[Swift] 클로저(Closure)

안녕하세요,루피입니다.

 

오늘은 공식문서를 바탕으로 클로저에 대해 다시 한번 정리하는 시간을 가져보도록 하겠습니다. 바로 시작합니다.

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클로저와 함수의 관계

진행하기에 앞서 우선 클로저와 함수의 관계를 짚고 넘어가도록 하겠습니다. Swift의 공식 문서에 따르면, 함수는 사실 이름이 있는 클로저의 한 종류입니다. 즉, 클로저가 더 큰 개념이고 함수는 그 안에 포함된 특별한 형태인 셈이죠.

공통점

• 특정 작업을 수행하는 코드 블록입니다.
• 매개변수를 받고 결과값을 반환할 수 있습니다.
• 주변 컨텍스트의 변수나 상수를 캡처 할 수 있습니다.

차이점

	함수	클로저
이름	항상 이름이 있음	이름이 없는 형태가 일반적
키워드	func 키워드로 명시적 선언	{ } 를 사용한 간결한 문법
활용	독립적인 기능 단위로 사용	다른 함수의 인자, 변수 할당 등 유연하게 사용

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클로저란 무엇인가?

클로저는  쉽게 "이름 없는 함수"라고 정의할 수 있습니다. 클로저의 진짜 정체성은 일급 객체라는 특성에 있는데요.

일급 객체란, 코드 내에서 다음과 같이 자유롭게 다룰 수 있는 대상을 의미합니다.

그렇다면 일급 객체의 조건은 어떻게 될까요?? 크게 3가지가 있습니다.

1. 변수나 상수에 할당할 수 있어야 합니다.
2. 함수의 인자(Argument)로 전달될 수 있어야 합니다.
3. 함수의 반환 값(Return Value)이 될 수 있어야 합니다.

조금 더 쉽게 말하자면, 값으로 취급 될 수 있어야한다는 것입니다. 클로저는 이 모든 조건을 만족하기에, 우리는 클로저를 변수처럼 주고받을 수 있게 됩니다.

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클로저 문법 축약

클로저의 강력함을 느끼기 가장 좋은 예제는 sorted(by:) 메소드입니다. 이 예제를 통해 클로저의 문법이 얼마나 간결해질 수 있는지 단계별로 살펴보겠습니다.

let names = ["Chris", "Alex", "Ewa", "Barry", "Daniella"]

Level 0: 일반 함수 사용

func backward(_ s1: String, _ s2: String) -> Bool {
    return s1 > s2
}
var reversedNames = names.sorted(by: backward)

코드에 대해 간단한 설명을 해보겠습니다. Swift에서 문자열끼리 > 연산자를 사용하면 알파벳 역순으로 비교합니다.

예를 들어, "Chris" > "Alex" 는 true를 반환합니다.

그렇기에 backward 함수는 첫 번째 문자열이 두 번째 문자열보다 알파벳 순서상 뒤에 오면 true를 반환하는 비교 규칙을 정의한 것입니다.

Level 1: 클로저 표현식의 기본 형

backward 함수의 본문을 그대로 { } 안에 넣습니다. in 키워드는 매개변수/반환 타입 정의와 실제 코드를 분리합니다.

reversedNames = names.sorted(by: { (s1: String, s2: String) -> Bool in
    return s1 > s2
})

Level 2: 타입 유추

Swift 컴파일러는 sorted(by:)가 (String, String) -> Bool 타입의 클로저를 받는다는 것을 이미 알고 있으므로, 타입을 생략할 수 있습니다.

reversedNames = names.sorted(by: { s1, s2 in return s1 > s2 })

Level 3: 암시적 반환

클로저의 본문이 단 한 줄의 return 문으로만 이루어져 있다면, return 키워드도 생략할 수 있습니다.

reversedNames = names.sorted(by: { s1, s2 in s1 > s2 })

Level 4: 후행 클로저 (Trailing Closure)

함수의 마지막 인자가 클로저일 경우, ()를 밖으로 빼낼 수 있습니다. 가독성이 극적으로 향상됩니다.

reversedNames = names.sorted() { s1, s2 in s1 > s2 }

그리고 빼낸 ()는 생략할 수 있습니다.

