Swift의 프로퍼티에 대한 이해

프로퍼티(property)는 직역하자면 “재산”, “소유물” 등으로 번역되는데, 보통은 속성이라고 번역하여 쓰는 것이 일반적이다. (“속성”이라는 의미의 attribute와 혼동이 있을 수 있지만, 일단 언어의 기능으로 한정했을 때에는 크게 상관은 없을 것 같다.) 프로퍼티는 클래스나 구조체 혹은 열거체(enum 타입)의 객체 인스턴스가 그 내부에 가지고 있는, 객체의 상태에 관한 정보를 말한다. 이렇게 말하면 Swift의 프로퍼티는 마치 C 구조체의 멤버 변수와 다름 없다고 생각될 수 있는데, 조금 차이가 있다. Swift의 프로퍼티 개념은 Objective-C의 선언 프로퍼티의 개념을 이어 받은 것이라 볼 수 있다. 따라서 프로퍼티에 대해 생각할 때에는 다음의 특성에 대해 생각해봐야 한다.

  • 객체의 어떤 속성의 상태를 나타내기 위해서 그에 해당하는 값이 객체 내부에 보관(stored)되어야 할 필요가 있다면, 객체가 차지하는 메모리 공간 내부에 실제로 그 값을 위한 저장 공간이 마련되어야 한다.
  • 그리고 객체는 그 프로퍼티를 객체 외부에서 액세스할 수 있도록 읽거나(getter) 쓸 수 있는(setter) API를 제공해야 한다.
  • 따라서 원칙적으로 프로퍼티의 backing storage는 은닉되며, 접근자를 통해서만 액세스하게 된다.
  • 따라서 객체의 프로퍼티는 내부의 저장공간과 그곳을 액세스할 수 있는 접근자를 묶은 개념이라 할 수 있다.

저장 프로퍼티와 계산 프로퍼티

예를 들어 2차원 평면 상의 한 점을 나타내는 Point 라는 타입이 있다고 생각해보자. 평면위의 한 점의 현재 상태는 곧 그 점의 위치이며, 그 점의 위치는 점의 x 좌표 값과 y 좌표값으로 표현될 수 있다. 이 때 x 좌표값, y 좌표값은 마치 타입 내부에서 종속된 변수처럼 생각할 수 있고, 실제 문법상으로도 변수와 같이 선언한다.

struct Point {
  let x: Double
  let y: Double
}

한 점의 각 축에서의 위치는 점이 정의되는 시점에 결정되어 그 점의 특성을 결정하며, 여러 개의 점이 있을 때 각각의 점은 자신의 고유한 위치값을 가지고 있게 된다. 이 때 하나의 점은 그 자신의 x좌표 값과 y좌표값을 “소유한다”고 볼 수 있다. 또한 동시에 점은 각각의 좌표상의 위치라는 단일 값들을 그 내부에 보관하고 있게 된다. 위 코드에서 각 축에서의 위치 정보는 프로퍼티의 이름과 그 타입으로 정의된다.

하나의 Point 타입 객체에 대해서 ‘원점으로부터의 거리’라는 속성을 가진다고 생각해보자. 원점으로부터의 거리는 x, y 좌표 값으로부터 계산해 낼 수 있다. 물론 객체가 생성되는 시점에 주어지는 x, y 거리 값으로부터 계산해서 내부의 별도 저장 공간에 저장해두는 방법이 있겠지만, 필요한 시점에 그것을 계산해서 사용하는 방법도 있다. (Objective-C라면 back storage 변수 없이 getter 메소드만 있는 경우가 된다.) 즉 어떤 프로퍼티들은 다른 프로퍼티 값에 의존하며, 그 값을 위한 저장 공간을 따로 구비하지 않아도 되는 경우가 있다. 이러한 프로퍼티들은 특별히 계산 프로퍼티(계산된 프로퍼티, computed property)라 부르며, 이와 대비해서 내부 저장 공간을 따로 마련하는 프로퍼티는 저장 프로퍼티(저장된 프로퍼티, stored property)라 구분한다.

Objective-C에서 계산 프로퍼티는 getter 메소드만 구현하는 것으로 정의하였는데, 비슷하게 Swift에서는 선언은 변수처럼 하되, getter 접근자를 위한 코드 블럭의 형태로 정의한다.

struct Point {
  let x: Double
  let y: Double
  var distance: Double{
    return hypot(x, y)
  }
}

계산 프로퍼티를 정의하는 방법은 다음과 같다.

