[SE-0507] Borrow and Mutate Accessors

안녕하세요. 그린입니다 🍏

이번 포스팅에서는 SE-0507 Borrow and Mutate Accessors에 대해 정리해보겠습니다 🙋🏻

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Intro

Swift의 property accessor는 계속 발전중입니다.

기존에는 get, set, 그리고 최근 추가된 yielding borrow, yielding mutate가 있었는데요.

 

이번 SE-0507은 새로운 borrow와 mutate accessor를 제안합니다.

 

얘네들은 borrowing semantics를 사용해서 복사 오버헤드 없이 값에 접근할 수 있고, yielding accessor보다 성능이 좋습니다.

특히 non-copyable 타입을 다루는 collection이나 성능이 중요한 저수준 데이터 구조에 유용할 거예요 🚀

 

현재 2026년 2월 9일까지 리뷰가 진행 중이긴한데 현 시점에서 Draft 상태라 계획대로 내일까지 반영될진 지켜봐야 알것 같아요.

 

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왜 필요한가?

기존 accessor들은 각각 한계가 있습니다.

 

문제 1: get은 복사해야 한다

get accessor는 값을 복사하거나 새로 생성해서 반환해야 합니다.

복사의 코스트가 많이 들거나 불가능한 경우엔 쓸 수 없죠.

struct NC: ~Copyable { ... }
struct ContainerOfNoncopyable {
    private var _element: NC
    var element: Element {
        return _element // 🛑 ERROR: Cannot copy `_element`
    }
}

Non-copyable 값을 저장하는 collection은 subscript에 get을 쓸 수 없습니다.

 

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문제 2: yielding accessor는 오버헤드가 크다

yielding mutate와 yielding borrow는 coroutine을 사용합니다.

접근 전후로 코드를 실행할 수 있어서 유연하지만, 그만큼 오버헤드가 있습니다.

• Coroutine을 위한 메모리 할당
• 여러 번의 함수 호출
• 접근 scope가 제한됨 (함수가 끝나기 전에 완료되어야 함)

struct Element: ~Copyable {
  var span: Span<...> { ... }
}

struct Wrapper: ~Copyable {
    private var _element: Element
    var element: Element {
        yielding borrow { // ❗️Note: Using `yielding borrow` accessor
            yield _element
        }
    }
}

func getSpan(wrapper: borrowing Wrapper) -> Span<...> {
    // Because we're reading `element` from a yielding accessor,
    // its access must finish before `getSpan` returns.
    // But `span` cannot outlive `element`, so ...

    // 🛑 ERROR: lifetime-dependent value escapes its scope
    return wrapper.element.span
}

Borrowing accessor는 이 두 문제를 모두 해결합니다.

 

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제안된 솔루션

새로운 borrow와 mutate 키워드로 accessor를 정의합니다.

struct RigidWrapper<Element: ~Copyable>: ~Copyable {
    var _element: Element
    var element: Element {
        borrow {
            return _element
        }
        mutate {
            return &_element
        }
    }
}

• borrow: 읽기 전용 접근, 복사하지 않음
• mutate: 읽기/쓰기 접근, &로 mutable reference 반환

yield 대신 return을 쓰는 게 차이점입니다.

물론 single expression이면 return 키워드는 생략 가능합니다.

 

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상세 설계

반환 값의 제약

Borrowing accessor는 저장된 값만 반환할 수 있습니다.

local이나 temporary 값은 반환할 수 없어요.

struct InvalidExamples {
    var _array : [Int]
    
    var local: [Int] {
        borrow {
            let foo = [1, 2, 3]
            // 🛑 ERROR: Cannot return local value from borrow accessor
            return foo
        }
    }
    
    var temporary: [Int]? {
        borrow {
            // This would require creating a temporary local
            // optional array from `_array`.
            // 🛑 ERROR: Cannot return temporary value from borrow accessor
            return _array
        }
    }
}

반환하는 값은 accessor 실행이 끝난 후에도 유효해야 합니다.

