C# 13 - (6) iterator 또는 비동기 메서드에서 ref와 unsafe 사용을 부분적으로 허용
이 글의 실습은 현재(2024-08-05) Visual Studio 2022 Preview 버전(최소 17.11.p2)에서만 가능합니다.
yield 문을 사용하는 iterator 메서드 또는 비동기(async) 메서드는 스택상에 변수를 저장하는 경우 사용에 제한적일 수밖에 없습니다. 재현 코드를 이런 식으로 작성해 볼 수 있는데요,
internal class Program
{
static int[] s_arr = new int[] { 1, 2, 3, 4, 5 };
static async Task Main(string[] args)
{
await CallAsync();
}
static IEnumerable EnumInts()
{
for (int i = 0; i < s_arr.Length; i ++)
{
ref int x = ref GetResult(1); // 1. 여기서 보관한 x는 현재 실행 중인 스레드 프레임의 스택에 위치
yield return x; // 2. yield 이후 현재 스레드의 스택 프레임이 해제되고,
Console.WriteLine(x); // 3. 다시 EnumInts 메서드 호출되었을 때는 달라진 스택 프레임으로 인해 x의 변수 접근에 오류 발생 가능
}
}
private static async Task CallAsync()
{
ref int x = ref GetResult(1); // 1. 여기서 보관한 x는 현재 실행 중인 스레드의 스택에 위치
await Task.Yield(); // 2. await 이후, 스레드가 바뀔 수 있고,
Console.WriteLine(x); // error CS9217: A 'ref' local cannot be preserved across 'await' or 'yield' boundary. // 3. 따라서 여기서 접근하는 x는 이미 사라진 스택의 위치를 가리키므로 오류 발생 가능
}
private static ref int GetResult(int index)
{
return ref s_arr[index];
}
}
보는 바와 같이 오류 발생의 여지가 있으므로 C# 컴파일러는 아예 컴파일 에러를 발생시킵니다. 그러니까, C# 13 컴파일러라고 해서 저 문제를 해결하지는 못합니다.
그런데, C# 12 이하의 경우 저런 상황에서 일괄적으로 컴파일 에러를 발생시킨다는 문제가 있습니다. 아래의 코드는 그 사례를 보여주는데,
static IEnumerable EnumInts()
{
for (int i = 0; i < s_arr.Length; i ++)
{
ref int x = ref GetResult(1);
Console.WriteLine(x); // 같은 스레드 스택 프레임 내에서 사용하므로 문제가 없지만 CS9217 컴파일 에러 발생, C# 13부터 OK
yield return x;
}
}
private static async Task CallAsync()
{
await Task.Yield();
ref int x = ref GetResult(1); // 같은 스레드 스택 내에서 ref 변수를 사용하므로 문제가 없지만,
Console.WriteLine(x); // C# 12 이하에서는 여전히 CS9217 컴파일 오류 발생, C# 13부터 OK
}
엄밀히 저 정도는 허용이 되어야 함에도 불구하고 기존 C# 컴파일러는 iterator/async 메서드 내에서의 ref 변수 사용을 아예 허용하지 않게 막았습니다. 반면, C# 13 컴파일러부터는 허용하도록 바꾼 것이고!
Allow ref and unsafe in iterators and async
; https://github.com/dotnet/csharplang/blob/main/proposals/ref-unsafe-in-iterators-async.md
저런 걸 보면, 이젠 C# 컴파일러 개발팀의 여유가 느껴집니다. ^^ 그전에는 (아마도) 귀찮아서 전체 영역을 금지시켰다가, 이제 좀 시간이 나니 해당 영역에 대한 판단 조건을 좀 더 정교하게 처리하도록 개선했을 듯합니다.
