문자열 마샬링

문자열은 프로그래밍에서 가장 자주 사용하는 데이터 타입 중 하나로, .NET 환경에서 매니지드 코드와 언매니지드 코드 간에 **문자열(String)**을 주고받을 때 마샬링은 필수적입니다. 문자열은 그 자체로 복잡한 메모리 구조를 가지며, 특히 매니지드 환경과 언매니지드 환경 간에 문자열의 표현 방식이 다르기 때문에, 올바르게 마샬링하지 않으면 메모리 누수나 데이터 손실이 발생할 수 있습니다. 이 글에서는 문자열을 매니지드와 언매니지드 코드 사이에서 안전하게 마샬링하는 다양한 방법을 설명하고, 성능 최적화와 메모리 관리 전략을 함께 다룹니다.

매니지드와 언매니지드 문자열의 차이

매니지드 코드에서 **문자열(String)**은 .NET의 가비지 컬렉션에 의해 관리되며, **유니코드(UTF-16)**로 인코딩됩니다. 반면, 언매니지드 코드에서는 문자열이 다양한 형식(C에서의 ASCII 문자열, ANSI 문자열, 유니코드 등)으로 표현될 수 있습니다. 이러한 차이점 때문에, 문자열을 매니지드와 언매니지드 코드 간에 마샬링할 때는 각 환경의 문자열 표현 방식을 고려해야 합니다.

문자열 마샬링의 종류

.NET에서는 주로 다음과 같은 문자열 마샬링 옵션을 제공합니다:

ANSI 문자열: C에서 사용하는 1바이트 문자 배열로, ASCII 인코딩을 따릅니다.
유니코드 문자열: .NET에서 기본적으로 사용하는 UTF-16 인코딩의 2바이트 문자 배열입니다.
BSTR 문자열: COM과 상호작용할 때 사용하는 문자열 형식으로, 유니코드 기반이지만 문자열 길이를 포함하는 별도의 구조를 가집니다.

문자열 마샬링 기본 예제

.NET에서 문자열을 언매니지드 코드로 전달할 때는 P/Invoke를 사용하여 마샬링을 자동으로 처리할 수 있습니다. MarshalAs 특성을 사용해 문자열의 타입을 명시적으로 지정할 수 있습니다.

예제 1: 문자열을 언매니지드 코드로 전달

using System;
using System.Runtime.InteropServices;
class Program
{
    [DllImport("NativeLib.dll", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
    public static extern void PrintMessage([MarshalAs(UnmanagedType.LPStr)] string message);
    static void Main()
    {
        string message = "Hello from .NET!";
        PrintMessage(message);  // 문자열을 언매니지드 코드로 전달
    }
}

이 예제에서는 **MarshalAs(UnmanagedType.LPStr)**를 사용하여 문자열을 ANSI 형식으로 마샬링하고, 언매니지드 함수로 전달하는 과정을 보여줍니다. 여기서 LPStr은 C의 char 배열로 마샬링됩니다.

유니코드 문자열 마샬링

.NET의 기본 문자열 형식은 **유니코드(UTF-16)**입니다. 유니코드 문자열을 마샬링할 때는 **UnmanagedType.LPWStr**을 사용하여 UTF-16 형식으로 언매니지드 코드로 전달할 수 있습니다.

예제 2: 유니코드 문자열 마샬링

using System;
using System.Runtime.InteropServices;
class Program
{
    [DllImport("NativeLib.dll", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
    public static extern void PrintUnicodeMessage([MarshalAs(UnmanagedType.LPWStr)] string message);
    static void Main()
    {
        string message = "안녕하세요!";
        PrintUnicodeMessage(message);  // 유니코드 문자열 전달
    }
}

이 예제에서는 **MarshalAs(UnmanagedType.LPWStr)**를 사용하여 유니코드 문자열을 언매니지드 코드로 전달합니다. 이를 통해 다국어 지원이 필요한 경우에도 안전하게 문자열을 마샬링할 수 있습니다.

문자열 마샬링 시 메모리 관리

매니지드 코드에서 문자열은 가비지 컬렉션에 의해 자동으로 관리됩니다. 하지만 언매니지드 코드로 전달된 문자열은 수동으로 메모리를 관리해야 할 때가 있습니다. 특히 문자열을 언매니지드 환경에서 사용한 후 다시 매니지드 코드로 반환할 때는 메모리 누수를 방지하기 위해 메모리를 해제해야 합니다.

