변수와 가변성

이 장에서는 거의 모든 프로그래밍 언어에 등장하는 개념들과 그 개념들이 러스트에서 어떻게 작동하는지 소개합니다.

많은 프로그래밍 언어들의 핵심에는 많은 공통점이 있습니다.

이 장에서 소개하는 개념 중 러스트 고유의 개념은 없지만, 러스트의 맥락에서 논의하고 이러한 개념 사용과 관련된 규칙을 설명하겠습니다.

특히 변수, 기본 타입, 함수, 주석, 그리고 제어 흐름에 대해서 배우게 됩니다.

이러한 기초는 모든 러스트 프로그램에 사용되므로, 일찍 익혀 두면 이후 Rust 코드를 이해하고 작성하기가 수월해집니다.

키워드

러스트 언어는 대부분의 다른 언어들과 마찬가지로 이 언어만 사용 가능한 키워드라는 집합이 있습니다. 키워드는 함수명이나 변수명으로 사용할 수 없음을 알아두세요. 대부분의 키워드들은 특별한 의미가 있으며, 러스트 프로그램의 다양한 일들을 처리하기 위해 사용할 것입니다. 몇몇은 아직 아무 기능도 없지만 차후에 추가될 기능들을 위해 예약되어 있습니다. 키워드 목록은 부록 A에서 확인할 수 있습니다.

이제 기본 문법 요소를 작은 예제로 확인해 보겠습니다.

‘변수에 값 저장하기’에서 언급했듯이, 변수는 기본적으로 불변(immutable) 입니다.

이것은 러스트가 제공하는 안정성과 쉬운 동시성을 활용하는 방식으로 코드를 작성할 수 있도록 하는 넛지(nudge, 슬며시 선택을 유도하기) 중 하나입니다.

하지만 여러분은 여전히 변수를 가변(mutable)으로 만들 수 있습니다.

어떻게 하는지 살펴보고 왜 러스트가 불변성을 권하는지와 어떨 때 가변성을 써야 하는지 알아봅시다.

변수가 불변일 때, 어떤 이름에 한번 값이 묶이면 그 값은 바꿀 수 없습니다.

이를 표현하기 위해, cargo new variables로 projects 디렉터리 안에 variables라는 프로젝트를 만들어 봅시다.

그리고, 새 variables 디렉터리의 src/main.rs 파일을 열어서 다음의 코드로 교체하세요(아직은 컴파일되지 않습니다).

src/main.rs

fn main() {
    let x = 5;
    println!("The value of x is: {x}");
    x = 6;
    println!("The value of x is: {x}");
}

저장하고 cargo run으로 프로그램을 실행하면 컴파일러는 불변 바인딩을 다시 대입한 상황을 E0384 범주로 진단합니다.

대표 진단 범주

error[E0384]: cannot assign twice to immutable variable `x`

E0384는 불변 바인딩을 재할당했다는 뜻입니다. 실제 진단 문구와 표시 위치, 파일 경로, Cargo 빌드 진행 문구는 Rust 도구 버전과 실행 환경에 따라 달라질 수 있으므로 고정된 출력 형식으로 간주하지 않습니다. 현재 도구의 자세한 설명은 rustc --explain E0384로 확인할 수 있습니다.

이 예시는 컴파일러가 프로그램의 에러 찾기를 어떻게 도와주는지 보여줍니다.

컴파일러 에러가 실망스러울 수도 있겠지만, 컴파일러는 그저 여러분의 프로그램이 아직은 원하는 대로 안전하게 동작하지 않는다고 할 뿐입니다.

컴파일러는 여러분이 좋은 프로그래머가 아니라고 한 적이 없습니다!

경험이 많은 러스타시안들에게조차 컴파일러 에러가 발생합니다.

핵심 원인은 불변 바인딩 x에 두 번째 값을 대입하려 했다는 것입니다.

