드에 명시적 mutating 키워드를 요구합니다. 이 제한은 우발적인 변경을 방지하고 코드를 예측 가능하게 만듭니다. 메서드가 mutating으로 표시되지 않으면 구조체를 변경하지 않음이 보장됩니다.

Mutating의 작동

메서드 앞에 mutating 키워드를 추가하면 Swift는 구조체의 속성에 새 값을 쓸 수 있습니다. 실제로 메서드는 self = 를 통해 구조체 인스턴스를 완전히 새로운 것으로 바꿀 수도 있습니다. 이 메커니즘은 예를 들어 Option 및 Result 타입에서 사용됩니다.

// Mutating 메서드가 있는 struct
struct Counter {
    private var value: Int = 0

    // Mutating 메서드 — 속성을 수정할 수 있음
    mutating func increment() {
        value += 1
    }

    // Mutating 메서드는 self를 완전히 대체할 수 있음
    mutating func reset() {
        self = Counter()
    }

    // 비-mutating 메서드 — 읽기 전용
    func currentValue() -> Int {
        return value
    }
}

var counter = Counter()
counter.increment()
print(counter.currentValue())  // 1
counter.reset()
print(counter.currentValue())  // 0

Mutating 규칙: 구조체는 var로 선언해야 하며 let으로 선언할 수 없습니다. 상수 구조체는 mutating 메서드를 호출할 수 없습니다. 컴파일러는 빌드 시 이를 확인하며, let 상수에서 mutating 메서드를 호출하려고 하면 컴파일 오류가 발생합니다.

Struct vs Class: 비교

struct와 class 중 선택은 Swift에서 근본적인 결정 중 하나입니다. 두 타입 모두 속성, 메서드, 초기화자를 가질 수 있고 프로토콜을 구현할 수 있지만, 메모리 의미론, 상속, 라이프사이클 관리에서 근본적인 차이가 있습니다.

구조체는 데이터가 상속이 필요하지 않음, 공유 ID를 가지면 안 되는 경우(예: 좌표, 크기, 구성) 및 모듈 간에 전달될 때 선호됩니다. 클래스는 UI 구성 요소(UIView, UIViewController), 싱글톤 및 공유 ID가 있는 객체에 선택됩니다.

struct를 선택해야 하는 경우

Apple은 Swift에서 데이터 모델링을 위해 struct를 기본 타입으로 사용할 것을 권장합니다. 구조체는 예측 가능한 복사 의미론과 참조 카운팅 오버헤드가 없어 대부분의 시나리오에 적합합니다. struct가 최적의 선택인 일반적인 경우를 살펴보겠습니다.

상속이 없는 데이터 모델

엔터티가 상속 없이 데이터를 포함하는 경우(Product, User, Order, Point) struct를 사용하세요. 컴파일러가 자동으로 memberwise initializer를 생성하므로 init을 수동으로 작성할 필요가 없습니다. Equatable과 Hashable도 모든 속성이 이러한 프로토콜을 준수하는 구조체에 대해 자동으로 구현됩니다.

불변 데이터

생성 후 변경되지 않는 구성, 설정 및 플래그의 경우 class보다 struct가 더 좋습니다. 상수(let) 구조체는 모든 중첩 필드의 불변성을 보장하지만, class에서는 이것이 참조에만 적용되고 객체 내용에는 적용되지 않습니다.

멀티스레드 코드

값 의미론으로 인해 구조체는 멀티스레드 환경에서 안전합니다. 각 스레드는 데이터의 독립적인 복사본을 가져와 다른 스레드에 영향을 주지 않습니다. 값 타입에서는 스레드 간 데이터 경합이 불가능하므로 SwiftUI의 모델에 struct가 선호됩니다(ObservableObject는 class가 필요하지만 @State는 struct를 사용함).

// 데이터 모델을 위한 struct 사용 예
struct User: Codable, Identifiable {
    let id: UUID
    var name: String
    var email: String
    var isPremium: Bool

    // 계산 속성 — non-mutating
    var displayName: String {
        isPremium ? "\(name) ⭐️" : name
    }
}

// 자동 memberwise 초기화자
let user = User(
    id: UUID(),
    name: "Alice",
    email: "alice@example.com",
    isPremium: true
)

// 멀티스레딩에 안전한 복사
var userCopy = user
userCopy.isPremium = false
// user.isPremium은 true를 유지

상속(UIKit/AppKit 구성 요소), 공유 ID(대리자, 관찰자) 또는 제어된 객체 라이프사이클(deinit)이 필요한 경우 class를 사용하세요. 그 외 모든 경우에는 struct를 사용하세요.