[Swift] String과 Substring을 메모리에서 효율적으로 관리하는 방법

SubString이란?

Swift에서 문자열(String)에서 일부만 필요에 의해 분리하여 사용하기 위해 prefix(_ : )와 같은 부분 문자열(Substring)을 뽑아내는 메서드를 사용하게 됩니다.

이때 String에서 분리된 문자열은 String 타입이 아닌 Substring 타입으로 따로 정의가 되어 있는데 우리가 사용할 때 굳이 구분하지 않는 이유는 String과 Substring 모두 StringProtocol을 준수하고 있기 때문입니다. (POP의 장점?!)

 

 

그렇다면 String에서 분리한 Substring은 메모리에서 어떻게 관리될까?

다음과 예제를 같이 살펴봅시다

let greeting = "Hello, world!"
let index = greeting.firstIndex(of: ",") ?? greeting.endIndex
let beginning = greeting[..<index]
// beginning is "Hello"

위 코드는 "Hello, world!" 문자열(String)에서 "Hello"만 분리하여 beginning 불변 변수(immutable variable)에 할당했습니다.

물론 beginning 불변 변수의 타입을 확인해보면 SubString 타입임을 알 수 있습니다!

beginning 타입 출력

아래 이미지는 위 예제 코드의 메모리 구조를 도식화한 것입니다

처음 문자열 "Hello, world!"가 메모리에 할당되고 나서 부분 문자열 "Hello"를 분리했을 때 다시 "Hello"를 재할당해서 beginning이 가리키고 있는 구조가 아닌 부분 문자열이 "Hello, world!"가 저장되어 있는 메모리의 일부를 재사용하고 있음을 알 수 있습니다.

이렇게 구현하면 성능 최적화에 의해 문자열(String)이나 부분 문자열(Substring)을 수정이 일어나기 전까지는 메모리 복사에 대한 비용을 지불할 필요가 없어 메모리를 효율적으로 사용할 수 있다고 합니다.

마치 Swift의 컬렉션 타입에서 지원되는 CoW와 같은 메커니즘이군요!  (CoW가 뭔지 잘 모르시는 분들은 CoW란?을 참고해주세요!)

 

하지만 위의 예제와 같이 부분 문자열은 장기 저장에 적합하지 않다고 합니다..!

 

 

왜 부분 문자열은 장기 저장에 적합하지 않나요?

다시 한번 위의 이미지를 살펴보면

부분 문자열(Substring)을 장기 저장하기 위해서는 필요 없을 수도 있는 문자열(String)도 메모리에 계속 유지하고 있어야 함을 알 수 있습니다. 부분 문자열(Substring)이 문자열(String)의 메모리를 공유하여 재사용하고 있기 때문에!

 

그렇다면 어떻게 개선할 수 있을까요?

만약 부분 문자열을 장기 저장할 필요성이 있다면 아래 코드와 같이 다시 문자열(String) 인스턴스로 만들어주면 됩니다.

let greeting = "Hello, world!"
let index = greeting.firstIndex(of: ",") ?? greeting.endIndex
let beginning = greeting[..<index]
// beginning is "Hello"

// 장기 저장을 위해 String 인스턴스로 변환
let newString = String(beginning)

이렇게 하면 아래 그림과 같은 메모리 구조가 만들어지겠죠!

이렇게 하면 "Hello" 부분 문자열을 유지하기 위해 추가적으로 쓸데없는 "Hello, world!" 문자열 인스턴스를 메모리에 계속해서 할당해 둘 필요가 없을 겁니다.

메모리에는 필요한 "Hello" 문자열(String) 인스턴스만 유지하면 되겠죠!