[객체지향] 6.고급 C# 메모리 관리와 최적화, 구조체와 클래스의 메모리 관리 차이

C#은 객체 지향 프로그래밍 언어로, 메모리 관리는 성능과 애플리케이션 안정성에 막대한 영향을 미칩니다. 메모리 관리에는
가비지 수집, 구조체와 클래스의 차이, 그리고 최적화 기법이 포함됩니다. 이 글에서는 C#의 메모리 관리와 최적화 방법,
구조체와 클래스의 메모리 관리 차이에 대해 깊이 있는 작성과 사례를 통해 설명하겠습니다.

1. C#의 메모리 관리 기본 개념

C#의 메모리 관리는 크게 스택(Stack)과 힙(Heap)으로 나뉩니다.
스택은 메서드 호출 시 생성되는 지역 변수들이 저장되는 메모리 공간이며, 메모리 할당과 해제가
즉시 이루어집니다. 반면, 힙은 동적으로 할당된 객체들이 저장되는 공간으로, 가비지 수집기(GC)에
의해 관리됩니다. 이러한 메모리 구조는 성능에 영향을 미칠 수 있습니다.

1.1. 스택(Stack)과 힙(Heap)의 특징

스택: 지역 변수 저장, 빠른 임시 저장소, 메모리 해제가 신속함.
힙: 동적 객체 저장, 메모리 해제까지 시간이 소요됨, GC의 영향을 받음.

2. 구조체와 클래스

C#에서 구조체와 클래스는 모두 사용자 정의 데이터형을 생성하는 방법입니다. 그러나 이 둘은
메모리 할당 방식과 사용 용도에서 차이가 있습니다. 구조체는 값 형식(value type)이고,
클래스는 참조 형식(reference type)입니다.

2.1. 구조체의 특성

값 형식(value type): 스택에 저장됩니다.
데이터를 직접 복사합니다.
디폴트 생성자가 없습니다.
상속을 지원하지 않습니다.

2.2. 클래스의 특성

참조 형식(reference type): 힙에 저장됩니다.
참조를 통해 접근합니다.
디폴트 생성자를 제공합니다.
상속을 지원합니다.

2.3. 구조체와 클래스의 메모리 관리 차이 예제

C#
public struct MyStruct
{
    public int x, y;
}

public class MyClass
{
    public int x, y;
}

위의 예제에서 MyStruct는 구조체로서 스택에 할당되며, MyClass는 힙에
할당됩니다. 이를 통해 메모리 할당 방식 차이를 이해할 수 있습니다.

3. 가비지 수집(Garbage Collection)

C#에서 가비지 수집은 사용되지 않는 메모리를 자동으로 해제하여 메모리 누수를 방지합니다.
그러나 가비지 수집기는 비즈니스 로직에 따라 여러 문제를 일으킬 수 있습니다. 따라서
성능 최적화를 위해 가비지 수집을 이해하고 최소화하는 것이 중요합니다.

3.1. 가비지 수집의 동작 원리

메모리 사용 여부를 추적합니다.
사용되지 않는 객체를 식별하여 해제합니다.
세대(generation) 기법을 사용하여 성능을 최적화합니다.

3.2. 가비지 수집 최적화 기법

객체의 수명을 줄이기 위해, 적절한 스코프에서 객체를 생성합니다.
구조체를 사용하는 것이 더 적합한 경우에는 구조체를 사용합니다.
객체 풀링(Object Pooling) 패턴을 활용하여 자주 생성되는 객체를 재사용합니다.

4. 성능 최적화 방법

메모리 관리 및 성능 최적화를 위해 적절한 기법을 적용해야 합니다. 여기에 몇 가지
최적화 기법을 소개합니다.

4.1. 불필요한 객체 생성 줄이기

C#
// 나쁜 예
public void Add(int number)
{
    List<int> values = new List<int>();
    values.Add(number);
}

// 좋은 예
public void Add(ref List<int> values, int number)
{
    if (values == null)
    {
        values = new List<int>();
    }
    values.Add(number);
}

4.2. 구조체 대신 클래스를 사용

많은 필드를 갖는 구조체는 스택 공간을 과도하게 사용하여 스택 오버플로우를 유발할 수 있습니다.
이러한 경우, 클래스를 사용하는 것이 더 안전할 수 있습니다.

4.3. 짧은 수명의 객체를 피하기

짧은 수명을 가진 객체는 가비지 수집을 증가시켜 성능 저하를 초래합니다. 객체를
재사용하거나 구조체를 활용하여 성능을 개선할 수 있습니다.

5. 결론

C#에서 메모리 관리와 최적화는 애플리케이션의 성능과 안정성에 매우 중요합니다.
구조체와 클래스의 차이를 이해하고 적절한 메모리 관리 기법을 적용하면
최적화된 코드를 작성할 수 있습니다. 성능 최적화를 위해 메모리 사용 패턴을 분석하고
가비지 수집 최적화 기법을 사용하는 것이 필요합니다.