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Swift init 2부

06 Feb 2019
Swift init 2부 feature image

Swift의 객체 초기화 과정은 앞서서 언급한 것처럼 class의 경우에서 복잡해집니다. 여기서는 Swift의 class init의 과정에 대해 좀 더 살펴보겠습니다. 이전 글인 Swift init 1부를 미리 살펴보면 더 좋습니다.

Two Phase Initialization

Swift class의 초기화 과정은 공식 문서에서 Two Phase Initialization을 거친다고 말합니다. 그래서 다음의 2가지의 과정을 거쳐 class 객체가 초기화 됩니다.

Phase 1

  • designated initializer 혹은, convenience initializer 호출합니다.
  • 객체 인스턴스에 대한 Memory allocation을 수행합니다. 다만 이 때는 stored properties에 들어가는 데이터의 크기를 모르기 때문에 정확한 메모리 크기가 설정되어 있지 않습니다.
  • designated initializer가 모든 stored properties가 설정되었는지 체크 후, property들에 대한 메모리 init을 수행합니다.
  • 이제 subClass의 작업을 마치고 superClass에서 위의 과정과 동일한 작업을 수행합니다.
  • 계층 구조 최상단 superClass가 모든 properties가 값이 있는지 확인 후, init 작업이 완료됩니다.

Phase 2

  • Phase 1을 마치면 self에 접근할 수 있게 되고, 최상단 superClass는 property 값을 변경할 기회를 얻게 됩니다.
  • 값 변경의 기회는 계층 구조 최상단 superClass부터 마지막 subClass의 순서로 주어집니다.
  • 현재 클래스에서 init을 호출한 것이 convenience initializer라면, designated initializer부터 우선적으로 self의 값을 변경할 기회를 얻게 됩니다. 이 작업을 마치면 최종적으로 convenience initializer가 값을 변경할 기회를 얻게 됩니다.

위의 과정을 간단하게 하나의 그림으로 요약하면 아래와 같습니다. Phase 1 단계는 initializer가 isa 포인터를 타고 최상단 superClass로 올라가는 단계를 지칭합니다. Phase 2단계는 최상단에서 내려오면서 최종 subClass에 도착한 후 최종 메소드가 끝나서 인스턴스가 완전히 준비되기 직전까지를 의미합니다.

Note: Two Phase Initialization에서 Phase의 구분을 self 접근을 기준으로 나누는 설명도 존재합니다. 즉, self 접근이 가능한 Phase -> Phase 1 단계, 그렇지 않은 경우 -> Phase 2 단계로 나누는 것입니다. 이러한 구분은 초깃값을 설정하는 것과 혼동(designated initializer에서 모든 stored property에 값이 설정되기 전에 사용되는 self는 초깃값 설정용입니다.)이 될 수 있기 때문에 위의 방식으로 이해하는 것이 좋아 보입니다.

Two Phase Initialization - Code Example

이제는 Two Phase Initialization의 과정을 코드에서 살펴보겠습니다. 과정을 자세히 살펴보기 위해 breakpoint를 찍어서 각각을 살펴보겠습니다.

class SoftDrink {
    var size: String

    init() {
        // Step 3
        self.printHello() // 'self' used in method call 'printHello' before all stored properties are initialized
        self.size = "Regular"
        self.printHello() // 정상 동작
        print("Phase 2")
        print("self 접근 가능")
    }

    func printHello() {
        print("hello")
    }
}
class Coke: SoftDrink {
    var price: Int

    override init() {
        // Step 2
        self.price = 1300
        super.init()
    }

    convenience init(size: String, price: Int) {
        // Step 1
        print("Phase 1")
        print("self 접근 불가능")
        self.init()
        self.size = size
        self.price = price
    }
}

let coke = Coke(size: "large", price: 2000)

Step 1

생성자를 호출하게 되면 객체에 대한 Memory allocation이 일어납니다. 그래서 생성자 호출 직후 self를 출력하게 되면 아래와 같은 메모리 주소값이 설정되어 있습니다.

(lldb) po self
<Coke: 0x101c05000>

다만, 이 단계에서는 stored properties가 설정되어 있지 않은 상황입니다. 그래서 동일한 단계에서 stored properties를 출력할 경우 해당 데이터 타입에 맞는 쓰레기 값이 출력됩니다.

(lldb) po self.price
140736069925464 // 이 숫자는 일정하지 않습니다.