관리 포인터라는 의미에서 ref가 문제 되는 것처럼, 위의 규칙은 네이티브 포인터를 사용하는 unsafe 코드 블록에도 유사하게 적용됩니다.
static IEnumerable<int> EnumInts()
{ // iterator 메서드의 내부 블록은 safe 문맥을 강제로 설정
foreach (var i in s_arr)
{
unsafe // C# 12 이하에서는 iterator 메서드 블록 내 전역에서 unsafe 블록 사용 금지
{
int* p = null;
}
yield return i;
}
}
그래서, 위의 코드는 C# 13부터 정상적으로 컴파일이 됩니다. 하지만 ref처럼 unsafe 블록 내에서 포인터 변수가 await을 가로질러 사용된 경우가 아닌 상황까지는 구분을 하지 못합니다.
foreach (var i in s_arr)
{
unsafe
{
int* p = null;
yield return i; // 포인터 변수 p가 yield 코드를 넘어 사용된 것은 아니지만,
// C# 13에서도 여전히 unsafe 문맥 내에서는 yield return을 사용할 수 없음
// 컴파일 에러 - error CS9238: Cannot use 'yield return' in an 'unsafe' block
}
}
이하 비동기 메서드 내에서의 unsafe + await 호출은 C# 12와 바뀐 것은 없습니다. 즉, 원래도 아래와 같이 unsafe 내에서 await 호출을 하지 않는다면 C# 12에서도 허용했었고,
public static async Task CallAsync()
{
unsafe {
int* p = stackalloc int[2]; // unsafe 문맥 내에 await을 포함하지 않는 경우는 원래 허용!
}
await Task.Yield();
}
await 호출을 가로질러 포인터 변수를 사용하지 않았어도 여전히 C# 13에서 오류가 발생합니다.
public static async Task CallAsync2()
{
unsafe
{
int* p = stackalloc int[2]; // 포인터 변수를 await을 가로질러 사용하지 않더라도,
await Task.Yield(); // 여전히 C# 13 컴파일러에서도 오류 - error CS4004: Cannot await in an unsafe context
}
}
마지막으로
문서에서는 lock 내에 yield를 사용하는 경우 경고를 발생시킨다고 하는데요,
- Allow ref/ref struct locals and unsafe blocks in iterators and async methods provided they are used in code segments without any yield or await.
- Warn about yield inside lock.
저 문장만으로는 설명이 너무 부족해 재현이 안 됩니다. 가령 아래의 코드는 C# 12와 C# 13에서 동일하게 아무런 경고 없이 컴파일 됩니다.
foreach (var i in s_arr)
{
lock (_lock)
{
yield return i;
}
}
다행히, 관련 이슈를 추적해 보면 저 문장이 의미하는 코드가 나옵니다. ^^
Async iterators permit yield return inside of lock blocks #72443
; https://github.com/dotnet/roslyn/issues/72443
await new C().ProcessValueAsync();
public class C
{
public async Task ProcessValueAsync()
{
await foreach (int item in GetValuesAsync())
{
await Task.Delay(1);
}
}
private async IAsyncEnumerable<int> GetValuesAsync()
{
await Task.Yield();
lock (this)
{
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
yield return i;
}
}
}
}
그러니까, 결국 비동기 메서드 내에서의 lock + yield인 상황이 문제였던 것입니다. 이에 대해서는 저도 예전 글에서 한번 설명한 적이 있는데요,
C# - async 메서드에서의 lock/Monitor.Enter/Exit 잠금 처리
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/13697
어쨌든 C# 13에서는 저 상황에 대해 경고를 발생시킨다고 문서에는 쓰여 있지만, 실제로는 경고가 없습니다. 아마도, 아직 저 부분이 패치가 되지 않았을 가능성도 있는데요, 암튼 정식 버전이 나올 때까지 기다려 봐야겠습니다. ^^
[이 글에 대해서 여러분들과 의견을 공유하고 싶습니다. 틀리거나 미흡한 부분 또는 의문 사항이 있으시면 언제든 댓글 남겨주십시오.]