[C#] 클래스와 구조체 선택 가이드: 차이점·성능·사용 기준

이 포스트에서는 C#에서 클래스(class) 와 구조체(struct) 를 언제 사용할지 결정할 때 필요한 차이점, 성능·메모리 영향, 그리고 선택 가이드라인을 정리한다. 규칙만 나열하지 않고, 할당·배열·박싱·복사·전달 방식까지 구체적으로 다룬다.

이 포스트에서 다루는 내용

• 클래스(참조 형식)와 구조체(값 형식)의 핵심 차이 요약
• 메모리 할당 위치(힙 vs 스택·인라인)와 GC 영향
• 배열 할당 방식(아웃 오브 라인 vs 인라인)과 참조 집약성
• 박싱·언박싱이 성능에 미치는 영향
• 복사·전달 방식과 불변성 권장 이유
• 구조체를 쓸 때와 클래스를 쓸 때의 실무 기준
• 참고할 수 있는 공식 문서 링크

클래스와 구조체 한눈에 비교

아래 표는 선택 시 자주 참고하는 비교 요약이다.

선택 흐름을 도식화하면 다음과 같다.

flowchart LR
  subgraph Decide["형식 선택"]
    Start["타입 설계"]
    Start --> Q1["단일 값 기본형과 유사?"]
    Q1 -->|Yes| Q2["크기 16바이트 미만?"]
    Q1 -->|No| UseClass["클래스 사용"]
    Q2 -->|Yes| Q3["불변으로 유지 가능?"]
    Q2 -->|No| UseClass
    Q3 -->|Yes| Q4["박싱 최소화 가능?"]
    Q3 -->|No| UseClass
    Q4 -->|Yes| UseStruct["구조체 사용"]
    Q4 -->|No| UseClass
  end

메모리 할당과 해제

• 클래스: 인스턴스가 힙에 할당되고, 가비지 수집기(GC)에 의해 수집된다. 할당·해제 비용과 GC 부하는 상대적으로 크다.
• 구조체: 스택에 할당되거나, 이를 포함하는 형식(클래스/구조체) 안에 인라인으로 들어간다. 스택이 해제되거나 포함 형식이 해제될 때 함께 정리되므로, 할당·해제 비용이 일반적으로 더 낮다.

따라서 수명이 짧고 크기가 작은 값은 구조체로 두면 GC 부담을 줄일 수 있다.

배열 할당 방식과 참조 집약성

• 클래스 배열: 요소가 힙에 있는 객체를 가리키는 참조만 갖는다(아웃 오브 라인). 배열 자체는 참조들의 연속이고, 실제 인스턴스는 흩어져 있을 수 있어 참조 집약성(locality of reference) 이 나쁠 수 있다.
• 구조체 배열: 요소가 실제 구조체 인스턴스로 배열 메모리에 인라인으로 들어간다. 연속 메모리이므로 캐시 친화적이고, 할당·해제도 클래스 배열보다 저렴한 경우가 많다.

대량의 작은 값을 연속으로 다룰 때는 구조체 배열이 유리한 경우가 많다.

박싱과 언박싱

값 형식(구조체)을 참조 형식(object)이나 구현한 인터페이스 타입으로 캐스팅하면 박싱(boxing) 이 일어나 힙에 객체가 만들어진다. 반대로 그 객체에서 다시 값 형식으로 꺼내는 것을 언박싱(unboxing) 이라 한다. 박싱된 객체는 GC 대상이 되므로, 빈번한 박싱·언박싱은 힙 사용과 GC에 부정적이다.

참조 형식(클래스)은 같은 타입으로 캐스팅해도 박싱이 발생하지 않는다.

자세한 설명과 예제는 Boxing 및 Unboxing (C# 프로그래밍 가이드)를 참고하면 된다.

복사·전달 방식과 불변성

• 클래스: 할당은 참조 복사이다. 같은 인스턴스를 가리키는 참조가 여러 개일 수 있고, 한 쪽에서 변경하면 다른 참조에도 그대로 반영된다.
• 구조체: 할당은 전체 값 복사이다. 인수로 넘기거나 반환할 때도 복사본이 만들어지므로, 변경 가능(mutable) 구조체는 호출자·피호출자 간 동작이 헷갈리기 쉽다. 따라서 구조체는 가능한 한 불변(immutable) 으로 두는 것이 권장된다.

구조체를 쓸 때와 클래스를 쓸 때

구조체를 고려할 조건은 대략 다음과 같다. 다음을 모두 만족할 때만 구조체를 쓰는 것이 안전하다.

• 논리적으로 단일 값이거나 기본 형식(int, double 등)과 비슷한 의미를 가진다.
• 인스턴스 크기가 16바이트 미만이다.
• 불변으로 설계할 수 있다.
• 박싱을 자주 하지 않아도 된다.

그 외에는 형식을 클래스로 정의하는 것이 일반적이다. 프레임워크에서도 대부분의 타입은 클래스이며, 구조체는 위 조건에 맞는 작은 값 타입에 한해 사용하는 것이 좋다.

결론

• 클래스: 참조 형식, 힙 할당·GC, 참조 복사·참조 전달. 대부분의 도메인 타입과 복잡한 객체에 사용.
• 구조체: 값 형식, 스택·인라인 할당, 값 복사·값 전달. 작고(16바이트 미만), 짧은 수명, 불변, 박싱을 피할 수 있는 단일 값에 사용.

형식의 인스턴스가 작고, 수명이 짧고, 다른 객체에 포함되는 경우가 많다면 클래스 대신 구조체를 검토해 보자. 위 네 가지 조건(단일 값·16바이트 미만·불변·박싱 최소)을 모두 만족하지 않으면 구조체보다 클래스를 선택하는 것이 안전하다.

참고 문헌

1. Boxing 및 Unboxing - C# 프로그래밍 가이드 | Microsoft Learn
2. 값 형식 - C# 참조 | Microsoft Learn
3. 참조 형식 - C# 참조 | Microsoft Learn
4. 구조체 형식 - C# 참조 | Microsoft Learn