Step 2

designated initializer에서는 현재 subClass의 모든 stored properties에 값이 부여되어 있는지 체크합니다. 만약 값이 타입에 맞게 적절히 설정되어 있지 않다면 컴파일 에러가 발생합니다. 모든 조건을 만족한다면, 이제 인스턴스는 subClass의 stored properties의 값을 설정합니다.(init을 수행합니다.) 이 과정이 완료되면 subClass에 대한 작업은 모두 완료되고, superClass에 대한 작업이 진행됩니다.

Step 3

subClass와 마찬가지로 superClass에서도 stored properties를 설정합니다. 그리고 SoftDrink는 계층 구조 최상단의 클래스입니다. 그래서 초기화 과정중 Phase 1 단계는 이 클래스에서 종료되는데, 그 시점은 stored properties에 모든 값이 들어간 직후 입니다. 만약 stored properties에 초깃값이 설정되어 있지 않은 경우에는 Phase 2 단계로 넘어갈 수 없고, self를 통한 메소드 호출 및 값 변경 등은 불가능합니다.

Step 4(Phase 2)

이후에는 계층구조를 타고 내려오면서 객체에게 값 변경이나 메소드 호출의 기회가 주어집니다.

Two Phase init 과정에서의 Safety Check

Swift는 init의 과정에서 개발자가 생성자를 좀 더 안전하게 사용할 수 있도록 Safety Check 규칙을 제공합니다. 즉, 이 룰을 지키지 않으면 Swift 컴파일러는 컴파일 에러를 일으키고, 코드를 수정하도록 가이드합니다.

Rule 1

  • designated initializer에서는 현재 클래스에서 정의한 stored properties의 값이 delegate up되기 이전에 모두 초깃값을 가지고 있어야 한다.
import Foundation

class TestObject: NSObject {

    let tmpValue: Int

    override init() {
        self.tmpValue = 0 // super.init() 호출 이전에 값이 결정되어야 합니다.
        super.init()
    }
}

이 룰은 위의 경우에서 tmpValue가 super.init()의 호출보다 먼저 설정되는 것을 통해 적용됩니다.

객체의 메모리 크기는 모든 stored properties의 크기를 통해서 크기가 결정됩니다. Initialization 작업은 subClass에서 superClass방향으로 이뤄지고, 마지막 작업은 상속의 가장 위에 있는 class에서 끝나게 됩니다.(Phase 1 종료) 그러므로 subClass의 메모리 크기는 superClass로 가기 전에 알고 있어야 합니다.

Rule 2

  • designated initializer는 상속받은 property의 값을 넣기 전에 superClass의 initializer를 호출해야 한다.(delegate up)
class SuperObject: NSObject {
    var superTmpValue: Int

    override init() {
        self.superTmpValue = -1
        super.init()
    }
}

class TestObject: SuperObject {

    let tmpValue: Int

    override init() {
        self.tmpValue = 0
        super.init()
        super.superTmpValue = -5 // 반드시 super.init() 뒤에 와야 한다.
    }
}

일반적으로 subClass에서 superClass의 property 값을 바꾸는 것은 superClass의 property 값을 그대로 사용하지 않는 경우입니다. 이런 경우가 아니라면 값을 바꿀 필요 없이 그대로 superClass의 값을 사용하면 됩니다. 그런데 superClass의 initializer는 superClass의 stored properties를 반드시 설정합니다. 그래서 super.init() 호출 이전에 subClass에서 superClass의 값을 변경하는 것은 반영이 되지 않을 수 있습니다. 이런 상황을 방지하기 위해 Swift 컴파일러는 상속받은 property의 값을 넣기 전에 superClass의 initializer를 호출하도록 합니다.

Rule 3

  • convenience initializer에서 property에 값을 설정하기 전에 initializer delegation을 수행해야합니다.

Rule 2와 비슷한 것이지만, super.init()이 self.init()으로 바뀐 것으로 이해하면 쉽습니다. 즉, 값 변경을 Phase 1 단계가 아니라 Phase 2 단계에서 수행하도록 강제하는 규칙입니다.

Rule 4

  • Phase 1 단계가 끝나기 전에 어떤 메소드를 호출하거나 프로퍼티에 접근하여 값을 사용하는 것이 불가능합니다.

Phase 1 단계가 완료되면 인스턴스가 초깃값으로 init이 완료됩니다. 반대로 얘기하면 Phase 1 단계에서는 인스턴스가 완전히 init이 되지 않은 상태입니다. 그렇기 때문에 Swift 컴파일러는 Phase 1 단계 이전에 self를 통한 메소드를 호출하거나 프로퍼티에 접근하여 값을 사용하는 것을 제한합니다.

참고자료

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