예제 3: 언매니지드 메모리에서 문자열 읽기 및 해제

using System;
using System.Runtime.InteropServices;
class Program
{
    [DllImport("NativeLib.dll", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
    public static extern IntPtr GetMessage();
    static void Main()
    {
        // 언매니지드 코드에서 문자열을 가져옴
        IntPtr messagePtr = GetMessage();
        // 문자열을 매니지드 문자열로 변환
        string message = Marshal.PtrToStringAnsi(messagePtr);
        Console.WriteLine($"Received message: {message}");
        // 메모리 해제
        Marshal.FreeHGlobal(messagePtr);
    }
}

이 예제에서는 언매니지드 메모리에서 문자열을 읽어 매니지드 문자열로 변환한 후, Marshal.FreeHGlobal로 메모리를 해제하는 방법을 보여줍니다. 언매니지드 코드에서 할당한 메모리를 명확히 해제하여 메모리 누수를 방지할 수 있습니다.

BSTR 문자열 마샬링

BSTR은 COM에서 주로 사용하는 문자열 형식으로, 유니코드 기반이며 문자열의 길이를 포함하는 구조를 가집니다. .NET에서 BSTR 문자열을 마샬링할 때는 **UnmanagedType.BStr**을 사용합니다.

예제 4: BSTR 문자열 마샬링

using System;
using System.Runtime.InteropServices;
class Program
{
    [DllImport("OleAut32.dll", CallingConvention = CallingConvention.StdCall)]
    public static extern IntPtr SysAllocString([MarshalAs(UnmanagedType.BStr)] string message);
    [DllImport("OleAut32.dll", CallingConvention = CallingConvention.StdCall)]
    public static extern void SysFreeString(IntPtr bstr);
    static void Main()
    {
        string message = "Hello, COM World!";
        
        // BSTR 문자열 할당
        IntPtr bstrPtr = SysAllocString(message);
        // BSTR 문자열 사용 (예: COM 호출)
        Console.WriteLine("BSTR String allocated.");
        // BSTR 메모리 해제
        SysFreeString(bstrPtr);
    }
}

이 예제에서는 COM에서 사용되는 BSTR 문자열을 할당하고 해제하는 방법을 보여줍니다. BSTR 문자열은 COM과 상호작용할 때 자주 사용되며, 메모리 할당 및 해제를 수동으로 관리해야 합니다.

문자열 마샬링 시 성능 최적화

문자열을 마샬링할 때 성능을 고려해야 합니다. 문자열이 크거나 빈번하게 전달되는 경우, 문자열 복사로 인해 성능 저하가 발생할 수 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 Zero-Copy 방식이나 Pinned 메모리를 사용할 수 있습니다.

1. Pinned 메모리 사용

Pinned 메모리는 가비지 컬렉터가 문자열의 메모리를 이동하지 않도록 고정하여, 성능을 최적화하는 데 유용합니다.

using System;
using System.Runtime.InteropServices;
class Program
{
    [DllImport("NativeLib.dll", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
    public static extern void ProcessString(IntPtr str);
    static void Main()
    {
        string message = "Performance-critical string";
        GCHandle handle = GCHandle.Alloc(message, GCHandleType.Pinned);
        try
        {
            IntPtr pointer = handle.AddrOfPinnedObject();
            ProcessString(pointer);  // Pinned 메모리로 문자열 전달
        }
        finally
        {
            handle.Free();  // 메모리 해제
        }
    }
}

이 예제에서는 **GCHandle**을 사용하여 문자열을 고정하고, 고정된 메모리를 언매니지드 코드로 전달하는 방법을 보여줍니다. 이를 통해 메모리 복사 없이 성능을 최적화할 수 있습니다.

2. Zero-Copy 마샬링

Zero-Copy 마샬링은 메모리 복사 없이 문자열을 처리할 수 있는 최적화된 방법입니다. 특히 문자열이 크거나 빈번하게 마샬링될 때 성능을 크게 개선할 수 있습니다.

using System;
class Program
{
    static void ProcessString(ReadOnlySpan<char> strSpan)
    {
        // 문자열 처리
        Console.WriteLine(strSpan.ToString());
    }
    static void Main()
    {
        string message = "Zero-Copy string processing";
        ReadOnlySpan
<char> span = message.AsSpan();
        ProcessString(span);  // Zero-Copy로 문자열 전달
    }
}

이 예제에서는 **ReadOnlySpan<char>**를 사용하여 문자열을 Zero-Copy 방식으로 전달하는 방법을 보여줍니다. 메모리 복사를 방지하여 성능을 최적화할 수 있습니다.

결론

매니지드와 언매니지드 코드 간의 문자열 마샬링은 메모리 관리와 성능 최적화에 중요한 역할을 합니다. 문자열의 인코딩 방식(ANSI, 유니코드, BSTR 등)을 고려하여 적절한 마샬링 전략을 선택하고, 메모리 누수 방지를 위해 메모리 할당과 해제를 명확히 해야 합니다. 또한, Pinned 메모리와 Zero-Copy 방식과 같은 성능 최적화 기법을 사용하여, 문자열 마샬링의 성능을 극대화할 수 있습니다.

Buy me a coffee

대형 구조체 및 클래스 마샬링 Nullable 타입 마샬링