Rust 구조체와 열거형 | Struct, Enum, Pattern Matching

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Rust 구조체와 열거형 | Struct, Enum, Pattern Matching

이 글의 핵심

Rust 구조체와 열거형에 대한 실전 가이드입니다. Struct, Enum, Pattern Matching 등을 예제와 함께 상세히 설명합니다.

들어가며

구조체·열거형(여러 경우 중 하나를 값으로 나타내는 타입)은 필드를 이름 붙여 묶는 Rust의 기본 재료입니다. 소유권 규칙(값의 열쇠가 누구에게 있는지) 위에서 타입을 설계한다는 점만 기억하시면 됩니다.

C++에서는 필드에 Box·Rc에 해당하는 개념을 스마트 포인터와 RAII로 표현하고, 필드 간 이동은 이동 의미론과 연결됩니다. 소유권 기초는 이전 글을, 메모리 결함·도구는 메모리 누수 가이드, Valgrind, 누수 탐지 실전을 참고하면 비교하기 좋습니다.

1. 구조체 (Struct)

기본 구조체

struct User {
    name: String,
    age: u32,
    email: String,
}

fn main() {
    let user = User {
        name: String::from("홍길동"),
        age: 25,
        email: String::from("[email protected]"),
    };
    
    println!("이름: {}", user.name);
    println!("나이: {}", user.age);
}

구조체 업데이트

let user1 = User {
    name: String::from("홍길동"),
    age: 25,
    email: String::from("[email protected]"),
};

// 일부 필드만 변경
let user2 = User {
    name: String::from("김철수"),
    ..user1  // 나머지는 user1에서 복사
};

튜플 구조체

struct Color(i32, i32, i32);
struct Point(i32, i32);

let black = Color(0, 0, 0);
let origin = Point(0, 0);

println!("R: {}, G: {}, B: {}", black.0, black.1, black.2);

유닛 구조체

struct AlwaysEqual;

let subject = AlwaysEqual;

2. 메서드 (impl)

기본 메서드

Rust의 메서드는 impl 블록 안에 정의합니다:

impl User {
    // 1. 연관 함수 (Associated Function) - 생성자 패턴
    fn new(name: String, age: u32, email: String) -> Self {
        // self 매개변수 없음 (인스턴스 불필요)
        // Self: User 타입의 별칭 (타입 이름 반복 방지)
        // User::new()로 호출 (::는 연관 함수 호출)
        User { name, age, email }
        // 필드 초기화 단축 문법 (name: name → name)
    }
    
    // 2. 불변 참조 메서드 (&self)
    fn introduce(&self) {
        // &self: 인스턴스를 불변 참조로 빌림
        // 읽기만 가능, 수정 불가
        // 소유권을 가져가지 않음 (호출 후에도 사용 가능)
        println!("{}입니다. {}세입니다.", self.name, self.age);
    }
    
    // 3. 가변 참조 메서드 (&mut self)
    fn birthday(&mut self) {
        // &mut self: 인스턴스를 가변 참조로 빌림
        // 수정 가능
        // 소유권을 가져가지 않음
        self.age += 1;  // age 필드 수정
    }
    
    // 4. 소유권 이동 메서드 (self)
    fn into_name(self) -> String {
        // self: 인스턴스의 소유권을 가져감
        // 호출 후 원본 인스턴스는 사용 불가
        // 필드를 이동시켜 반환할 때 사용
        self.name
        // name의 소유권이 호출자에게 이동
        // user는 더 이상 유효하지 않음
    }
}

fn main() {
    // 연관 함수로 인스턴스 생성
    let mut user = User::new(
        String::from("홍길동"),
        25,
        String::from("[email protected]")
    );
    // mut: 가변 변수 (birthday 메서드 호출 위해 필요)
    
    // 불변 참조 메서드 호출
    user.introduce();  // 홍길동입니다. 25세입니다.
    // user는 여전히 유효 (빌렸다가 반환)
    
    // 가변 참조 메서드 호출
    user.birthday();  // age가 26으로 증가
    println!("생일 후 나이: {}", user.age);  // 26
    
    // 소유권 이동 메서드 호출
    let name = user.into_name();  // user의 소유권 이동
    println!("이름: {}", name);   // 홍길동
    
