소유권 심화 ⑧ 스마트 포인터 — Box·Rc·RefCell

②의 소유권 규칙이 너무 빡빡할 때 푸는 도구. C++ 스마트 포인터와 거의 1:1이라 C++ 배경이 크게 유리한 구간이다. 힙 할당 Box(unique_ptr), 참조 카운트 공유 Rc/Arc(shared_ptr), 빌림 검사를 런타임으로 미루는 Rust 특유의 내부 가변성 RefCell/Cell, 순환 참조를 끊는 Weak까지. Rc> 관용구가 왜 나오는지 정리한다.

게시 2026/07/12

By clang.engineer

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Rust 학습 로드맵의 ⑧ 소유권 심화 단계입니다. 앞 글: ⑦ 반복자·클로저

②의 “소유자는 하나, 가변 참조는 동시에 하나” 규칙이 때로 너무 빡빡합니다 — 값을 힙에 두거나, 여러 곳이 공유하거나, 공유하면서 수정해야 할 때. 그걸 푸는 도구가 스마트 포인터입니다. C++ 스마트 포인터와 거의 1:1로 대응해서 C++ 배경이 가장 크게 유리한 구간입니다.

Box — 힙 할당 (unique_ptr)

Box<T>는 값을 힙에 두는 가장 단순한 스마트 포인터입니다. unique_ptr처럼 유일 소유이고, 스코프를 벗어나면 자동 해제됩니다.

  
let b = Box::new(5);        // 5를 힙에 두고 b가 유일 소유
println!("{}", *b);        // 역참조

// 재귀 타입에 필수 — 크기를 컴파일 타임에 정하려면 간접 참조가 필요
enum List { Cons(i32, Box<List>), Nil }

주 용도는 두 가지 — 큰 값을 스택 대신 힙에, 그리고 재귀 타입(크기가 무한이 되지 않게 Box로 간접 참조). ⑥의 Box<dyn Trait>도 이것입니다.

Rc / Arc — 참조 카운트 공유 (shared_ptr)

한 값을 여러 소유자가 나눠 가져야 할 때. Rc<T>는 참조 카운트를 세다 0이 되면 해제합니다 — shared_ptr와 같습니다.

  
use std::rc::Rc;
let a = Rc::new(vec![1, 2, 3]);
let b = Rc::clone(&a);        // 카운트 2 — 데이터 복제가 아니라 카운트만 증가
println!("{}", Rc::strong_count(&a));   // 2

Rc::clone은 데이터를 복제하지 않고 카운트만 올립니다(값싼 연산). Rc는 단일 스레드용이고, 스레드 간 공유는 원자적 카운트 버전인 Arc(Atomically Reference Counted)를 씁니다(⑨). “스레드를 넘으면 Arc“로 기억하면 됩니다.

RefCell·Cell — 내부 가변성 (Rust 특유)

C++에 직접 대응이 없는 Rust 고유 개념입니다. ②의 빌림 규칙은 컴파일 타임에 검사되는데, RefCell<T>는 그 검사를 런타임으로 미룹니다. 겉은 불변(&)인데 속을 바꿀 수 있어 “내부 가변성(interior mutability)”이라 부릅니다.

  
use std::cell::RefCell;
let c = RefCell::new(5);
*c.borrow_mut() += 10;         // 불변처럼 들고 있지만 내부를 수정
println!("{}", c.borrow());    // 15

borrow()/borrow_mut()가 런타임에 빌림 규칙을 검사합니다 — 어기면 컴파일 에러가 아니라 런타임 패닉(already borrowed). 컴파일러가 정적으로 증명 못 하지만 개발자는 안전을 아는 경우에 씁니다. Cell<T>는 값을 통째로 넣고 빼는 더 가벼운 버전입니다.

Rc<RefCell<T>> — 공유 + 가변 관용구

두 도구를 합치면 여러 곳이 공유하면서 수정할 수 있습니다. 그래프·트리처럼 노드를 여럿이 가리키며 고쳐야 하는 자료구조의 Rust 관용구입니다.

  
use std::rc::Rc;
use std::cell::RefCell;

let shared = Rc::new(RefCell::new(vec![1, 2, 3]));
let clone = Rc::clone(&shared);
clone.borrow_mut().push(4);              // 공유된 데이터를 수정
println!("{:?}", shared.borrow());       // [1, 2, 3, 4]

Rc(공유) + RefCell(가변)의 조합이라고 읽으면 됩니다. ②의 규칙을 정공법으로 못 풀 때의 탈출구입니다.

Weak — 순환 참조 끊기 (weak_ptr)

Rc끼리 서로를 가리키면 카운트가 영원히 0이 안 되어 메모리 누수가 납니다(shared_ptr 순환과 동일). 한쪽을 소유하지 않는 Weak<T>로 두어 끊습니다 — 부모→자식은 Rc, 자식→부모는 Weak.

C++ 전환으로 정리

C++	Rust	핵심 차이
`unique_ptr`	`Box`	유일 소유, 힙 할당
`shared_ptr`	`Rc` / `Arc`	참조 카운트. `Arc`는 스레드 안전
`weak_ptr`	`Weak`	순환 참조 끊기
`mutable` (const 안 가변)	`RefCell` / `Cell`	내부 가변성. 런타임 빌림 검사
수동 순환 관리	`Rc<RefCell<T>>` + `Weak`	관용구로 정형화

자주 막히는 지점

RefCell 런타임 패닉 — borrow_mut()가 겹치면(이미 빌린 상태에서 또 가변 빌림) 컴파일이 아니라 실행 중에 패닉. 컴파일러의 정적 보장을 런타임으로 미룬 대가입니다.
Rc를 스레드에 넘김 — Rc는 스레드 안전이 아니라 컴파일 에러. 스레드 간이면 Arc.
Rc::clone 오해 — 깊은 복사가 아니라 카운트 증가입니다. a.clone()보다 Rc::clone(&a)로 써서 “카운트만 는다”를 명시하는 게 관례.
스마트 포인터 남용 — 대부분의 코드는 그냥 소유·빌림으로 충분합니다. Rc<RefCell<T>>가 자주 나오면 설계를 다시 볼 신호일 때가 많습니다.

통과 기준

Box·Rc/Arc·RefCell을 각각 언제 쓰는지 구분할 수 있다.
내부 가변성(RefCell)이 왜 필요하고, 그 대가(런타임 검사)가 무엇인지 설명할 수 있다.
Rc<RefCell<T>> 관용구가 어떤 문제(공유+가변)를 푸는지 안다.

다음은 ⑨ thread·Send/Sync·async입니다. 소유권 시스템이 데이터 레이스를 컴파일 타임에 막는 “fearless concurrency”로 들어갑니다.

Reference

The Rust Book Ch.15 — 스마트 포인터의 정본.
The Rust Book Ch.15.6 — Reference Cycles — Weak으로 순환 끊기.
메모리 관리 모델 — 소유권·참조 카운트·GC의 위치.

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