불변으로 지정한 값을 변경하려고 하는 바로 이 상황이 버그로 이어질 수 있기 때문에, 컴파일 타임 에러가 발생하는 것은 중요합니다.

만약 코드의 한 부분이 변숫값은 변하지 않는다는 전제 하에 작동하고 코드의 다른 부분이 그 값을 바꾼다면, 앞부분의 코드는 원래 지정된 일을 못할 가능성이 생깁니다.

이런 류의 버그는 발생 후 추적하는 것이 어려운데, 특히 코드의 두 번째 부분이 값을 가끔씩만 바꿀 때 그렇습니다.

러스트 컴파일러는 값이 바뀌지 않을 것이라고 여러분이 지정하면 실제로 그렇도록 보증합니다.

이 말은 코드를 읽고 쓸 때 값이 어디서 어떻게 바뀔지 추적할 필요가 없다는 것입니다.

따라서 여러분의 코드는 흐름을 따라가기 쉬워집니다.

하지만 가변성은 아주 유용할 수 있고, 코드 작성을 더 편하게 해 줍니다.

변수는 기본적으로 불변이더라도, 여러분이 1장에서 했던 것처럼 변수명 앞에 mut을 붙여서 가변으로 만들 수 있습니다.

mut를 추가하는 것은 또한 미래에 코드를 읽는 이들에게 코드의 다른 부분에서 이 변수의 값이 변할 것이라는 의도를 전달합니다.

예를 들어, src/main.rs를 다음과 같이 바꿉시다.

src/main.rs

fn main() {
    let mut x = 5;
    println!("The value of x is: {x}");
    x = 6;
    println!("The value of x is: {x}");
}

지금 이 프로그램을 실행하면 프로그램 자체의 표준 출력은 다음과 같습니다. Cargo가 함께 표시하는 프로필, 경로, 빌드 시간은 환경에 따라 달라집니다.

프로그램 표준 출력

The value of x is: 5
The value of x is: 6

mut를 사용해 x의 값을 5에서 6으로 바꿀 수 있었습니다.

mut는 같은 바인딩에 다시 대입할 수 있게 할 뿐, 그 바인딩의 타입 자체를 바꾸거나 소유권과 빌림 규칙을 우회하게 하지는 않습니다. 오른쪽 식의 값은 처음에 추론되었거나 명시된 바인딩 타입에 대입할 수 있어야 하며, 허용된 강제 변환(coercion)이 있으면 변환된 뒤 대입될 수 있습니다. 어떤 값이 빌려진 동안 변경할 수 있는지는 빌림 검사의 규칙을 그대로 따릅니다.

궁극적으로 가변성을 사용할지 말지는 여러분의 몫이고, 특정 상황에서 가장 명확하다고 생각하는 것이 어떤 것이냐에 따라 달라집니다.

상수

상수(constant) 는 이름을 붙인 상숫값을 정의하는 const 아이템입니다. 겉보기에는 불변 변수와 비슷하지만, let으로 만드는 로컬 바인딩과는 다른 언어 요소입니다.

먼저, 상수는 mut와 함께 사용할 수 없습니다.

상수 아이템은 mut를 붙이거나 나중에 다시 대입하는 대상이 아닙니다.

상수는 let 키워드 대신 const 키워드로 선언하며, 값의 타입은 반드시 명시되어야 합니다.

다음 절 ‘데이터 타입’에서 타입과 타입 명시에 대해 다룰 예정이므로, 자세한 사항은 아직 걱정하지 않아도 됩니다.

항상 타입 명시를 해야 한다는 것만 알아두세요.

자유 상수 아이템은 모듈이나 블록에 둘 수 있습니다. 트레이트나 impl 안에서는 타입과 논리적으로 연결된 연관 상수(associated constant) 를 선언하거나 정의할 수 있으며, 보통 Type::NAME 같은 경로로 사용합니다.