  1. 선언자로 var 를 사용한다. 이는 객체의 초기화 시점에 해당 프로퍼티의 값이 정해지지 않으며, 다른 조건에 의해 get 할 때마다 다른 값이 나올 수 있기 때문이다.
  2. 저장 프로퍼티와 마찬가지로 이름과 타입을 명시한다.
  3. { … return value } 의 형태로 getter 메소드의 형태로 본체를 구현한다.

컨텍스트 상으로는 func getDistance() -> Double { return hypot(x, y) } 와 같은 식으로 정의되는 것과 다름없다. Objective-C에서는 aPoint.distance 라 표기가 [aPoint distance]라는 getter 메소드 호출로 자동으로 변환되는데 반해서 Swift에서는 메소드의 호출과 프로퍼티의 getter 호출은 문법적으로 구분되며 aPoint.distance()의 형태로 호환되지 않음에 주의하자.

계산 프로퍼티의 setter

어떤 프로퍼티에 대해서 setter가 있다고 해서, 그 프로퍼티가 반드시 저장 프로퍼티여야 한다는 법은 없다. 위의 계산 프로퍼티 작성 방법은 기본적으로 getter만 있는, readonly 속성임을 가정하고 쓰는 것이다. 만약 읽고 쓸 수 있는 계산 프로퍼티를 만든다면 getter와 setter를 모두 블럭 내에 작성할 수 있다.

Water라는 클래스에 대해서 tempC, tempF라는 두 개의 프로퍼티가 있다고 가정해보자. 이 프로퍼티들은 각각 물의 섭씨온도와 화씨온도를 나타내는데, 두 온도는 특정한 관계식에 의해서 묶여 있는 관계이다. 따라서 섭씨나 화씨 중 하나의 온도만 저장하고 다른 한쪽은 계산 프로퍼티로 만들 수 있다. 블럭안에 get{}, set{} 블럭을 각각 정의해주면, 계산 프로퍼티에 대해서도 setter를 정의할 수 있다.

class Water {
  var tempC: Double = 0
  var tempF: Double {
    get { return tempC * 1.8 + 32 }
    set { tempC = (newValue - 32) / 1.8 }
    // set(newF) 와 같은식으로 새로 받은 값의 이름을 바꿀 수 있다.
  }
}

프로퍼티의 초기화

Objective-C에서는 모든 인스턴스 변수에 대해서 C 원시 타입의 값은 0으로, 모든 객체 참조는 nil로 컴파일러에 의해서 초기값이 주어진다. 따라서 별도의 초기화과정이 기본적으로 필요하지 않았다. 하지만 Swift는 객체(기본적으로 ‘객체’라고 하면 인스턴스를 말한다.)를 사용하기에 앞서서 해당 객체가 점유하는 모든 메모리 공간내에 적절한 초기값이 할당되어 있는 것을 보장해야 한다. 이는 객체의 초기화와 관련된 토픽에서 따로 다뤄야 할 정도로 중요한 내용인데, 기본적으로 구조체나 열거체는 문법적으로 모든 프로퍼티의 값을 고정하거나 외부에서 제시하면서 생객체를 생성하는 것을 원칙으로 한다. 클래스의 경우에는 상속이라는 골치아픈 부분이 존재하기 때문에, 다음의 원칙을 따른다. 1) 해당 클래스에서 처음 도입되는 프로퍼티는 반드시 가장 먼저 초기값을 할당한다. 2) 부모클래스가 존재한다면 반드시 부모 클래스의 지정 이니셜라이저를 통해서 상속받은 프로퍼티를 초기화해야 한다.

예외적으로 초기화 단계에서 고려할 필요가 없는 경우는 두 가지인데, 첫째로 디폴트 값이 코드에서 주어진 프로퍼티는 그 값으로 초기화되는 것으로 간주한다. 이때 옵셔널 타입으로 선언된 프로퍼티는 nil을 초기값으로 갖는 것으로 가정한다. 두 번째는 느긋한 프로퍼티인데, 이는 다음에서 설명하겠다.

프로퍼티 자체는 상수가 되거나 변수가 될 수 있는데, 상수로 정의한 프로퍼티는 변경할 수 없고, 특히 클래스에서 상수 프로퍼티에 디폴트값을 제시한다면 이는 서브클래스에서 오버라이드가 불가능한 점을 참고하자.

