[📚정보] C# 값타입 참조타입

[개발하고있습니..(wngjdl1212)]

결론부터 말하자면 값타입이라고 무조건 스택에 존재하는게 아닙니다

우선 이 글은 문서와 실제 코드로 증명하는게 목표입니다

1. 스택에 존재하려면 함수안에 있어야된다.

말이 좀 추상적이지만 의미는 아래 간단한 예제를 보자

우리가 볼건 함수안이다 메인함수에서 두 a변수에 10을 넣는다 이때 두 a변수는 정말로 스택에 존재할까? 

증명1

증명을 위해 코드를 좀 수정하겠다

C.a를 스팬으로 했다(스팬은 ref struct로 오직 스택에만 있을수있다)

그러자 에러가 뜬다. 물론 완벽한 증명은 아니다 그져 논리적으로 막힐뿐이다

증명2

중단점을 찍고 디스어셈블리를 연다

그리고 콜스택을 추적해보자

일단 두 차이 점은 명령어 하나 차이다 하지만 이 차이는 좀 크다

먼저 c.a=10을 보자면 

스택에서 포인터(우리가 생성한 c에 포인터) 가져온다 가져옵니다

자세한 설명:

스택에서 오프셋(스택프레임, 지역변수 등등)을 더한 값(포인터)를 레지스터에 넣습니다

그 포인터로 접근해서 a변수에 10을 넣습니다(여기선 16진수입니다)

자세한 설명:

레지스터에 있는 포인터에 오프셋(클래스 헤더, 멤버변수 등등)을 더하고 메모리를 접근해서(접근한 메모리는 c몸체) a변수에 10을 넣는다

그 다음은 c=10입니다

스택에(a에) 10을 넣습니다

자세한 설명:

스택에서 오프셋(스택프레임, 지역변수 등등)을 더한 메모리에 10을 넣습니다

요약

c.a=10은 힙에 있는 c에 a를 가져와 10을 넣는다 즉 a는 힙에 존재한다

a=10은 스택에 10을 넣는다

2. 배열

이 글을 쓴 이유다 

우선 모르시는분들이 있을수있기에 짤막한 지식과 증명을 먼저 하겠다

-2.1 C# 배열은 근본적으로 무엇인가

c#에서 배열은 int[]이런식으로 되있는건 다 안다 그리고 이건 array추상 클래스에 자식이다 즉 array를 상속받은 놈들이다 그리고 list는 가변배열이지만 진짜 물리적으로 가변배열이다 즉 링크드 리스트가 아니다 때문에 list안에 추가하게 되면 현재있는 배열을 버리고 지금 크기에 두배로 재할당한다(두배로 할당하는 이유는 미래에 오버헤드를 줄이기 위해) 때문에 list안 갯수를 예측가능하다면 생성자에 예측한 갯수를 써주면 생성할때 그 만큼 할당된체 생성된다

증명

이건 귀찮지 않도록 msdn에 있었다 다행이다

출처 : https://learn.microsoft.com/ko-kr/dotnet/api/system.array?view=net-7.0

-2.2 값타입에 배열

이 또한 간단한 예제를 보겠다

(숫자는 그냥 아무거나 했다 의미x)

그냥 C클래스(참조타입)배열과 int(값타입)배열을 만들고 할당하는 코드이다 

a배열 요소들은 힙에 있을까 스택에 있을까?

증명1

증명을 위해 스팬을 또 써보자

이 역시 에러가 난다

증명2

어셈블리어를 보자

뭔가 굉장히 많다 하지만 필요한 부분만 보면 된다

먼저 a[0] = 45632;

스택에서 a를 가져옵니다

자세한 설명:

스택에서 오프셋(스택프레임, 지역변수 등등)을 더한 값(포인터)를 레지스터에 넣습니다

a[0]에 주소를 가져옵니다

자세한 설명:

레지스터에 있는 포인터에 오프셋(배열정보, 인덱스)을 더한 메모리에 주소를 레지스터에 넣습니다

a[0]에 45632를 넣습니다

자세한 설명:

레지스터에 있는 포인터로 메모리를 접근해서 a[0]변수에 45632를 넣는다

진짜 그런지 실행결과도 봅시다

첫번째에서 직접 레지스터에 있는 값으로 a[0]주소로 가봅시다

깨끗하네요 중간에 배열 크기가 10개라고 10들어가있네요(여기선 16진수로 나옵니다) 잘찾아온거 같습니다

두번째로 가볼까요

당연히 아직 깨끗합니다

세번째로 가면 

이런식으로 바뀌게 됩니다 저 값이 맞는지 한번 볼까요

정확하네요(리틀엔디안입니다)

다음은 c[0] = new C() { a = 592152 };입니다

C클래스를 위에서 생성했고 그걸 스택에 넣습니다

자세한 설명:

필요없음

스택에서 만든 C클래스를 가져옵니다

자세한 설명:

스택프레임 오프셋으로 스택에서 가져온 C클래스(포인터)를 레지스터에 넣습니다

가져온 C클래스에 a변수에 592152를 넣습니다

자세한 설명:

레지스터에 있는 포인터로 접근하고 오프셋으로 a에 접근하고 592152를 넣습니다  

이것도 맞는지 한번 볼까요 생성된C클래스에 접근해보겠습니다

첫번째 

두번째

세번째

저 값이 맞는지 한번 보겠습니다

정확하네요

요약

값타입으로 배열을 만들어도 배열은 힙에 있다

[태보미(taebomi)]

[익명(218.144)]

https://stackoverflow.com/questions/4853213/are-structs-always-stack-allocated-or-sometimes-heap-allocated/4853251#4853251
값 유형과 스택/힙 메모리와의 관계가 더 궁금한 사람은 참고

[카퍠인(happys96)]

[익명(14.32)]

근데 변수가 스택에 있든 힙에있든 뭔상관임? 무슨 차이가 있지?

