파이썬과 비교하며 배우는 러스트 프로그래밍

라이프타임과 스태틱

레퍼런스 그리고 소유권 대여 규칙에서 다루지 않은 한 가지가 있습니다. 바로 러스트의 모든 레퍼런스는 유효한 범위인 라이프타임이 있다는 것입니다. 대부분의 경우, 레퍼런스의 라이프타임은 변수의 타입이 추론되는 것과 마찬가지로 대부분의 상황에서 컴파일러가 추론 가능합니다.

라이프타임(lifetime)

하지만 몇몇 상황의 경우, 컴파일러에게 어떤 레퍼런스가 언제까지 유효(living)한가를 명시적으로 알려줘야 할 때가 있습니다. 예를 들어 아래와 같은 경우는 컴파일되지 않습니다.

fn main() {
    let r;

    {
        let x = 5;
        r = &x;
    }

    println!("r: {}", r);
}

내부 스코프에서 참조된 x가 스코프를 벗어나면 값이 삭제되기 때문에 r이 가리키고 있는 값이 없는 상태가 됩니다. 이러한 경우를 댕글링 레퍼런스(Dangling reference)라고 합니다.

아쉽게도 변수에 라이프타임을 추가하는 문법은 아직 러스트에 존재하지 않습니다. 대신 함수에서 파라미터와 리턴 값의 라이프타임을 추가하는 방법을 알아보겠습니다.

함수에서의 라이프타임

fn main() {
    let string1 = String::from("abcd");
    let string2 = "xyz";

    let result = longest(string1.as_str(), string2);
    println!("The longest string is {}", result);
}

fn longest(x: &str, y: &str) -> &str {
    if x.len() > y.len() {
        x
    } else {
        y
    }
}

실행 결과

error[E0106]: missing lifetime specifier
 --> src/main.rs:9:33
  |
9 | fn longest(x: &str, y: &str) -> &str {
  |               ----     ----     ^ expected named lifetime parameter
  |
  = help: this function's return type contains a borrowed value, but the signature does not say whether it is borrowed from `x` or `y`
help: consider introducing a named lifetime parameter
  |
9 | fn longest<'a>(x: &'a str, y: &'a str) -> &'a str {
  |           ++++     ++          ++          ++

이 함수가 x 혹은 y 중 어떤 값을 리턴할 지 알 수 없습니다. 즉 x와 y가 언제까지 스코프에서 유효한지를 알 수 없기 때문에 리턴되는 스트링 슬라이스 역시 언제까지 유효한지를 알 수 없습니다. 따라서 리턴되는 값이 언제까지 유효한지를 알려줘야 합니다.

#![allow(unused)]
fn main() {
&i32        // a reference
&'a i32     // a reference with an explicit lifetime
&'a mut i32 // a mutable reference with an explicit lifetime
}

이 규칙에 따라 longest에 라이프타임을 나타내면 다음과 같습니다.

fn main() {
    let string1 = String::from("abcd");
    let string2 = "xyz";

    let result = longest(string1.as_str(), string2);
    println!("The longest string is {}", result);
}

fn longest<'a>(x: &'a str, y: &'a str) -> &'a str {
    if x.len() > y.len() {
        x
    } else {
        y
    }
}

라이프타임에 대해서 기억해야 할 가장 중요한 점은 "라이프타임 표기는 레퍼런스의 실제 라이프타임을 바꾸지 않는다" 라는 것입니다. 여러 레퍼런스의 라이프타임 사이의 관계를 나타냅니다.

이번에는 서로 다른 라이프타임을 갖는 string1과 string2를 사용해 보겠습니다.

fn main() {
    let string1 = String::from("long string is long");
    let result;
    {
        let string2 = String::from("xyz");
        result = longest(string1.as_str(), string2.as_str()); // 🤯
    }
    println!("The longest string is {}", result);
}

fn longest<'a>(x: &'a str, y: &'a str) -> &'a str {
    if x.len() > y.len() {
        x
    } else {
        y
    }
}

string2의 레퍼런스가 스코프 안에서만 유효하기 때문에 이와 같은 라이프타임을 갖는 result는 스코프 밖에서 유효하지 않습니다.

어찌되었든 유효한 소유권 규칙을 지키기 위해서 서로 다른 라이프타임을 명시하고, 가장 오래 살아남는 x만 리턴하도록 하면 코드를 동작하게 할 수 있습니다.

fn main() {
    let string1 = String::from("long string is long");
    let result;
    {
        let string2 = String::from("xyz");
        result = longest(string1.as_str(), string2.as_str()); // 🤯
    }
    println!("The longest string is {}", result);
}

fn longest<'a, 'b>(x: &'a str, y: &'b str) -> &'a str {
    if x.len() > y.len() {
        x
    } else {
        "y is no use here 🥲"
    }
}

스태틱(static) 라이프타임

한 가지 특별한 라이프타임이 있습니다. 바로 static으로, 해당 레퍼런스가 프로그램이 실행되는 동안 계속해서 존재할 수 있음을 나타냅니다. 모든 문자열 리터럴은 스태틱 라이프타임을 가지고 있습니다.

#![allow(unused)]
fn main() {
let s: &'static str = "Long live the static!";
}

이 문자열의 값은 프로그램의 바이너리에 직접 저장되어 항상 사용할 수 있습니다. 따라서 모든 문자열 리터럴의 수명은 스태틱입니다.

참고로, 문자열 관련 코드를 작성하다가 레퍼런스 관련 오류가 발생하면 오류 메시지에서 스태틱 라이프타임을 사용하라는 컴파일러의 제안을 볼 수 있습니다. 하지만 라이프타임은 문자열의 존재 기간을 명확하게 명시하는 용도이기 때문에 바로 스태틱 라이프타임을 사용하지 말고, 이 문자열의 정확한 라이프타임을 먼저 적용하는 것이 중요합니다.