    // println!("{}", user.age);  // ❌ 컴파일 에러!
    // 에러: borrow of moved value: `user`
    // user는 into_name()에서 소유권을 잃어 더 이상 사용 불가
}

메서드 호출 방식 비교:

// 연관 함수: Type::function()
let user = User::new(...);

// 메서드: instance.method()
user.introduce();
user.birthday();

// Rust는 자동으로 참조/역참조
// user.introduce() → (&user).introduce()
// 명시적으로 &를 쓸 필요 없음

여러 impl 블록

impl User {
    fn new(name: String, age: u32, email: String) -> Self {
        User { name, age, email }
    }
}

impl User {
    fn introduce(&self) {
        println!("{}", self.name);
    }
}

3. 열거형 (Enum)

기본 열거형

enum Status {
    Active,
    Inactive,
    Pending,
}

fn main() {
    let status = Status::Active;
    
    match status {
        Status::Active => println!("활성"),
        Status::Inactive => println!("비활성"),
        Status::Pending => println!("대기"),
    }
}

데이터를 가진 열거형

Rust의 열거형은 각 variant가 서로 다른 타입의 데이터를 가질 수 있습니다:

// 열거형 정의: 4가지 메시지 타입
enum Message {
    // 1. 데이터 없는 variant
    Quit,
    
    // 2. 구조체 스타일 (named fields)
    Move { x: i32, y: i32 },
    // x, y: 필드 이름으로 접근
    
    // 3. 튜플 스타일 (unnamed fields)
    Write(String),
    // 0번 인덱스로 접근
    
    // 4. 여러 값을 가진 튜플
    ChangeColor(i32, i32, i32),
    // RGB 값 (r, g, b)
}

impl Message {
    fn call(&self) {
        // match: 모든 variant를 처리 (필수)
        match self {
            // 1. 데이터 없는 variant
            Message::Quit => println!("종료"),
            
            // 2. 구조체 스타일: 필드 이름으로 추출
            Message::Move { x, y } => {
                // x, y: 패턴 매칭으로 필드 값 추출
                println!("이동: ({}, {})", x, y)
            },
            
            // 3. 튜플 스타일: 변수로 추출
            Message::Write(text) => {
                // text: String 값 추출
                println!("메시지: {}", text)
            },
            
            // 4. 여러 값 추출
            Message::ChangeColor(r, g, b) => {
                // r, g, b: 각 i32 값 추출
                println!("색상: RGB({}, {}, {})", r, g, b)
            },
        }
        // match는 모든 경우를 처리해야 함 (exhaustive)
        // 하나라도 빠뜨리면 컴파일 에러
    }
}

fn main() {
    // 각 variant 생성
    let msg1 = Message::Write(String::from("hello"));
    // Write variant에 String 데이터 포함
    
    let msg2 = Message::Move { x: 10, y: 20 };
    // Move variant에 x, y 필드 포함
    
    let msg3 = Message::ChangeColor(255, 0, 0);
    // ChangeColor variant에 RGB 값 포함
    
    let msg4 = Message::Quit;
    // Quit variant (데이터 없음)
    
    // 메서드 호출
    msg1.call();  // 메시지: hello
    msg2.call();  // 이동: (10, 20)
    msg3.call();  // 색상: RGB(255, 0, 0)
    msg4.call();  // 종료
}

열거형의 강점:

// C/Java의 enum: 단순 상수
// enum Status { ACTIVE, INACTIVE }

// Rust의 enum: 각 variant가 다른 타입 데이터 보유
enum Result<T, E> {
    Ok(T),      // 성공 시 T 타입 값
    Err(E),     // 실패 시 E 타입 에러
}

// 타입 안전성: 컴파일 타임에 모든 경우 체크
// match를 사용하면 모든 variant 처리 강제

실전 예시: HTTP 응답:

enum HttpResponse {
    Ok(String),                    // 200: 응답 본문
    NotFound,                      // 404: 데이터 없음
    ServerError { code: u16, msg: String },  // 500: 에러 정보
}

fn handle_response(response: HttpResponse) {
    match response {
        HttpResponse::Ok(body) => {
            println!("성공: {}", body);
        },
        HttpResponse::NotFound => {
            println!("404: 페이지를 찾을 수 없습니다");
        },
        HttpResponse::ServerError { code, msg } => {
            println!("서버 에러 {}: {}", code, msg);
        },
    }
}