상수 정의의 초기화식은 상수 컨텍스트에서 평가 가능한 상수 표현식이어야 하며, 런타임에서만 얻을 수 있는 값을 사용할 수 없습니다. 트레이트의 연관 상수 선언은 구현이 제공할 값을 선언하므로 초기화식을 생략할 수 있지만 타입 표기는 여전히 필요합니다.

아래에 상수 선언의 예제가 있습니다.

const THREE_HOURS_IN_SECONDS: u32 = 60 * 60 * 3;

상수의 이름은 THREE_HOURS_IN_SECONDS이고 값은 60(분당 초의 개수), 60(시간당 분의 개수), 3(이 프로그램에서 알아둘 필요가 있는 시간의 숫자)를 모두 곱한 값입니다.

러스트의 이름 짓기 관례에서 상수는 단어 사이에 밑줄을 사용하고 모든 글자를 대문자로 쓰는 것입니다.

컴파일러는 상수 컨텍스트의 표현식을 컴파일 타임에 평가합니다. 따라서 상숫값을 단순히 10_800로 쓰는 대신 계산의 의미가 드러나는 형태로 작성하고 검사할 수 있습니다.

상숫값 평가에 대한 러스트 참고 자료 절에서 상수 선언에 사용될 수 있는 연산이 어떤 것이 있는지 더 많은 정보를 찾을 수 있습니다.

자유 상수 이름은 선언된 모듈이나 블록의 이름 해석 규칙에 따라 사용할 수 있습니다. 다만 상수 아이템은 프로그램 안의 특정 메모리 위치와 연결된 저장 객체가 아닙니다. 사용 위치에 값이 사실상 인라인되므로, 같은 상수를 여러 번 참조하더라도 모두 같은 메모리 주소를 가리킨다고 보장되지 않습니다.

이러한 특성은 플레이어가 얻을 수 있는 점수의 최댓값이나 빛의 속도처럼, 상수 컨텍스트에서 계산할 수 있고 여러 곳에서 의미를 공유할 도메인 값에 유용합니다.

전체 프로그램에 하드코딩된 값에 상수로서 이름을 붙이는 것은 미래의 코드 관리자에게 그 값의 의미를 전달하는 데 유용합니다.

또한 나중에 업데이트될 하드코딩된 값을 단 한 군데에서 변경할 수 있게 해 줍니다.

섀도잉

1장에서 다루었던 추리 게임에서 보았듯이, 새 변수를 이전 변수명과 같은 이름으로 선언할 수 있습니다.

러스타시안들은 첫 번째 변수가 두 번째 변수에 의해 가려졌다(shadowed) 라고 표현하며, 이는 해당 변수의 이름을 사용할 때 컴파일러가 두 번째 변수를 보게 될 것이라는 의미입니다.

사실상 두 번째 변수는 첫 번째 것을 가려서, 스스로를 다시 가리거나 스코프가 끝날 때까지 변수명의 사용을 가져가 버립니다.

아래처럼 똑같은 변수명과 let 키워드의 반복으로 변수를 가릴 수 있습니다.

src/main.rs

fn main() {
    let x = 5;

    let x = x + 1;

    {
        let x = x * 2;
        println!("The value of x in the inner scope is: {x}");
    }

    println!("The value of x is: {x}");
}

이 프로그램은 먼저 x에 5라는 값을 묶어 넣습니다.

다음으로 let x = 을 반복해 새로운 변수 x를 만들고, 원래 값에 1을 더한 값을 대입해서 x의 값은 이제 6이 됩니다.

그 후 중괄호로 만든 안쪽 스코프의 세 번째 let 구문도 새로운 x를 만듭니다. 이 안쪽 바인딩의 값은 이전 값에 2를 곱한 12입니다.

이 스코프가 끝나면 안쪽의 섀도잉은 끝나서 x는 다시 6으로 돌아옵니다.

프로그램 자체의 표준 출력은 다음과 같습니다.

프로그램 표준 출력

The value of x in the inner scope is: 12
The value of x is: 6

섀도잉은 변수를 mut로 표시하는 것과는 다릅니다.

