Rust Tutorial 02 - Ownership

December 28th, 2020

Ownership

Heap과 Stack에 대한 이야기가 잠시 나온다.
작성한 코드를 컴파일 하여 실행시키면 코드는 Stack, Heap, Code, Data 영역에 올라가게 된다.
이 챕터에서는 Stack과 Heap에 대해서만 알면된다.
간단히 말하면 미리 할당될 사이즈를 알아서 컴파일시 메모리에 할당되는 변수는 Stack에, 할당할 메모리 사이즈를 미리 예측하지 못하여 runtime 시점에 메모리를 할당해야하는 변수는 Heap에 위치한다고 생각하면 편리하다.

그리고 Heap에 있는 데이터를 가져오는 건 Stack에 있는 데이터를 가져올 때 보다 느리다. Stack은 있는 데이터를 pop해서 바로 가져오지만 heap은 pointer를 참고하여 데이터를 가져와야 하므로 stack보다 조금 더 느리다.

Ownership Rule

Rust는 메모리 관리를 위해 변수에 대해 Ownership rule을 적용한다.
여기서는 메모리는 신경쓰지 말고 rule에 대한 제약사항만 알고가도 충분하다고 생각한다.
C언어를 통해 malloc, free, 포인터의 개념을 알고 있다면 이부분은 매우 쉽게 이해할 수 있으리라 본다.

Rust의 Ownsership Rule 3가지

  1. 러스트의 각각의 값은 해당값의 오너(owner)라고 불리우는 변수를 갖고 있다.
  2. 한번에 딱 하나의 오너만 존재할 수 있다.
  3. 오너가 스코프 밖으로 벗어나는 때, 값은 버려진다(dropped).

Rust의 Variable Scope 기본적으로 변수의 scope 범위는 {} 안으로 한정되고 이 scope를 벗어나면 자동으로 메모리에서 해제된다.

Rust에서 변수의 메모리 관리를 위해 크게 2가지 동작이 발생한다.

  • drop
    • 러스트는 } 괄호가 닫힐때 자동적으로 (내부적으로)drop 함수를 호출하여 메모리의 공간을 비운다.
  • move
    • Heap을 사용하는 변수에 대해서, 첫번째로 선언된 변수를 두번째 선언된 변수에 할당할때 move가 발생한다.
      • Stack에 쌓인 정수형 변수는 move가 아닌 바로 값이 Copy된다.
      • 컴파일 시점에 메모리 사이즈를 정할 수 있어서 스택에 올릴수 있으면 Copy가 가능하다. 그렇지 않은 것은 Copy가 안되며 모두 move 된다.
    • shallow copy와 다른 점은 첫번째 변수에 대해선 무효화가 발생한다는 점이다. 따라서 첫번째 변수는 사용할 수 없게 된다.
    • 이와 같은 move를 통해 double free가 일어나지 않게 된다.

함수를 호출하며 값을 넘기는 것 역시 변수에 대입하는 것과 유사하다.
앞서 말한 규칙대로 move 또는 copy가 될것이란 이야기다.
즉 함수 호출에 쓰인 변수는, 스택만 사용하는 경우 copy 이므로 여전히 호출부 함수 안에서 사용가능하지만 힙을 사용하는 변수라면 move이므로 해당 값은 더이상 호출부 함수에서 사용할 수 없게 된다.

Rust References (참조)

함수 호출시 값을 넣어서 호출하면 변수의 값이 move되어 소유권을 잃어버리게 된다.
소유권을 잃지 않고 함수에서 특정 값을 사용할 수 있게 해주기 위해서는 reference(참조자)를 사용해야 한다.

다음과 같이 사용한다.

fn main() {
	let s1 = String::from("hi"); 
	let result = do_func(&s1); // immutable reference
}

fn do_func(s: &String) -> usize {
	s.len()
}

& 연산자를 이용해 함수에 넘긴다. 함수 선언에서도 타입의 앞에 &를 붙여서 참조자를 사용한다는 것을 명시하였다.

함수의 파라미터를 reference(참조자)로 만드는 것을 borrowing(빌림)이라고 한다.

기본적으로 borrowing한 reference는 값을 수정할 수 없다.
하지만 mut를 통해 값을 수정할 수 있다. 다만 이러한 mutable refrence는 한 변수에 대해 하나의 scope안에서 하나만 만들 수 있다.

즉 아래와 같은 것은 불가능하다.

fn main() {
	let mut s1 = String::from("hi");
	let r1 = &mut s1;
	let r2 = &mut s2; // Error!!
}

이는 data race를 방지하기 위함인데 여기서는 자세히 몰라도 된다.
immutable refrence ex: let s1 = &s1; 는 data race가 발생하지 않으므로 하나의 scope내에서 여러번 선언할 수 있다.
그리고 Rust는 dangling pointer도 방지해준다.

  • Refrence 규칙 요약
    • 한 변수에 대해 아래 2가지중 하나만 사용 가능
      • N개의 immutable reference
      • 한 변수에 대해 한 스코프 안에서 하나의 mutable reference만 선언 가능

Slice

  • String Slice

다음과 같이 사용할 수 있다.

&변수명[startIdx..endIdx];

start부터 시작하여 end이전까지(end는 포함하지 않는) 범위를 의미한다.
다만 start가 0이면 생략가능하다. 그리고 String의 마지막 바이트까지 포함을 의미하려면 endIdx의 값도 생략가능하다.

let s1 = String::from("hello world");
let s2 = &s1[0..5];
let s3 = &s1[..5]; // s2와 같은 의미이다.

String lieteral은 immutable refrence 즉 &str 이다.

let s = "Hello World";
  • 배열 슬라이스
fn main() {
    let a = [1,2,3,4,5];
    let slice = &a[1..3];  // 소유권은 여전히 a, slice는 [2,3,] 값만 빌려옴.
    println!("a is {:?}", &a[..]);
    println!("slice is {:?}", &slice[..]);
}

References

  • https://rinthel.github.io/rust-lang-book-ko/ch04-01-what-is-ownership.html
  • https://doc.rust-lang.org/book/ch04-00-understanding-ownership.html
  • https://hanbum.gitbooks.io/rustbyexample/content/variable_bindings/scope.html
  • rust array 출력 방법
  • Heap slower than Stack

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