느긋한 프로퍼티

느긋한 프로퍼티는 초기화 시점에 초기값을 할당하지 않고, 해당 프로퍼티가 처음 get 되는 시점으로 초기화를 미루는 프로퍼티이다. 특히 프로퍼티를 초기화하는데 많은 연산 혹은 메모리를 필요로하거나, 네트워크 접속과 같이 시간이 오래걸리는 작업을 포함해야 한다면 해당 프로퍼티를 쓸 지 안 쓸지 모르는 상황에서 무조건 생성시에 초기화하는 것은 좋지 않은 전략이다. 대신에 초기화를 특정한 클로저를 통해서 수행하는 것으로 타입과 계약하고 타입은 해당 계약을 신뢰한다.

느긋한 프로퍼티를 정의하는 방법은 다음과 같다.

  1. lazy var 를 통해서 선언한다. 이 때 lazy let 은 허용되지 않는다. 어쨌거나 해당 프로퍼티의 값은 초기화 이후에 결정되는 것이므로 “변하는” 값으로 간주되어야 한다.
  2. lazy var name:Type = { () -> Type in ... } () 의 형태로 구현한다. 계산 프로퍼티와 같이 메소드 형태로 접근자를 제공하는 것이 아니라, 저장 프로퍼티이면서 최초 액세스 시점에 우변이 평가되는 것이다.
  3. 프로퍼티의 초기값을 생성하는 클로저는 객체 외부의 것이며, 따라서 self는 명시적으로 캡쳐해야 한다. 따라서 [unowned self] 를 반드시 명시해서 혹시 모를 메모리 누수를 막도록 한다.

타입 프로퍼티

static (클래스의 경우에는 class) 변경자를 맨 앞에 붙여서 타입 프로퍼티를 정의할 수 있다. 타입 프로퍼티는 해당 타입의 인스턴스가 공유하는 개념이 아니라, 타입 자체가 가지고 있는 프로퍼티를 말한다. 따라서 특정한 객체 인스턴스는 self를 통해서 액세스할 수 없고 반드시 해당 객체의 타입명을 통해서 액세스해야 한다.

프로퍼티 옵저버

프로퍼티 옵저버는 키밸류 옵저빙과는 다르다. 프로퍼티 옵저버는 특정 저장 프로퍼티의 값이 변경될 때, 1)변경되기 직전, 2)변경된 직후에 실행되는 코드블럭을 의미한다. 따라서 내부적으로 setter가 실제로 동작하기 직전과 직후에 일종의 훅을 걸어둔다고 보면 된다. 프로퍼티 옵저버는 접근자 블럭 내에 didSet, willSet 으로 설정한다.

참고로 계산 프로퍼티의 setter는 커스텀한 동작을 수행할 수 있으므로 별도의 옵저버를 따로 설치할 수 없다. 아래의 코드는 bar 라는 프로퍼티에 옵저버를 설치하는 예를 보여준다. 옵저버는 setter가 호출되고 실제로 수행되기 직전/직후에 실행되기 때문에 newValue, oldValue 라는 암묵적인 값을 참조할 수 있다.  아래 예에서 bar 값이 변경되면, 기존 값은 moo로 옮겨지고 changeCount 가 1 올라가도록 연계된다.

class Foo {
  private var changeCount: Int = 0
  var moo: Int = 0
  var bar: Int = 0 {
    didSet {
      var moo = oldValue
      changeCount += 1
    }
  }
}

참고로 이니셜라이저 내에서 특정 프로퍼티의 초기값을 변경하게 되면, 이 때에는 옵저버 메소드를 생략하고 값만 변경된다.1 대신에 프로퍼티 옵저버 내에서 변경하는 다른 프로퍼티는 모두 외부에서 변경되는 것과 동일하게 취급된다. 예를 들어 다음과 같은 상황을 보자.

class Bar {
  var x : Int = 0 { 
    didSet {  y = x + 1 }
  var y : Int = 1 {
    didSet {  x = y - 1 }
  }
}

x, y 의 두 프로퍼티가 1만큼의 차이를 유지하려고 프로퍼티 옵저버를 만들어서 두 값의 차이를 유지하고자 한다. 하지만 이 코드는 심각한 문제가 있다. 두 개의 프로퍼티 옵저버가 계속해서 서로를 호출하는 동작을 하고 있기 때문에 프로그램이 터질 것이다. 이런 경우라면 위의 계산 프로퍼티의 setter를 설정하는 편이 올바른 패턴이라 하겠다.

프로퍼티 상속

클래스의 상속에서 가장 어려운 것 중 하나는 바로 “프로퍼티를 상속받는다”는 개념이다. 프로퍼티를 단순히 멤버 변수 수준으로 이해하고 있다면 이걸 상속받는다는 표현을 이해하기 어렵다. 하지만 프로퍼티는 서두에서 말했듯이 은닉된 저장공간과, 스토리지를 액세스하는 접근자들을 묶은 개념이다.  따라서 프로퍼티를 상속받는다는 것은 접근자를 상속받는다는 것을 의미한다. 프로퍼티 상속과 관련해서는 다음과 같이 정리 가능하다.