 

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사용 방법

borrow로 읽기

클라이언트 코드는 기존 get과 동일하게 보이지만, 내부적으로는 복사가 일어나지 않습니다.

var owner = Wrapper(value)

// "borrow" the value to give to a function
// without copying...
doSomething(with: owner.element)

func doSomething(with value: borrowing Element) {
    // `value` is borrowed, so this invokes
    // the method "in-place"
    value.someMethod() 

    // Exclusivity prevents the owner from being
    // mutated while `value` is alive:
    owner.mutatingMethod() // 🛑 ERROR
}

메모리 일관성을 위해 Swift의 exclusivity rule이 적용됩니다.

borrow가 활성화된 동안엔 owner를 변경할 수 없어요.

 

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mutate로 수정하기

mutate accessor는 읽기/쓰기 접근을 제공합니다.

var owner = Wrapper(value)

// Mutating/inout access will invoke the `mutate` accessor
doSomething(with: &owner.element)

func doSomeMutation(with value: inout Element) {
    // So this invokes a method on the value "in-place"
    // Because you borrowed for mutation, this can be
    // a mutating method.
    value.someMutatingMethod()

    // Accessing the owner is an exclusivity violation
    owner.anyMethod() // 🛑 ERROR
}

 

 

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다른 accessor와의 호환성

mutate를 제공하면

• borrow도 반드시 제공해야 함
• yielding mutate나 yielding borrow는 사용 불가

Swift는 일반적으로 write-only property를 허용하지 않습니다.

또한 읽기와 쓰기 작업의 접근 scope를 일관되게 유지해야 합니다.

 

borrow를 제공하면

• get이나 yielding borrow는 사용 불가

여러 read accessor나 여러 write accessor를 동시에 정의하면 호출자 입장에서 혼란스럽기 때문입니다.

 

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Ownership 변형

기본적으로 아래와 같아요.

• borrow: 포함하는 값을 변경하지 않음
• mutate: 포함하는 값을 변경함

이걸 mutating이나 nonmutating 키워드로 오버라이드할 수 있습니다.

 

mutating borrow

읽기 전용이지만 side-effect로 인해 포함하는 값이 변경될 수 있는 경우입니다.

struct S1 {
  private var cachedValue: Foo
  var foo : Foo {
    mutating borrow {
      if !cachedValue.available {
        // Update `cachedValue`
        // Compiler allows such update
        // because this is `mutating`
      }
      return cachedValue
    }
  }
}

let s1: S1 // Note: Immutable value
s1.foo // 🛑 Cannot use mutating accessor on immutable value

캐시를 업데이트하는 경우 같은 거죠.

 

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nonmutating mutate

값을 변경할 수 있지만 부모 값의 변경으로 간주되지 않는 경우입니다.

struct Outer {
  var inner: InnerType {
    borrow {
      return some_value_stored_elsewhere
    }
    nonmutating mutate {
      return &some_value_stored_elsewhere
    }
  }
}

외부에 저장된 값에 접근하는 경우 같은 거예요.

 

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Protocol requirement로 사용

Protocol에서도 borrowing accessor를 요구할 수 있습니다.

protocol BorrowingAccess {
  associatedtype Element
  var element: Element { borrow mutate }
}

이는 두 가지 기능이 있어요.

1. Protocol을 통한 접근 방식을 제어 (existential이나 generic argument에서)
2. conforming 타입에 해당 accessor가 있어야 함 (명시적 구현 또는 컴파일러 합성)

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컴파일러 합성

• Stored property → borrow, mutate 합성 가능
• borrow 구현 → yielding borrow나 get 합성 가능 (copyable만)
• mutate 구현 → set이나 yielding mutate 합성 가능

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제약사항

• Protocol이 borrow 요구 → conforming 타입도 borrow 필요
• Protocol이 mutate 요구 → conforming 타입은 borrow와 mutate 모두 필요

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Class와 Actor에서는 불가

Class는 property 접근 전후로 runtime exclusivity check를 실행해야 합니다.