실수로 let 키워드 없이 변수에 값을 재할당하려고 한다면 컴파일 타임 에러가 발생하기 때문입니다.

let을 사용하면, 값을 변형하면서 변형이 완료된 후에는 불변으로 유지할 수 있습니다.

mut과 섀도잉의 또 다른 차이점은 다시금 let 키워드를 사용하여 새로운 변수를 만드는 것이기 때문에 같은 변수명으로 다른 타입의 값을 저장할 수 있다는 것입니다.

예를 들어, 프로그램이 사용자에게 어떤 텍스트 사이에 몇 개의 공백을 넣고 싶은지 공백문자를 입력하도록 요청하고, 이 값을 숫자로 저장하고 싶다 칩시다.

    let spaces = "   ";
    let spaces = spaces.len();

첫 번째 spaces의 타입은 &str이고 두 번째 spaces의 타입은 usize입니다.

따라서 섀도잉은 spaces_str과 spaces_num 같이 구분되는 변수명을 쓸 필요가 없도록 여유를 줍니다; 즉, 더 간단한 spaces라는 이름을 재사용할 수 있게 해 줍니다.

그런데 여기에서 mut을 사용하려 한다면, 보시다시피 컴파일 타임 에러가 발생합니다.

    let mut spaces = "   ";
    spaces = spaces.len();

이 대입에서는 spaces 바인딩에 이미 정해진 &str 타입이 필요하지만 오른쪽 식 spaces.len()은 usize를 만듭니다. 컴파일러는 기대 타입과 실제 식의 타입이 맞지 않는 상황을 일반적인 E0308 범주로 진단합니다.

대표 진단 범주

error[E0308]: mismatched types
expected `&str`, found `usize`

E0308 자체는 mut에만 해당하는 오류가 아니라, 어떤 식이 놓인 자리에 컴파일러가 기대한 타입과 실제 타입이 다를 때 발생하는 범주입니다. 실제 문구와 소스 표시 형식은 Rust 도구 버전에 따라 달라질 수 있으며, 현재 설명은 rustc --explain E0308로 확인할 수 있습니다.

아래 표는 값 선언 방식을 고를 때 기본 불변 let, 같은 바인딩을 변경하는 let mut, 새 바인딩을 만드는 섀도잉, 상수 아이템 const를 어떻게 구분할지 비교합니다.

세 선언은 비슷한 값을 다루더라도 서로 다른 언어 요소와 변경 계약을 만든다.
선언	무엇을 만드는가	변경 · 타입 계약	평가 · 스코프	선택 기준
`let x = expr;`	기본이 불변인 로컬 바인딩	같은 바인딩에는 재대입할 수 없다. 새 `let`은 새 바인딩이므로 같은 이름을 가리고 타입도 바꿀 수 있다.	초기화식은 런타임 식일 수 있고, 이름은 바인딩의 스코프에서 사용한다.	같은 바인딩을 바꿀 필요가 없을 때 기본으로 선택한다. 변환 단계라면 섀도잉을 검토한다.
`let mut x = expr;`	값을 바꿀 수 있는 하나의 로컬 바인딩	같은 바인딩에 기존 타입으로 대입 가능한 값을 재대입할 수 있다. 필요한 경우 허용된 coercion이 먼저 적용되며, 소유권과 빌림 규칙은 그대로 적용된다.	초기화식은 런타임 식일 수 있고, `mut`는 이후 변경 의도를 코드에 드러낸다.	같은 의미와 타입을 가진 상태가 시간에 따라 바뀌어야 할 때 선택한다.
`const NAME: T = expr;`	이름 붙은 상수 아이템. 트레이트나 `impl`에서는 타입에 연결된 연관 상수가 된다.	`mut`나 재대입의 대상이 아니며 타입 표기가 필수다. 정의의 초기화식은 상수 표현식이어야 한다.	자유 상수는 모듈·블록에 둘 수 있고 연관 상수는 타입 경로로 사용한다. 특정 저장 위치나 동일 주소를 보장하지 않는다.	상수 컨텍스트에서 계산할 수 있고 여러 곳에서 의미를 공유할 도메인 값에 사용한다.

