[NSHipster - iOS] Enumeration,Iteration,Traverse.. 반복문의 퍼포먼스에 대해 알아보자

<유럽여행 가고싶다 - traverse>

여러 기법의 프로그래밍에서 반복문은 항상 성능상의 이슈를 데리고 다닙니다.

절차적/구조적 : Loop내에서 포인터를 증가시킵니다.

객체지향 : 컬렉션 내부의 각각의 객체에 대한 함수나 메소드를 실행시킵니다.

함수형 : 재귀와 자료구조를 통해서 작동시킵니다.

Objective-C에서는 C기반의 절차지향과 Smalltalk기반의 객체지향의 특징을 모두 갖고 있습니다. 아래에서 그 방법들에 대해 설명합니다.

1. C Loops(for/while)

for문과 while문 정말 고전적일 정도로 익숙한 방법이죠. 아래와 같습니다.

for (NSUInteger i = 0; i < [array count]; i++) { id object = array[i]; NSLog(@"%@", object) }

이러한 C기반의 반복문을 사용하신분들은 알겠지만, 사소한 실수에도 예외가 발생합니다. **참고로 off-by-one errors라고도 합니다.

주로 OutOfBoundaryExceptoin이 자주 발생하겠죠..

다행히도 Smalltalk에서는 list comprehension이라는 개념을 도입해 이런 문제를 해결했습니다. 요즘에 for-in으로 더 잘 알려져있죠.

2. List Comprehension(for/in)

추상화(프로토콜)를 이용하여 컬렉션의 모든 요소를 이터레이션할 수 있게 되었습니다.. 에러가 현저히 줄어들 뿐만 아니라, 타이핑 할 양도 줄어들게 되죠.

for (id object in array) { NSLog(@"%@", object); }

Cocoa에서는 NSFastEnumeration프로토콜을 구현하는 객체에 대해서 이 방법을 적용시킬 수 있습니다. 

**NSArray, NSSet, NSDictionary같은 경우도 이 프로토콜을 구현해놓았기 때문에 사용가능한거죠.

<NSFastEnumeration>

NSFastEnumeration은 한 개의 메소드를 선언하고 있습니다.

- (NSUInteger)countByEnumeratingWithState:(NSFastEnumerationState *)state objects:(id *)stackbuf count:(NSUInteger)len

• state : 순회에 사용할 컨텍스트 정보에 해당합니다. 그리고 컬렉션이 이터레이션 도중에 변경되지 않았음을 보증해주어야 합니다. (아래에 설명)
• stackbuf : 순회할 객체를 담아두는  C 기반 배열입니다. 
• len : stackbuf에 리턴할 최대 객체 수

겉보기엔 굉장히 복잡해 보이는 메소드입니다. 파라미터들에 대해서 좀 자세히 알아보겠습니다.

<NSFastEnumerationState>

typedef struct { unsigned long state; id *itemsPtr; unsigned long *mutationsPtr; unsigned long extra[5]; } NSFastEnumerationState;

• state : 현재 어디까지 이터레이션을 했는지에 대한 정보를 나타냅니다. 메소드가 처음 실행될 때는 0입니다.
• itemsPtr : 객체를 담는 C배열
• mutationsPtr : 컬렉션 내부에 값이 변했는지 변하지 않았는지를 확인하는 상태 값
• extra : 리턴 값들을 담아두는데 사용할 C배열

(뭔소리지 몰라서 원본첨부)

• state: Arbitrary state information used by the iterator. Typically this is set to 0 at the beginning of the iteration. 
• itemsPtr: A C array of objects. 
• mutationsPtr: Arbitrary state information used to detect whether the collection has been mutated. 
• extra: A C array that you can use to hold returned values.

이 메소드에 대해서 깊이 파고든 Mike Ash has a fantastic blog post를 참조하도록 해주세요,

어쨋든 확실히 알고 넘어가야할 점은 NSFastEnumeration이 빠르다는 겁니다. 최소한 여러분이 작성한 for문보다는 빠를겁니다. 어떤 비밀이 담겨 있는걸까요?

countByEnumeratingWithState:objects:count: 메소드를 통해 컬렉션의 멤버들을 버퍼에 담습니다. 이를 통해 for문이 Single스레드에서 작동하는 것과는 달리, 객체들이 동시에 로드되게 됩니다. 사용가능한 시스템자원으로 병렬작업을 하기 때문에 더 나은 퍼포먼스를 제공하게 되는겁니다.