reversedNames = names.sorted { s1, s2 in s1 > s2 }

Level 5: 인자 이름 축약 (Shorthand Arguments)

매개변수 이름을 굳이 짓지 않아도, Swift는 순서대로 $0, $1, $2... 와 같은 이름을 제공합니다. 이 경우 in 키워드도 사라집니다.

reversedNames = names.sorted { $0 > $1 }

Level 6 (Final): 연산자 메소드

심지어 > 연산자 자체가 (String, String) -> Bool 타입의 함수 조건을 만족하므로, 연산자만 전달할 수도 있습니다.

reversedNames = names.sorted(by: >)

이처럼 클로저는 상황에 따라 가장 가독성 좋은 형태로 다양하게 변신할 수 있습니다.

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값 캡처 (Capture) 와 생명주기

클로저의 가장 중요한 특징은 자신이 정의된 주변 컨텍스트의 변수나 상수를 캡처(Capture)한다는 것입니다.

func makeIncrementer(forIncrement amount: Int) -> () -> Int {
    var runningTotal = 0
    let incrementer: () -> Int = {
        // 이 클로저는 외부의 'runningTotal'과 'amount'를 캡처했습니다.
        runningTotal += amount
        return runningTotal
    }
    return incrementer
}

let incrementByTen = makeIncrementer(forIncrement: 10)
// makeIncrementer 함수는 이미 종료되었지만,
// incrementByTen 클로저는 캡처한 runningTotal을 계속 붙들고 있습니다.

print(incrementByTen()) // 출력: 10
print(incrementByTen()) // 출력: 20

 

incrementer 클로저는 makeIncrementer 함수가 종료된 후에도, 캡처한 runningTotal 변수에 대한 참조(Reference)를 유지합니다. 이 때문에 클로저는 '상태'를 가질 수 있게 됩니다.

값 캡처와 순환 참조 (Retain Cycle)

이 캡처 기능은 메모리 누수(Memory Leak)의 주범인 순환 참조를 일으킬 수 있습니다.
클래스 인스턴스가 클로저를 강한 참조로 가지고 있고, 그 클로저가 다시 self를 강한 참조로 캡처하는 상황입니다.

class User {
    let name: String
    // 1. User 인스턴스가 클로저를 강한 참조로 소유
    lazy var greeting: () -> String = {
        // 2. 클로저가 self(User 인스턴스)를 강한 참조로 캡처
        return "Hello, I'm \(self.name)."
    }

    init(name: String) { self.name = name }
    deinit { print("\(name) is being deinitialized") }
}

var user: User? = User(name: "Kim")
user?.greeting()

// user -> greeting 클로저 -> self(user) -> ...
// 서로가 서로를 붙잡고 놓아주지 않아 메모리에서 해제되지 않음!
user = nil // deinit이 호출되지 않음!

이 문제를 해결하기 위해 캡처 리스트를 사용합니다.

• [weak self]: self를 약한 참조로 캡처합니다. self가 먼저 메모리에서 해제될 수 있으므로, 클로저 내에서 self는 옵셔널 타입(self?)이 됩니다. 가장 안전하고 일반적인 해결책입니다.
• [unowned self]: self를 미소유 참조로 캡처합니다. 클로저의 생명주기 동안 self가 항상 존재한다고 100% 확신할 때 사용합니다. 만약 self가 해제된 후 접근하면 런타임 에러(크래시)가 발생합니다.

// 해결책: 캡처 리스트 추가
lazy var greeting: () -> String = { [weak self] in
    guard let self = self else { return "User is gone." }
    return "Hello, I'm \(self.name)."
}

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4. Escaping vs Non-Escaping: 컴파일러의 최적화

• Non-Escaping (기본값): 클로저가 함수 안에서 실행되고, 함수가 반환되기 전에 생명이 끝나는 경우입니다.
• @escaping: 클로저가 함수 밖의 변수에 저장되거나, 함수가 반환된 후에 실행되는 경우입니다. (e.g. 비동기 처리 콜백)

var completionHandlers: [() -> Void] = []

// 클로저를 함수 밖의 배열에 저장하므로, 함수를 '탈출'해야 함.
func someFunctionWithEscapingClosure(completionHandler: @escaping () -> Void) {
    completionHandlers.append(completionHandler)
}

왜 이 둘을 구분할까요?

