# 스마트 포인터 (Smart Pointers) ## 학습 목표 * 스마트 포인터의 개념과 필요성을 이해한다. * Rust에서 제공하는 주요 스마트 포인터 타입들을 학습한다. * 각 스마트 포인터의 특징, 사용 사례, 내부 동작 원리를 파악한다. * 스마트 포인터와 소유권, 수명 관리의 관계를 이해한다. * 사용자 정의 스마트 포인터를 구현하는 방법을 익힌다. * 스마트 포인터의 성능 특성과 최적화 기법을 학습한다. * 실제 코드에서 스마트 포인터를 효과적으로 활용하는 방법을 습득한다. ## 스마트 포인터의 개념 스마트 포인터는 포인터처럼 동작하면서 추가적인 메타데이터와 기능을 제공하는 데이터 구조다. 일반 참조자와 달리, 스마트 포인터는 대부분 데이터를 소유한다. Rust에서 스마트 포인터는 주로 `Deref`와 `Drop` 트레이트를 구현하여 만들어진다. ### 스마트 포인터의 필요성 1. 다중 소유권: 데이터를 여러 소유자가 공유할 수 있게 한다. 2. 내부 가변성: 불변 참조를 통해 가변 데이터에 접근할 수 있게 한다. 3. 런타임 다형성: 트레이트 객체를 통해 동적 디스패치를 가능하게 한다. ## Rust의 주요 스마트 포인터 ### 1\. Box `Box`는 가장 단순한 형태의 스마트 포인터다. 힙에 데이터를 할당하고, 스택에는 그 힙 데이터를 가리키는 포인터를 저장한다. 참고로, 커링에서 impl Fn을 중첩할 수 없어서 `impl Fn(String) -> Box () >` 이런 식으로 한 바 있다. 모든 타입에 대해 자유롭다. 특징: * 컴파일 시점에 크기를 알 수 없는 타입을 다룰 때 유용하다. * 큰 데이터를 복사하지 않고 소유권을 이전할 때 사용한다. * 트레이트 객체를 만들 때도 사용된다. `Box` ### 2\. Rc `Rc`는 Reference Counting의 약자로, 다중 소유권을 제공한다. 동일한 데이터에 대해 여러 개의 불변 참조를 가능하게 한다. 특징: * 데이터를 여러 부분에서 공유해야 할 때 사용한다. * 참조 카운트를 통해 마지막 소유자가 드롭될 때 메모리를 해제한다. * 순환 참조를 만들 수 있어 메모리 누수의 가능성이 있다. ### 3\. RefCell `RefCell`는 내부 가변성을 제공하는 스마트 포인터다. 불변 참조를 통해 가변 데이터에 접근할 수 있게 해준다. 특징: * 컴파일 시간이 아닌 런타임에 차용 규칙을 검사한다. * 단일 스레드 환경에서만 안전하다. * `borrow()`와 `borrow_mut()` 메서드를 통해 내부 값에 접근한다. ## VSCode에서 실습 1. VSCode를 열고 새 Rust 프로젝트를 생성한다: `cargo new smart_pointers` 2. `src/main.rs` 파일에 다음 코드를 작성한다: ```rust use std::rc::Rc; use std::cell::RefCell; #[derive(Debug)] struct Node { value: i32, children: RefCell>>, } impl Node { fn new(value: i32) -> Rc { Rc::new(Node { value, children: RefCell::new(vec![]), }) } fn add_child(&self, child: Rc) { self.children.borrow_mut().push(child); } } fn main() { let root = Node::new(1); let child1 = Node::new(2); let child2 = Node::new(3); root.add_child(Rc::clone(&child1)); root.add_child(Rc::clone(&child2)); child1.add_child(Rc::clone(&child2)); println!("Root: {:?}", root); } ``` 3. 터미널에서 `cargo run` 명령어를 실행하여 코드를 컴파일하고 실행한다. ## 테스트 코드 `src/main.rs` 파일의 끝에 다음 테스트 코드를 추가한다: ```rust #[cfg(test)] mod tests { use super::*; #[test] fn test_node_creation() { let node = Node::new(5); assert_eq!(node.value, 5); assert!(node.children.borrow().is_empty()); } #[test] fn test_add_child() { let parent = Node::new(1); let child = Node::new(2); parent.add_child(Rc::clone(&child)); assert_eq!(parent.children.borrow().len(), 1); assert_eq!(parent.children.borrow()[0].value, 2); } #[test] fn test_multiple_ownership() { let node1 = Node::new(1); let node2 = Node::new(2); let node3 = Node::new(3); node1.add_child(Rc::clone(&node2)); node1.add_child(Rc::clone(&node3)); node2.add_child(Rc::clone(&node3)); assert_eq!(Rc::strong_count(&node3), 3); } } ``` ## Reference 1. Rust 공식 문서 - 스마트 포인터: https://doc.rust-lang.org/book/ch15-00-smart-pointers.html 2. Rust 표준 라이브러리 문서: https://doc.rust-lang.org/std/ 3. "Programming Rust, 2nd Edition" by Jim Blandy, Jason Orendorff, and Leonora F.S. Tindall (2021) 4. "Rust in Action" by Tim McNamara (2021) 5. Rust RFC - Stabilize Weak::new(): https://github.com/rust-lang/rfcs/blob/master/text/3110-weak-new.md 6. Rust 블로그 - Rust 2021 Edition: https://blog.rust-lang.org/2021/05/11/edition-2021.html 7. "The Rustonomicon" - Rust의 unsafe 프로그래밍 가이드: https://doc.rust-lang.org/nomicon/ 8. Rust 성능 북: https://nnethercote.github.io/perf-book/ 9. Rust 디자인 패턴: https://rust-unofficial.github.io/patterns/