[개발하고있습니다(wngjdl1212)]

스택은 clr gc에 의해 관리되지 않습니다 그리고 관리가 자동입니다 하지만 힙은(관리되는힙일때) gc에 관리되고 gc tree에 추적 당하고 있고 계속해서 메모리 주소가 바뀝니다(포인터에 넣으면 안됩니다) 그리고 할당도 결론적으로는 시스템콜이므로 오버헤드가 있습니다 그리고 앞서 말했듯이 gc대상이므로 세대교체시 모든 스레드가 멈출수있습니다

[익명(14.32)]

그니까 결론적으로는 별로 신경 안써도 되는거네?

[익명(218.144)]

유니티가 CoreCLR GC였다면 엄청나게 많은 최적화 때문에 별로 신경 안써도 됐겠지만 모노여서 문제지 진짜 옛날 방식 GC라 성능이 보통 구린게 아님 세대 기반도 아니거든...

[개발하고있습니다(wngjdl1212)]

맞아요 예전엔 개선한다고 했지만 요즘은 il2cpp로 눈돌린거 같아서 버렸다고 보면 될거 같아요 - dc App

[익명(218.144)]

IL2CPP도 모노에서 사용하는 GC랑 거의 동일한걸로 알음 애초에 AOT 때문에 나온 솔루션이니 성능이 더 좋다는 보장도 없었음 단지 최종 코드가 네이티브 코드다 보니깐 더 좋을 가능성이 있었을뿐 그래도 유니티가 플레이어부터 CoreCLR 통합을 내년까지 한다 했으니 기대해보는중

[개발하고있습니다(wngjdl1212)]

모노를 버렸다고 말한거긴하지만 gc성능은 모르겠네요 나중에 최대한 공정하게 측정해봐서 공유 해보죠 - dc App

[익명(219.250)]

이거보고 어셈블리 배우러 간다

[익명(59.19)]

어셈블리어쪽 설명이 값 형식인지 참조 형식인지에 대한 설명인거 같은데... 스택인지 힙인지 에 대한 증명이 아니지 않음? 내가 이해를 못하는건가...

[개발하고있습니다(wngjdl1212)]

포인터는 스택에 있고 진짜 값은 힙에 있다는걸 알려주고 싶었던거에요 좀 밑에 글쪽에 값형식 배열이면 스택에 있다고 말하는 분들이 있길레 질문하시는분들이 잘못알면 안되니 또 그렇게 알려주신분들도 고개가 갸웃하지 않게 하려고 최대한 자세하게 말해봤는데 제가 가르치는걸 잘 못해서 그렇게 느끼신거 같네요 노력해보겠습니다 - dc App

[겐주(gun913)]

난 아직 좆밥이구나 - dc App

[익명(121.173)]

와 배열은 그냥 무조건 다 힙이구나

[익명(121.173)]

"배열도 객체이다"

[익명(211.196)]

형 할당은 힙에 되지만 함수 끝나면서 해제는 GC에서 안먹고 자동으로 되는거야?

[개발하고있습니다(wngjdl1212)]

C#에서 일반적으로 힙에 할당되면 gc가 관리해줍니다 다른경우는 관리되지 않는 힙이 있지만 주소 고정이 필요할때처럼 특수한경우 아니면 사용안하니 c#에서 힙에 할당되면 gc가 무조건 관리한다라고 보시면 됩니다 그리고 스택은 관리가 자동입니다 위 어셈블리어 보면 알수있지만 컴파일러가 할당과 해제를 그냥 인라인으로 박았다 보시면 됩니다 - dc App

[익명(106.243)]

두 경우 모두 클래스의 멤버변수니까 int 같은 값타입이라도 힙에 존재하는게 되는거지. Span 써서 증명하는거는 재밌는것 같네

[개발하고있습니다(wngjdl1212)]

List는 멤버로 배열이 있는건 맞지만 그자체도 참조이기 때문에 배열도 힙에 있게 되는겁니다 list는 그렇게 생각하셔도 되지만 배열은 앞서 말한데로 생각하셔야되요 - dc App

[익명(219.248)]

리스트랑 배열이랑 다르게 생각해야한다는게 무슨소린지 잘모르겠네. 둘다 클래스니까 얘네들의 멤버변수들은 힙에 할당된다는 얘기였음. 증명과정이랑 결론은 맞다고 보는데. 증명과정 예시에서 값타입 변수 int 가 힙에 할당된 이유를 말한거임. - dc App

[개발하고있습니다(wngjdl1212)]

배열은 파생참조여서 힙에 있다라고 생각하시면 될거 같습니다 위글에선 안나왔지만 값타입 배열을 스택에 할당하는방법은 있긴합니다 그래서 이렇게 생각하는게 맞지 않을까합니다 결론은 클래스 멤버로 있다고 하더라도 포인터가 스택을 가르킬수있습니다 list또한 최종적으론 이렇게 생각하시면 좋을거 같습니다 - dc App