let x = expr;: 의미 기본이 불변인 로컬 바인딩입니다.; 계약 같은 바인딩에는 재대입할 수 없습니다. 새 let은 새 바인딩이므로 같은 이름을 가리고 타입도 바꿀 수 있습니다.; 평가·스코프 초기화식은 런타임 식일 수 있고 이름은 바인딩의 스코프에서 사용합니다.; 선택 같은 바인딩의 변경이 필요 없을 때 기본으로 사용하고, 변환 단계라면 섀도잉을 검토합니다.
let mut x = expr;: 의미 값을 바꿀 수 있는 하나의 로컬 바인딩입니다.; 계약 기존 타입으로 대입 가능한 값을 재대입할 수 있습니다. 필요한 경우 허용된 coercion이 먼저 적용되며, 소유권과 빌림 규칙은 그대로 적용됩니다.; 평가·스코프 초기화식은 런타임 식일 수 있고 mut는 이후 변경 의도를 드러냅니다.; 선택 같은 의미와 타입의 상태가 시간에 따라 바뀌어야 할 때 사용합니다.
const NAME: T = expr;: 의미 이름 붙은 상수 아이템이며, 트레이트나 impl에서는 타입에 연결된 연관 상수입니다.; 계약 mut나 재대입의 대상이 아니며 타입 표기가 필수이고, 정의의 초기화식은 상수 표현식이어야 합니다. 특정 저장 위치나 동일 주소는 보장하지 않습니다.; 평가·스코프 자유 상수는 모듈·블록에 둘 수 있고 연관 상수는 타입 경로로 사용합니다.; 선택 상수 컨텍스트에서 계산할 수 있고 여러 곳에서 의미를 공유할 도메인 값에 사용합니다.

선택 순서는 간단합니다. 같은 바인딩이 바뀌면 let mut, 변환 단계나 새 타입이면 새 let으로 섀도잉하고, 둘 다 아니면 불변 let을 유지합니다. const는 “절대 안 바뀌는 변수”가 아니라 상수 표현식으로 정의한 아이템입니다.

에러 메시지를 만났을 때도 같은 기준을 적용할 수 있습니다.

변수 선언을 읽고, 변경 의도와 타입 변화 여부를 분리하면 mut가 필요한지 새 바인딩이 필요한지 빠르게 결정할 수 있습니다.

E0384 · E0308 출력 모양보다 진단 범주와 소스 의도를 먼저 읽습니다.

진단 범주 확인
E0384는 불변 바인딩 재할당, E0308은 기대 타입과 실제 식의 타입 불일치를 뜻합니다.
해당 소스 찾기
let 또는 let mut 선언, 재대입문의 오른쪽 식, 기대 타입이 정해진 위치를 함께 확인합니다.
의도에 맞는 수정 선택
기존 바인딩 타입에 대입 가능한 상태 변경이면 mut, 변환 단계나 새 타입이면 새 let 섀도잉, 타입 의도가 잘못되었다면 선언·식·타입 표기를 수정합니다.
다시 검사
cargo check로 남은 진단을 읽고, 동작 계약이 있는 코드는 관련 테스트까지 다시 실행합니다.

오류 코드는 진단 범주를 식별하는 출발점입니다. 정확한 문구, 소스 표시, 파일 경로와 Cargo 진행 출력은 Rust 도구 버전 및 환경에 따라 달라질 수 있으므로 현재 소스의 바인딩과 식을 기준으로 판단합니다.

변수가 어떻게 작동하는지 알아보았으니, 변수가 가질 수 있는 더 많은 타입들에 대해 알아봅시다.

키워드

상수

섀도잉

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