애플은 NSFastEnumeration for-in을 사용하기를 강력히 권장하고 있습니다. 실제로 쓰기도 쉽고 퍼포먼스도 좋습니다. 쓰세요!!

3. NSEnumerator

NSFastEnumeration이전에도 꽤나 훌륭햔 NSEnumerator도 있었습니다. NSEnumerator는 두개의 메소드를 선언하고 있는 클래스입니다.

- (id)nextObject - (NSArray *)allObjects

nextObject는 컬렉션에 있는 다음 객체를 리턴하게 됩니다. 만약 없다면 nil을 리턴하게 되구요. 

allObjects는 남아있는 모든 객체를 리턴합니다. NSEnumerator는 앞으로만 갈 수 있으며, 한 칸씩만 갈 수 있습니다.

컬렉션의 모든 객체를 순회하려면 아래와 같이 구현할 수 있습니다.

id object = nil; NSEnumerator *enumerator = ...; while ((object = [enumerator nextObject])) { NSLog(@"%@", object); }

또는 NSEnumerator가 NSFastEnumeration 프로토콜을 따르기 때문에 아래와 같이 사용하기도 합니다.

for (id object in enumerator) { NSLog(@"%@", object); }

만약 여러분의 클래스(컬렉션을 상속받지 않는)에서 fast enumeration을 구현할 편한 방법을 찾고 계신다면 복잡한 NSFastEnumeration을 구현하는 것보다 NSEnumerator가 적절한 선택이 될 것 같습니다.

4. Enumerate With Blocks

Block의 등장으로 컬렉션을 순회하는데에도 Block을 사용할 수 있게 되었습니다.

[array enumerateObjectsUsingBlock:^(id object, NSUInteger idx, BOOL *stop) { NSLog(@"%@", object); }];

NSArray, NSSet, NSDictionary, NSIndexSet과 같은 컬렉션들은 위와 유사한 block enumeration메소드들을 모두 갖고 있습니다.

이 방식의 장점은 객체를 순회할 때 객체에 해당하는 index를 같이 사용할 수 있다는 것입니다. BOOL포인터는 이터레이션을 빠르게 종료시킬 수 있는 기능을 제공합니다. break문과 같은 역할이라고 보시면 됩니다.

만약 index를 통해서 객체의 순서와 관련된 작업을 하실게 아니라면 for/in NSFastEnumeration을 사용하는게 더 빠릅니다.

마지막으로 기억하셔야 할 options파라미터에 대해서 알아봅시다.

- (void)enumerateObjectsWithOptions:(NSEnumerationOptions)opts usingBlock:(void (^)(id obj, NSUInteger idx, BOOL *stop))block

<NSEnumerationOptions>

enum { NSEnumerationConcurrent = (1UL << 0), NSEnumerationReverse = (1UL << 1), }; typedef NSUInteger NSEnumerationOptions;

• NSEnumerationConcurrent : Block을 통한 순회가 병렬로 이루어질 것인지를 나타냅니다. 순회하게 되는 순서에 대해서는 장담할 수 없고 정의되지도 않습니다. 이 플래그 값은 힌트일 뿐이며, 특정 상황에서는 무시될 수도 있습니다. (Block에 사용되는 코드는 병렬처리에 있어서 안전한 코드여야합니다.)
• NSEnumerationReverse : 순회가 거꾸로 이루어 져야할지를 나타내냅니다. 이 옵션은 NSArray와 NSIndexSet클래스에서 사용가능합니다. NSDictionary와 NSSet클래스에서의 작동은 정의되어 있지 않습니다.

다시 한번,, Fast enumeration이 거의 대부분의 경우에 block enumeration보다 빠릅니다. 하지만 block을 사용한 순회가 유용한 순간이 분명 있을 것입니다.

Objective-C와 Cocoa의 이터레이션/순회 방법들에 대해 알아보았습니다. 흥미로운 점은 추상클래스의 파워를 새삼 느낄 수 있었다는 것입니다. High level의 추상화는 쓰고 이해하기 쉬울 뿐만 아니라 "hard way"에 비해 훨씬 좋은 퍼포먼스를 낼 수 있습니다.

출처 : http://nshipster.com/enumerators/