정답은 컴파일러 최적화 때문입니다.

• Non-Escaping 클로저: 컴파일러는 이 클로저의 생명주기를 명확히 예측할 수 있습니다. 따라서 ARC(메모리 관리)와 관련된 복잡한 오버헤드를 줄이고, 심지어 클로저를 더 빠른 스택(Stack) 메모리에 할당하는 등의 공격적인 최적화가 가능합니다.
• @escaping 클로저: 컴파일러는 이 클로저가 언제, 어디서 실행될지 모르므로 안전하게 힙(Heap) 메모리에 할당하고 신중하게 ARC로 관리해야 합니다.

@escaping 클로저 내부에서 self를 사용하면 명시적으로 self.를 붙여야 하는 이유도 여기에 있습니다. 이는 개발자에게 "이 클로저는 오래 살아남을 수 있으니 순환 참조의 가능성을 인지하세요!"라는 경고 신호입니다.

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연습 문제

 

• Swift에서 클로저는 항상 이름을 가지는 함수로 정의되어야만 한다.
• Swift에서 전역 함수, 중첩 함수, 그리고 클로저 표현식은 모두 클로저의 한 형태로 분류된다.
• 클로저는 자신을 정의한 원래 범위(scope)가 더 이상 존재하지 않더라도, 이전에 캡처한 상수나 변수의 값을 계속 참조하거나 수정할 수 있다.
• Swift는 함수나 메서드에 클로저를 인라인(inline)으로 전달할 때, 클로저의 파라미터 타입과 반환 타입을 유추할 수 없으므로 개발자가 항상 명시적으로 작성해야 한다.
• 단일 표현식(Single-expression)으로 구성된 클로저는 반환값이 명확한 경우에도 return 키워드를 반드시 명시해야 한다.
• 클로저 표현식에서 $0, $1과 같은 짧은 인수 이름(Shorthand Argument Names)을 사용하면, 클로저의 인수 리스트와 in 키워드를 모두 생략할 수 있다.
• Swift에서 함수와 클로저는 값 타입(Value Type)이므로, 동일한 클로저를 여러 개의 상수나 변수에 할당하더라도 각각의 변수는 독립적인 클로저 복사본을 가지게 된다.
• 후행 클로저(Trailing Closures)는 함수의 마지막 인수로 클로저 표현식을 전달할 때 사용되며, 함수 호출의 소괄호 안에 클로저 본문을 작성하는 것이 일반적인 구문이다.
• 함수나 메서드에 단 하나의 클로저 인수가 있고, 해당 클로저가 후행 클로저로 사용될 경우, 함수를 호출할 때 함수 이름 뒤의 소괄호 ()를 생략할 수 있다.
• 탈출 클로저(Escaping Closures)는 @escaping 속성을 사용하여 선언하며, 이는 클로저가 자신을 호출한 함수가 반환된 후에도 실행될 수 있음을 의미한다.
• 탈출 클로저 내부에서 클래스 인스턴스인 self를 캡처할 때, 강한 참조 사이클(strong reference cycle)을 방지하기 위해 self를 명시적으로 작성하거나 캡처 리스트(capture list)에 포함하는 것이 권장된다.
• 구조체(struct) 또는 열거형(enum) 인스턴스의 이스케이프 클로저(escaping closure)는 해당 인스턴스에 대한 변경 가능한 참조(mutable reference)를 캡처할 수 있다.
• 자동 클로저(Autoclosures)는 함수에 인수로 전달되는 표현식을 래핑하기 위해 자동으로 생성되는 클로저이며, 이 클로저는 호출될 때까지 래핑된 코드의 실행을 지연시킨다.
• @autoclosure 속성과 @escaping 속성은 Swift에서 동시에 사용할 수 없다.
• makeIncrementer 함수 내의 incrementer 클로저는 runningTotal 변수를 캡처한다. 이 runningTotal 변수 makeIncrementer 함수의 호출이 종료되면 메모리에서 사라지므로, incrementer 클로저를 여러 번 호출해도 runningTotal의 값은 누적되어 유지되지 않는다.

 

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Ref

https://bbiguduk.gitbook.io/swift/language-guide-1/closures

클로저 (Closures) | Swift

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오늘도 화이팅입니다!