템플릿 (Template)

1. 함수 오버로딩으로 일관된 형태의 함수 만들기

 

C++은 인자를 다르게 하여 같은 이름의 함수를 여러개 만들 수 있다.

 

이를 이용하여 인자 타입에 따라 같은 동작을 하는 라이브러리를 만들 수 있다.

(그렇지 않고 한 타입에 대해서만 정의한다면, 다른 타입에서 사용할 수 없거나 강제로 형변환 되어버린다)

 

#include <iostream> int square(int x) { return x* x; } double square(double x) { return x * x; } int main() { std::cout << square(3) << std::endl; std::cout << square(3.3) << std::endl; // 9 without double square(double); }

 

만일 double square(double x)가 없다면, square(3.3)은 3.3이 int로 형변환 된 후 int로 반환되어버린다.

 

이렇게 동일한 코드를 반복적으로 정의하기 위해서는 C의 매크로를 쓰거나 C++의 템플릿을 쓸 수 있다.

 

 

 

2-1. 매크로

 

매크로를 이용하면 전처리 시간에 코드를 생성할 수 있다.

 

위의 동작을 아래와 같이 매크로로 처리하면 한줄로 타입에 대해 정의할 수 있다.

 

#define MAKE_SQUARE(T) T square(T x) {return x * x;} MAKE_SQUARE(int) MAKE_SQUARE(double)

단점은 매번 함수를 사용하기 전에 자기가 원하는 타입으로 선언했는지 생각해보고,

 

사용 안 했으면 먼저 MAKE_SQUARE()를 선언해줘야 한다는 것이다.

그리고 두번 같은 선언을 하면 에러가 발생한다.

 

2-2. 템플릿

 

C++에서 추가된 템플릿을 사용하면 컴파일 시간에 코드를 생성할 수 있다.

 

template <typename T> T square(T x) {return x * x;}

이렇게 코드를 추가하면 square 함수를 사용할 때마다 컴파일 시간에 함수를 추가한다.

(이미 추가되어 있다면 추가된 함수를 사용한다.)

 

즉 템플릿 구문 만으로는 함수가 아니고, 만일 사용하지 않았다면 어셈블리 코드에 함수가 하나도 추가되지 않는다.

// test.cpp template <typename T> T square(T x) {return x * x;} int main() { return 0; } // test.s (g++ -S test.cpp) .file "test.cpp" .text .globl main .type main, @function main: .LFB1: .cfi_startproc pushq %rbp .cfi_def_cfa_offset 16 .cfi_offset 6, -16 movq %rsp, %rbp .cfi_def_cfa_register 6 movl $0, %eax popq %rbp .cfi_def_cfa 7, 8 ret .cfi_endproc

여기에는 square 에 대한 내용이 없다.

// test.cpp template <typename T> T square(T x) {return x * x;} int main() { int x = square(3); double y = square(3.3); return 0; } // test.s (g++ -S test.cpp) .file "test.cpp" .text .globl main .type main, @function main: .LFB1: .cfi_startproc pushq %rbp .cfi_def_cfa_offset 16 .cfi_offset 6, -16 movq %rsp, %rbp .cfi_def_cfa_register 6 subq $32, %rsp movl $3, %edi call _Z6squareIiET_S0_ movl %eax, -12(%rbp) movq .LC0(%rip), %rax movq %rax, -24(%rbp) movsd -24(%rbp), %xmm0 call _Z6squareIdET_S0_ movq %xmm0, %rax movq %rax, -8(%rbp) movl $0, %eax leave .cfi_def_cfa 7, 8 ret .cfi_endproc .LFE1: .size main, .-main .section .text._Z6squareIiET_S0_,"axG",@progbits,_Z6squareIiET_S0_,comdat .weak _Z6squareIiET_S0_ .type _Z6squareIiET_S0_, @function _Z6squareIiET_S0_: .LFB2: .cfi_startproc pushq %rbp .cfi_def_cfa_offset 16 .cfi_offset 6, -16 movq %rsp, %rbp .cfi_def_cfa_register 6 movl %edi, -4(%rbp) movl -4(%rbp), %eax imull -4(%rbp), %eax popq %rbp .cfi_def_cfa 7, 8 ret .cfi_endproc .LFE2: .size _Z6squareIiET_S0_, .-_Z6squareIiET_S0_ .section .text._Z6squareIdET_S0_,"axG",@progbits,_Z6squareIdET_S0_,comdat .weak _Z6squareIdET_S0_ .type _Z6squareIdET_S0_, @function _Z6squareIdET_S0_: .LFB3: .cfi_startproc pushq %rbp .cfi_def_cfa_offset 16 .cfi_offset 6, -16 movq %rsp, %rbp .cfi_def_cfa_register 6 movsd %xmm0, -8(%rbp) movsd -8(%rbp), %xmm0 mulsd -8(%rbp), %xmm0 popq %rbp .cfi_def_cfa 7, 8 ret .cfi_endproc .LFE3: .size _Z6squareIdET_S0_, .-_Z6squareIdET_S0_ .section .rodata .align 8

여기에는 Line 44에 square<int>, Line 64에 square<double>가 생성된 것이 보인다.

