[Rust] trait: object safety

Trait은 정적 디스패치를 통한 컴파일타임 Generic 기능 또한 가지고 있지만, 본질적으로는 여러가지 하위 구현 타입에 대한 공통적인 인터페이스(interface)다.
동적으로 할당된 힙 데이터에 다형성을 제공해주는 용도라는 것이다.

그래서 trait의 메서드들은 공통적으로 vtable에 적재되어 런타임에 명확하게 식별이 될 수 있는 형태여야 하고, 그런 형태를 object safety라고 부른다.
object safety를 준수하지 않아도 트레잇을 정의하고 사용할 수는 있지만, 동적할당에 사용할 수는 없다.

예를 들어 아래 트레잇은 object safety를 완벽하게 준수하는 트레잇 정의 및 구현이다.

잘 실행된다.

그럼 object safety가 무너지는 조건이 뭘까?
꽤 많다.
하나씩 살펴보겠다.

Self 그대로 사용하기

그런 하위 구현타입에 대한 참조를 직접적으로 수행할 경우다.

예를 들어 아래에서는 Self 키워드를 통해 스스로의 구현체를 반환하는 형태를 가진다.

생각해보자. C++을 사용해봤다면, 이상하게 느껴질 수 있을 것이다.

일단 이건 정적 디스패치를 통해 사용할 수는 있다.

문제는 없다. 어차피 제너릭으로 동작하니까.

하지만 Box 등을 통해 동적 디스패치 객체를 만들려고 하면 문제가 생긴다.

trait이 object safety하지 않아졌기 때문이다.

다시 보자.

여기서 Self는 하위 구현타입을 가리키게 된다.
그러면 Foo 구조체는 &Foo를, Bar 구조체는 &Bar를 반환 타입으로 가지게 될텐데, 항상 동일한 타입으로 동작해야 하는 trait 메서드가 타입따라서 다른 타입을 반환하는게 말이 되겠는가?

그래서 이러한 메서드는 vtable에 적재될 수 없고, 그 때문에 동적 객체에 할당될 수 없는 것이다.

이건 리턴타입뿐만 아니라 파라미터 타입에 쓸 때도 마찬가지인 부분이다.

그래서 이러한 기능들은 별도 트레잇으로 분리해내거나, 아니면 단순 구조체 구현부에 각각 두는게 맞다.
애초에 잘못된 설계라고 봐야한다.

제너릭

object safety를 파괴하는 또 하나의 예는 제너릭이다.
trait 내에 임의의 제너릭을 추가하면,

이것도 마찬가지로 동일한 오류를 던진다.
애초에 메서드 자체가 불완전하게 정의된 상태인데, 어떻게 저걸로 동적 매칭을 하겠는가?

Associated Constants

트레잇 내에 상수를 정의할 경우에도 object safety가 무너진다.
컴파일타임에 강제로 인라이닝을 하는 기능이기 때문이다.
https://blog.naver.com/sssang97/223141563733

&self가 없는 메서드

&self가 없는 정적메서드도 Object Safey하지 않은 형태다.
예를 들면 이런 형태 말이다.

object safey를 준수하려면 반드시 &self나, Box, Rc, Arc, Pin 등을 통해서라도 객체 자기 자신을 참조하는 메서드여야만 한다.
예를 들면, 이렇게 말이다.

그리고 이러한 Object safety하지 않은 trait을 상속받는 trait들도 전부 object safety하지 않다.

참조
https://rust-lang.github.io/rfcs/0255-object-safety.html