디버깅 한셀 (3) - 데이터의 수명

소유권의 개념

데이터의 수명을 논할 때는 해당 데이터가 어디에 저장되고 어떻게 제거되는지를 따져봐야 한다. 스택에 저장되는지, 힙에 저장되는지에 따라 메모리가 해제되는 방식도 다르기 때문이다. 특히 힙의 경우, 한 번의 할당은 정확히 한 번의 해제와 짝을 지어야 하기 때문에 이 clean-up을 담당할 주체 - 소유자 -를 잘 살펴봐야 한다.

소유권이란?

C/C++ 같이 직접 메모리를 관리하는 언어나 러스트같이 언어 차원에서 소유권 개념을 도입한 언어로 개발해 본 분들이라면 익숙한 개념이겠지만 그렇지 않은 분들을 위해 간단히 설명하자면 소유자는 소유하는 자원에 대한 관리 책임이 있다.

소유자는 소유하는 자원에 대해...
1. 다른 참조자에게 소유권을 양도하거나         (= move)
2. 제거를 위한 작업을 수행하고 값을 폐기하거나  (= destroy)
3. 다른 참조자에게 참조할 수 있게 해준다       (= shallow copy / borrow)

동일한 자원에 대한 소유권은 오직 하나의 참조자만이 가질 수 있다. 그리고 참조값만을 가진 참조자가 소유자보다 오래 존재할 경우, 폐기된 값에 접근하게 되는 오류가 발생한다.

앞서 2편에서 VB 객체는 fat pointer 형식으로 구현되어있을 것이라 추측했으므로 (가상) 스택에 저장되는 개체라도 실질적인 데이터는 힙에 저장될 가능성을 고려해야 한다. 그 외에도 JS처럼 정수형만을 특별히 포인터가 담길 공간에 저장하여 힙 할당을 생략하는 최적화 기법도 적용되었는지 확인해 볼 필요가 있다.

실험의 구조

실험 구조

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
Option Explicit
Sub Test()
    Dim arr(0)
    Call Foo(arr)
    MsgBox IsEmpty( arr(0) )
    MsgBox arr(0)
End Sub

Sub Foo(arr)
    Dim x
    x = '실험대상
    arr(0) = x
End Sub

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
Option Explicit
Sub Test()
    Dim arr(0)
    Call Foo(arr)
    MsgBox IsEmpty( arr(0) )
    MsgBox arr(0)
End Sub

Sub Foo(arr)
    arr(0) = '실험대상
End Sub

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
Option Explicit
Sub Test()
    Dim arr(0)
    Call Foo(arr)
    MsgBox IsEmpty( arr(0) )
    MsgBox arr(0)
End Sub

Sub Foo(arr)
    Dim x
    x = '실험대상
    arr(0) = x + 0 'identity transformation
End Sub

[소유권 이전] 실험은 Foo 함수의 지역변수 x에서 인자로 받은 arr의 원소로 소유권이 넘어가는지를 확인한다. 만약 값이 항상 남아있다면 소유권이 정상적으로 넘어갔거나 복제되었을 것이고 값이 확률적으로 남아있거나 사라졌다면 소유권은 변경되지 않았다고 볼 수 있다.

[소유권 불변] 실험은 데이터가 상위 스코프로 전달이 될 수 있다는 대조군 실험이다. 여기에서 데이터가 상위 스코프로 전달되지 않는다면 그건 자원 관리가 소유권 모델만으로는 설명할 수 없다는 것을 암시한다.

[값 복제] 실험은 소유권이 이전되지 않을 경우를 대비한 해결책이 의도대로 작동하는지를 확인한다.

이제 위 3개의 실험을 각 자료형별로 Foo 함수를 수정하고 결과를 해석하면 된다.

정수

정수 실험

 9
10
11
12
13
Sub Foo(arr)
    Dim x
    x = 1
    arr(0) = x
End Sub

1
2
False
​           '또는 런타임 오류 '13': 형식이 일치하지 않습니다

 9
10
11
Sub Foo(arr)
    arr(0) = 1
End Sub

1
2
False
1

 9
10
11
12
13
Sub Foo(arr)
    Dim x
    x = 1
    arr(0) = x + 0
End Sub

1
2
False
1

우선 [소유권 불변] 실험을 확인해보면 값이 정상적으로 출력되므로 소유권 모델을 채택해도 됨을 알 수 있습니다.

[소유권 이전] 실험을 보면 확실히 소유권은 넘어오지 않은 것을 알 수 있습니다. 줄 #11에서 정의한 값은 Foo 함수가 종료됨과 동시에 제거된 것입니다. 그리고 종종 오류가 나는 것으로 보아 메모리마저 해제된 것으로 보입니다.

