[c/objetive-c] 불투명 타입

불투명타입(Opaque Type)

코어 파운데이션 관련 문서를 보면 불투명타입(Opaque Type)이라는 말이 자주 나온다. 코어 파운데이션에서 객체처럼 사용되는 모든 타입들은 불투명타입(CFArrayRef, CFStringRef 등등)이다. "불투명"하다고 해서 감이 쉽게 오지 않는데, 간단히 풀어 쓰자면 "내부의 데이터 구조를 들여다볼 수 없는 타입"이라고 보면 된다.

코코아에서 객체를 만들 때 인스턴스 변수는 기본적으로 protected 나 private으로 만들어지기 때문에 이러한 인스턴스 변수는 객체가 이를 읽거나 쓸 수 있는 메소드(accessor)를 제공하지 않는 이상 객체 속에 어떤 변수들이 있는지 외부에서는 알 수 없다.

불투명 타입도 마찬가지로 객체 내부의 데이터 구조를 감추고 대신 이러한 객체를 다룰 수 있는 API 함수를 통해서만 객체를 조작하도록 하기 위해 사용된다. 즉 내부 정보를 외부에서 들여다 볼 수 없도록 은닉하고 API 함수로만 이를 사용하도록 하는 것이다. 외부에서 내부를 들여다 볼 수 없기 때문에 '불투명 타입'이라고 말한다.

코어 파운데이션은 코코아의 객체들에 대응되는 불투명 타입을 C로 구현한 프레임워크이다. C에서의 객체는 주로 구조체를 사용하여 만들게 되는데, 구조체는 멤버변수들에 대해 점(dot)연산자를 통해(구조체 포인터는 -> 연산자를 사용해서) 접근할 수 있기 때문에 불투명하지 않다.

따라서 이러한 불투명 타입을 만들기 위해서는 void 포인터를 통해서 해당 구조체 포인터를 강제로 캐스팅해서 사용한다. 그리고 API 함수에서는 이 void 포인터를 다시 원래 구조체 포인터로 강제 캐스팅해서 내부의 멤버에 접근하는 방식을 따르면 된다.

예를 들어 연결 리스트를 불투명 타입으로 만든다고 하면 대충 다음과 같은 식으로 타입을 정하는 것이다.

struct __node {
    int value;
} node;

struct __list {
    node* prev;
    node* next;
    unsigned int length;
} list;

typedef void* list_ref;

이제 리스트의 생성자 함수는 다음과 같은 꼴이 된다.

list_ref initList(unsigned int length) {
    list* newList = (list*)malloc(sizeof(list));
    newList->head = (node*)malloc(sizeof(node));
    newList->tail = (node*)malloc(sizeof(node));
    newList->head->next = tail;
    newList->head->prev = NULL;
    newList->tail->prev = newList->head;
    newList->tail->next = NULL;
    newList->length = 0;
    return (list_ref)newList;
}

생성자 함수를 통해 양방향 연결 리스트를 만들어서 그 포인터를 돌려받지만, 타입 자체는 void* 형이므로 그 내부의 구조를 확인할 수 없다. (사용하는 쪽에서 list 구조체의 내용을 알고 있지 않은 이상) 만약 이 리스트의 끝에 새로운 값을 추가하는 API 함수를 작성한다고 하면, 다시 리스트 포인터를 구조체 원형의 포인터로 캐스팅한 다음, 사용해야 한다.

void addValue(list_ref aList, int value) {
    list* cList = (list*)aList;
    node *newNode = (node*)malloc(sizeof(node));
    newNode->value = value;
    cList->tail->prev->next = newNode;
    newNode->prev = cList->tail->prev;
    newNode->next = cList->tail;
    cList->tail->prev = newNode;
    cList->length += 1;
}

언어 자체가 객체 지향적인 특성을 쉽게 지원할 수 있도록 디자인된 C++이라면 객체 내에 private 변수를 선언하는 것으로 객체 내부의 정보를 은닉할 수 있지만, C라고 해서 이러한 캡슐화를 구현할 수 없는 것은 아니다.

또한 이렇게 불투명 타입을 만들어 쓰는 경우에는 생성자 함수에서 메모리 할당 작업을 한 후 생성된 포인터만 돌려주게되므로, 객체를 다쓴 후에 해제를 위해서는 별도의 Close…, Delete… 와 같은 함수를 만들어서 메모리 누수 없이 객체를 해제할 수 있도록 해야 한다.