C# String은 참조 타입(Reference type)이면서 불변(Immutable)하다.

string vs StringBuilder

예를 들어, int의 경우를 살펴보자. int는 값 타입(value type)이면서 가변(mutable)이다.

값 유형(Value Type) 변수의 메모리 할당

 

값 타입은 데이터 변경 시에 새로운 메모리 할당이 일어나지 않는다. 이미 생성된 메모리의 데이터가 변경된다.

 

static void Main(string[] args)
{
    int a = 100;
    int b = a;

    a = 300;

    Console.WriteLine($"a : {a}"); // 300
    Console.WriteLine($"b : {b}"); // 100
}

 

string의 경우를 살펴보자. string은 참조 타입(reference type)이면서 불변(immutable)이다.

참조 유형(Reference Type) 변수의 메모리 할당

 

static void Main(string[] args)
{
    string s = "Hello World";
    string s1 = s;

    a = "World Hello"; // 메모리 재할당이 일어난다.

    Console.WriteLine($"a : {a}");  // "World Hello"
    Console.WriteLine($"b : {b}");  // "Hello World"
}

 

string 타입의 메모리 할당

 

참조 타입은 Heap memory에 할당된 주소를 가진다. 그렇다면 데이터 변경 시에 어떤 일이 일어나는 것일까?

string의 경우 가변처럼 작동하는 거 같지만 사실 내부적으로는 매번 메모리 할당이 일어나고 있다. 그래서 string을 매우 많이 변경하면 메모리에 오버헤드가 발생하게 된다.

(주로 string과 StringBuilder를 비교하면서 자주 언급되는 내용)

 

static void Main(string[] args)
{
    string s = "world";
    string s1 = s;

    s += "hello";  // 메모리 할당
    s += "1";      // 메모리 할당
    s += "2";      // 메모리 할당

    Console.WriteLine(s);  // "worldhello12"
    Console.WriteLine(s1); // "world"
}

 

string 객체가 참조하는 메모리가 달라지는 것이다. 값이 달라지면 새로 생성하고 해당 메모리를 참조한다.

 

string이 불변이라는 것에 의문을 제기하는 많은 질문 글들이 존재한다.

(불변이 맞다. 매번 새로 힙 영역에 할당되는 것이다.)

if strings are immutable in c#, how come I am doing this?

 

그렇다면 StringBuilder의 경우는 어떻게 다른가? StringBuilder는 참조 타입(reference type)이면서 가변(mutable)이다.

static void Main(string[] args)
{
    StringBuilder a = new StringBuilder();
    StringBuilder b = new StringBuilder();

    a.Append("1");
    b = a;

    a.Append("3");

    Console.WriteLine($"a : {a}"); // 13
    Console.WriteLine($"b : {b}"); // 13
}

 

StringBuilder의 경우 값이 달라지면 참조하는 메모리의 내용이 실제로 변경된다.

 

값 타입(Value Type)과 참조 타입(Reference Type) 분류

참고자료: 시작하세요! C# 7.3 프로그래밍

 

• 하늘색으로 표현한 부분이 값 타입(Value Type)
• 파란색으로 표현한 부분이 참조 타입(Reference Type)

System.ValueType, bool, byte, int, float, char, enum, struct로 정의하는 타입들이 값 타입(value Type)이다.

object, string, System.Array, class로 정의하는 타입들이 참조 타입(Reference Type)이다.

 

값 타입(Value Type)과 참조 타입(Reference Type) 동작 차이

C#에서는 왜 값 타입과 참조 타입을 구분하였을까?

 

• 메모리가 작은 변수는 값을 복사하는게 빠르다.
• 메모리가 큰 변수는 값이 아니라 주소를 복사하는 게 빠르고 효율적이다.

 

상대적으로 메모리가 클 가능성이 높은 참조 타입 변수의 복사는 값 복사가 아닌 주소값(4바이트, 8바이트)을 복사함으로써 메모리 주소를 복사한 것이지만 프로그래머는 이를 마치 전체 값이 복사된 것처럼 사용할 수 있다.

 

C++ 프로그래머의 경우 일반 객체와 포인터 객체를 구분해서 작성하지만 C#의 경우에는 프로그래머가 이에 대해 몰라도 코드를 작성하는데 아무 지장이 없다. (편의성 제공) 하지만 C# 내부 작동 개념을 알아야지 효율적인 프로그래밍이 가능할 것이다.

 

함께 읽으면 좋은 글

C# 가변(Mutable)과 불변(Immutable) 타입에 대하여

리터럴(Literal)과 상수(Constant)에 대해서

 

참고 사이트

C# Value Type과 Reference Type

Value Type and Reference Type

C# String VS StringBuilder | Top 5 Differences between string and StringBuilder - Shekh Ali's Blog