러스트조차 간단한 자료형에는 Copy trait를 붙여줬는데 이건 좀…

가장 간단한 정수도 복제 안 됨 + 소유권 이전 안 됨이므로 나머지 간단한 자료형(실수/날짜/시간/화폐)들은 건너뛰고 word 단위 이상의 자료형들을 살펴보겠다

문자열

문자열 실험

 9
10
11
12
13
Sub Foo(arr)
    Dim x
    x = "Hi"
    arr(0) = x
End Sub

1
2
False
​           '또는 런타임 오류 '13': 형식이 일치하지 않습니다

 9
10
11
Sub Foo(arr)
    arr(0) = "Hi"
End Sub

1
2
False
Hi

 9
10
11
12
13
Sub Foo(arr)
    Dim x
    x = "Hi"
    arr(0) = x & ""
End Sub

1
2
False
Hi

정수와 동일한 결과다. 소유권 이전은 안 되며 복제도 직접 해야만 Foo 함수의 생명주기를 초월할 수 있다.

배열 실험

배열은 리터럴이 없고 복제하는 함수 / 연산자가 없어 [소유권 이전] 실험만 가능하다. 전반적인 구조는 위의 실험과 비슷하지만 배열을 다루기 위해 약간의 수정이 필요하다.

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
Option Explicit
Sub Test()
    Dim arr(0)
    Call Foo(arr)
    MsgBox IsEmpty( arr(0) )
    MsgBox IsArray( arr(0) )
    MsgBox Join(arr(0), ",")    '배열을 출력할 수 있게 변경
End Sub

Sub Foo(arr)
    Dim x(0)
    x(0) = 1
    arr(0) = x
End Sub

기존 실험에서 줄 #6이 추가되고 배열을 출력하기 위해 줄 #7에 Join 함수를 쓰도록 변경됐다.

배열 변수

실험 코드는 바로 위 참고

1
2
3
False
True
런타임 오류 '5': 프로시저 호출 또는 인수가 잘못되었습니다.

비록 줄 #5~#6의 출력 결과는 Foo 함수의 x 배열이 arr의 원소로 남아있는 것처럼 보이더라도 같은 스코프에서 정의된 값에 접근할 수 없으므로 이는 use after free 로 인한 결과라고 볼 수 있다. x 배열의 원소만 해제됐는지 배열 전체가 해제됐는지의 확인은 Test 함수에 UBound 값을 출력하도록 추가하면 된다. 쓰레기값이 나오거나 오류가 발생하면 배열 전체가 해제된 것임을 알 수 있다. 이는 이전 편 Use after free 실험을 위한 primitive 실험 #3에서 다뤘으므로 참고하기 바란다.

배열 생성자

배열 생성자 실험

10
11
12
13
14
Sub Foo(arr)
    Dim x
    x = Array("Hi")
    arr(0) = x
End Sub

1
2
3
False
False
런타임 오류 '13': 형식이 일치하지 않습니다

10
11
12
Sub Foo(arr)
    arr(0) = Array("Hi")
End Sub

1
2
3
False
True
Hi

배열 생성자는 복제가 안 되므로 마지막 실험은 할 수 없었다.

[소유권 이전] 실험에서는 일반 변수와 결과가 동일하므로 추가적인 설명은 생략한다.

[소유권 불변] 실험에서는 생성자가 반환한 값이 상위 스코프에서 받은 arr에게 소유권이 주어진 것을 볼 수 있다. 배열의 생성자는 리터럴이 아니라 함수이므로 여기에서 어쩌면 함수의 반환값은 리터럴처럼 소유자가 지정되지 않은 것이라 예측해 볼 수 있다.

함수의 반환값의 소유권

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
Option Explicit
Sub Test()
    Dim arr(0)
    Call Foo(arr)
    MsgBox IsEmpty( arr(0) )
    MsgBox arr(0)
End Sub

Sub Foo(arr)
    Dim x
    x = '실험대상
    arr(0) = clone(x)
End Sub

Function clone(val)
    Dim cpy
    'val을 cpy로 복제하는 코드
    clone = cpy
End Function

소유권 이전 실험

 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
Sub Foo(arr)
    Dim x
    x = 1
    arr(0) = clone(x)
End Sub

Function clone(val)
    Dim cpy
    cpy = val + 0
    clone = cpy
End Function

1
2
False
0

 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
Sub Foo(arr)
    Dim x
    x = "Hi"
    arr(0) = clone(x)
End Sub

Function clone(val)
    Dim cpy
    cpy = val & ""
    clone = cpy
End Function

1
2
False
Hi

10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
Sub Foo(arr)
    Dim x
    x = Array("Hi")
    arr(0) = clone(x)
End Sub

Function clone(val)
    Dim ub, i
    ub = UBound(val)
    ReDim cpy(ub)
    For i = 0 To ub
        cpy(i) = val(i)
    Next
    clone = cpy
End Function

1
2
False
Hi

정수, 문자열, 배열 모두 clone 함수를 거치면 복제가 되므로 함수의 반환값은 소유권이 지정되지 않은 상태임을 알 수 있다.

흥미로운 점은 함수의 반환값을 직접 clone = <복제된 값> 으로 하지 않고 지역변수에 정의하고 그 변수를 반환값으로 지정해도 된다는 점이다.

결론

한셀 VBS에서 참조자는 한 번 획득한 소유권을 양도하지 않는다
리터럴과 함수의 반환값은 소유권이 없는 초기 상태이다