4. Option

Option 사용

fn divide(a: i32, b: i32) -> Option<i32> {
    if b == 0 {
        None
    } else {
        Some(a / b)
    }
}

fn main() {
    let result = divide(10, 2);
    
    match result {
        Some(value) => println!("결과: {}", value),
        None => println!("0으로 나눌 수 없음"),
    }
    
    // unwrap_or로 기본값
    let result2 = divide(10, 0).unwrap_or(0);
    println!("결과: {}", result2);
}

Option 메서드

let x: Option<i32> = Some(5);

// map
let y = x.map(|v| v * 2);  // Some(10)

// and_then
let z = x.and_then(|v| Some(v + 1));  // Some(6)

// unwrap_or
let value = x.unwrap_or(0);  // 5

// unwrap_or_else
let value2 = x.unwrap_or_else(|| {
    println!("기본값 사용");
    0
});

5. Result<T, E>

Result 사용

fn divide_result(a: i32, b: i32) -> Result<i32, String> {
    if b == 0 {
        Err(String::from("0으로 나눌 수 없음"))
    } else {
        Ok(a / b)
    }
}

fn main() {
    match divide_result(10, 2) {
        Ok(value) => println!("결과: {}", value),
        Err(e) => println!("에러: {}", e),
    }
}

? 연산자

fn read_file() -> Result<String, std::io::Error> {
    let content = std::fs::read_to_string("file.txt")?;
    Ok(content)
}

6. 패턴 매칭 (match)

기본 매칭

fn main() {
    let number = 7;
    
    match number {
        1 => println!("하나"),
        2 | 3 | 5 | 7 => println!("소수"),
        4..=10 => println!("4~10"),
        _ => println!("기타"),
    }
}

Option 매칭

fn print_value(opt: Option<i32>) {
    match opt {
        Some(value) => println!("값: {}", value),
        None => println!("값 없음"),
    }
}

if let (간단한 매칭)

let some_value = Some(5);

// match 대신 if let
if let Some(value) = some_value {
    println!("값: {}", value);
}

// else 추가 가능
if let Some(value) = some_value {
    println!("값: {}", value);
} else {
    println!("값 없음");
}

7. 실전 예제

예제: 사용자 시스템

#[derive(Debug)]
struct User {
    id: u32,
    name: String,
    email: String,
    active: bool,
}

impl User {
    fn new(id: u32, name: String, email: String) -> Self {
        User {
            id,
            name,
            email,
            active: true,
        }
    }
    
    fn deactivate(&mut self) {
        self.active = false;
    }
    
    fn is_active(&self) -> bool {
        self.active
    }
}

fn main() {
    let mut user = User::new(
        1,
        String::from("홍길동"),
        String::from("[email protected]")
    );
    
    println!("{:?}", user);
    
    user.deactivate();
    println!("활성 상태: {}", user.is_active());
}

예제: 도형 계산

enum Shape {
    Circle { radius: f64 },
    Rectangle { width: f64, height: f64 },
    Triangle { base: f64, height: f64 },
}

impl Shape {
    fn area(&self) -> f64 {
        match self {
            Shape::Circle { radius } => std::f64::consts::PI * radius * radius,
            Shape::Rectangle { width, height } => width * height,
            Shape::Triangle { base, height } => 0.5 * base * height,
        }
    }
}

fn main() {
    let shapes = vec![
        Shape::Circle { radius: 5.0 },
        Shape::Rectangle { width: 10.0, height: 20.0 },
        Shape::Triangle { base: 8.0, height: 12.0 },
    ];
    
    for shape in shapes {
        println!("넓이: {:.2}", shape.area());
    }
}

정리

핵심 요약

  1. struct: 데이터 구조, impl로 메서드 추가
  2. enum: 여러 가능한 값, 데이터 포함 가능
  3. Option: Some/None, Null 안전성
  4. Result: Ok/Err, 에러 처리
  5. match: 패턴 매칭, 모든 경우 처리

다음 단계

  • Rust 에러 처리
  • Rust 트레이트
  • Rust 컬렉션

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