Borrowing accessor는 접근 후에 코드를 실행할 방법이 없어서 class property에는 사용할 수 없습니다.

yielding borrow와 yielding mutate는 class property에 사용 가능합니다.

 

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Subscript에도 사용 가능

struct ArrayLikeType {
  subscript(index: Int) -> Element {
    borrow { .... }
    mutate { .... }
  }
}

다만 subscript는 전체 struct를 암묵적으로 접근하므로, 아래 코드는 불가능해요.

var x: ArrayLikeType
swap(&x[0], &x[1]) // 🛑 두 개의 mutating access

 

 

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호환성

Source compatibility

기존에 borrow나 mutate라는 이름의 함수를 trailing closure로 호출하는 경우와 충돌 가능성이 있습니다.

struct S {
  func borrow(closure: () -> ()) { ... }
  // Is this a new borrow accessor?
  // Or a call to the borrow method just above?
  var property: Int { borrow { ... } }
}

하지만 실제로는 거의 발생하지 않을 것으로 봅니다.

 

ABI compatibility

새로운 기능이라 기존 ABI에는 영향이 없습니다.

 

Adoption 영향

Non-borrowing accessor를 borrowing accessor로 바꾸는 건 일반적으로 ABI-breaking입니다.

하지만 existential type의 ABI는 보존됩니다. (컴파일러가 계속 accessor를 합성할 수 있다면)

Source-breaking일 수도 있습니다. 특히 get을 borrow로 바꾸면 lifetime 제약이 생겨서 기존 코드가 컴파일되지 않을 수 있어요.

 

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향후 방향성

Borrowing returns

함수에서도 borrowed 값을 반환할 수 있으면 유용합니다.

struct S<Value> {
  subscript(_ index: Int) -> Value {
     borrow { ... }
  }
  func indirect(_ parameter: Foo) -> borrowing Value {
     let index = ... compute index from parameter ...
     return self[index]
  }
}

 

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Unsafe pointer를 통한 borrowing

저수준 데이터 구조는 종종 unsafe pointer를 사용합니다.

var _storage: UnsafePointer<Element>

var first: Element {
  borrow {
    // ERROR: borrow accessors can only return stored properties
    // or computed properties that have borrow accessors
    return _storage.pointee
  }
}

 

이런 케이스를 지원하려면 뭔가 annotation이 필요할 것 같습니다.

var first: Element {
  borrow {
    return unsafeResultDependsOnSelf(_storage.pointee)
  }
}

 

 

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나왔던 대안

아무것도 하지 않기?

Yielding coroutine-based accessor도 비슷한 기능을 제공하지만, 성능 특성이 다릅니다.

Coroutine accessor는 접근 후에 코드를 실행할 수 있어서 의미론적으로는 더 강력하지만, 완전히 inline되지 않으면 여러 함수 호출 오버헤드가 있습니다.

Borrowing accessor는 여러 함수 호출 오버헤드 없이 in-place mutation 기능을 제공합니다.

 

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Conclusion

특히나 유용한 제안이라고 생각되는 포인트는 non-copyable 타입을 다루는 collection이나 성능이 중요한 저수준 코드에서 큰 도움이 될 것 같아요.

get의 복사 오버헤드와 yielding accessor의 coroutine 오버헤드 사이의 sweet spot을 찾은 느낌입니다.

Swift Standard Library 팀에서도 이 기능을 원했다고 하니, 실무에서 정말 필요한 기능인 것 같네요 😃

 

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References

swift-evolution/proposals/0507-borrow-accessors.md at main · swiftlang/swift-evolution

[Pitch] Borrowing Accessors

SE-0507: Borrow and Mutate Accessors

[Prospective Vision] Accessors