  1. 기본적으로 getter, setter 접근자가 상속되며, 이들은 오버라이드 가능하다.
  2. 스토리지 공간은 상속의 개념과 무관하다.
  3. 옵저버는 오버라이드 될 수 없다. 매 단계에서 옵저버들은 현재 클래스에서의 setter에 후킹된다.

그러면 다음과 같이 동작한다고 볼 수 있다.

  1. 저장 프로퍼티를 오버라이드한다는 것은 getter, setter를 오버라이드한다는 의미이다. 따라서 저장 프로퍼티를 계산 프로퍼티로 오버라이드하게 된다. 반대로 그 역의 케이스는 허용되지 않는다.
  2. 오버라이드된 getter, setter에서는 super.prop 의 형태로 부모의 getter, setter를 호출하게 될 것이다.
  3. 현재 클래스의 setter를 호출하면, 현재 클래스의 옵저버가 호출된다. setter 내에서 부모의 setter를 호출하면 그 때 부모의 옵저버가 호출된다.
    1. 현재 클래스에서 willSet 이 호출된다.
    2. 현재 클래스의 setter가 호출된다. 여기서 부모의 setter를 호출한다.
    3. 부모 클래스의 willSet이 호출된다.
    4. 부모의 setter가 스토리지 값을 변경한다.
    5. 부모 클래스의 didSet이 호출된다.
    6. 현재 클래스의 setter 호출이 완료되고, 현재 클래스의 didSet이 호출된다.

다음의 예는 무척 괴상하지만, 프로퍼티 상속의 개념을 이해하는데 도움이 될 것이다.

class Foo {
  var a: Int = 10 {
    willSet {
      print("[Foo] a will change")
    }
    didSet {
      print("[Foo] a did change")
    }
  }
}

class Bar : Foo {
  override var a: Int { // 오버라이드할 때 디폴트값을 바꾸는 것은 허용되지 않는다. 
    get { return super.a * 10 }
    set { super.a = newValue / 10 }
    willSet {
      print("[BAR] a will change")
    }
    didSet {
      print("[BAR] a did change")
    }
}

let b = Bar()
print(b.a)
b.a = 121
print(b.a) // "120"

동작을 설명하면 다음과 같다.

  1. Bar의 getter는 부모 클래스의 저장공간에 대해서 10배 뻥튀기한 값을 리턴한다.
  2. Bar의 setter를 쓰면 부모 클래스의 setter를 이용해서 10분의 1로 줄어든 값을 저장한다.
  3. 이 때 [BAR] a will change -> [FOO] a will Change -> Foo.a 의 값이 12가 됨 -> [FOO] a did change -> [BAR] a did change 순으로 흐름이 진행된다.
  4. 최종적으로 b.a를 출력하면 부모의 a(12가 저장되어 있는)를 가져와서 120으로 뻥튀기해서 출력할 것이다.

클래스의 상속과 프로퍼티의 오버라이딩은 제법 복잡한 이슈인데, 몇 가지 원칙만 소개하자면 다음과 같다.

  1. 프로퍼티는 저장/계산 속성과 상관없이 표면적으로는 getter / setter를 하나의 묶음으로 취급하는 접근자 번들이다.
  2. 여러분이 변태가 되는 것을 막기위해 write-only 프로퍼티 (setter만 존재하는)는 작성이 불가능하다.
  3. 프로퍼티의 오버라이딩은 접근자를 오버라이딩한다는 의미이다.
  4. 위 규칙에 의해 저장 프로퍼티를 계산 프로퍼티로 오버라이드하는 것은 가능하다. 하지만 그 반대의 경우는 허용하지 않는다.
  5. read-write 프로퍼티를 readonly 프로퍼티로 오버라이드할 수 없다.
  6. 프로퍼티 옵저버는 현단계의 접근자와 짝지어지며 상속되지 않는다. (현단계의 setter가 부모클래스의 setter를 호출하면 부모의 옵저버가 실행되는 원리)
  7. 계산 프로퍼티에서 setter에서 변경 전/후의 조작을 수행할 수 있으므로 계산 프로퍼티에는 옵저버를 설치할 수 없다.
  8. 하지만 상속받은 계산 프로퍼티에 대해서는 옵저버 설치가 가능하다.

 

 


  1. 대신에 서브클래스에서 init 할 때 super.init()을 호출한 이후에 변경하려하면 옵저버가 실행된다!