이를 지연된 인스턴스화 (Lazy Instantiation)라 부른다.

3. 지연된 인스턴스화 (Lazy Instantiation)

클래스 템플릿 중 사용되지 않은 멤버 함수는 인스턴스화 되지 않는다.

// test.cpp template <typename T> class Test { public: T add(T x, T y) {return x + y;} T sub(T x, T y) {return x - y;} }; int main() { Test<int> ti; ti.add(1, 2); ti.sub(2, 3); Test<double> td; td.sub(1.1, 3.7); return 0; } // test.s (g++ -S test.cpp) .file "test.cpp" .text .globl main .type main, @function main: .LFB2: .cfi_startproc pushq %rbp .cfi_def_cfa_offset 16 .cfi_offset 6, -16 movq %rsp, %rbp .cfi_def_cfa_register 6 subq $32, %rsp movq %fs:40, %rax movq %rax, -8(%rbp) xorl %eax, %eax leaq -10(%rbp), %rax movl $2, %edx movl $1, %esi movq %rax, %rdi call _ZN4TestIiE3addEii leaq -10(%rbp), %rax movl $3, %edx movl $2, %esi movq %rax, %rdi call _ZN4TestIiE3subEii movsd .LC0(%rip), %xmm0 movq .LC1(%rip), %rdx leaq -9(%rbp), %rax movapd %xmm0, %xmm1 movq %rdx, -24(%rbp) movsd -24(%rbp), %xmm0 movq %rax, %rdi call _ZN4TestIdE3subEdd movl $0, %eax movq -8(%rbp), %rcx xorq %fs:40, %rcx je .L3 call __stack_chk_fail@PLT .L3: leave .cfi_def_cfa 7, 8 ret .cfi_endproc .LFE2: .size main, .-main .section .text._ZN4TestIiE3addEii,"axG",@progbits,_ZN4TestIiE3addEii,comdat .align 2 .weak _ZN4TestIiE3addEii .type _ZN4TestIiE3addEii, @function _ZN4TestIiE3addEii: .LFB3: .cfi_startproc pushq %rbp .cfi_def_cfa_offset 16 .cfi_offset 6, -16 movq %rsp, %rbp .cfi_def_cfa_register 6 movq %rdi, -8(%rbp) movl %esi, -12(%rbp) movl %edx, -16(%rbp) movl -12(%rbp), %edx movl -16(%rbp), %eax addl %edx, %eax popq %rbp .cfi_def_cfa 7, 8 ret .cfi_endproc .LFE3: .size _ZN4TestIiE3addEii, .-_ZN4TestIiE3addEii .section .text._ZN4TestIiE3subEii,"axG",@progbits,_ZN4TestIiE3subEii,comdat .align 2 .weak _ZN4TestIiE3subEii .type _ZN4TestIiE3subEii, @function _ZN4TestIiE3subEii: .LFB4: .cfi_startproc pushq %rbp .cfi_def_cfa_offset 16 .cfi_offset 6, -16 movq %rsp, %rbp .cfi_def_cfa_register 6 movq %rdi, -8(%rbp) movl %esi, -12(%rbp) movl %edx, -16(%rbp) movl -12(%rbp), %eax subl -16(%rbp), %eax popq %rbp .cfi_def_cfa 7, 8 ret .cfi_endproc .LFE4: .size _ZN4TestIiE3subEii, .-_ZN4TestIiE3subEii .section .text._ZN4TestIdE3subEdd,"axG",@progbits,_ZN4TestIdE3subEdd,comdat .align 2 .weak _ZN4TestIdE3subEdd .type _ZN4TestIdE3subEdd, @function _ZN4TestIdE3subEdd: .LFB5: .cfi_startproc pushq %rbp .cfi_def_cfa_offset 16 .cfi_offset 6, -16 movq %rsp, %rbp .cfi_def_cfa_register 6 movq %rdi, -8(%rbp) movsd %xmm0, -16(%rbp) movsd %xmm1, -24(%rbp) movsd -16(%rbp), %xmm0 subsd -24(%rbp), %xmm0 popq %rbp .cfi_def_cfa 7, 8 ret .cfi_endproc .LFE5: .size _ZN4TestIdE3subEdd, .-_ZN4TestIdE3subEdd .section .rodata .align 8 .LC0: .long 2576980378 .long 1074633113 .align 8 .LC1: .long 2576980378 .long 1072798105 .ident "GCC: (Ubuntu 7.3.0-27ubuntu1~18.04) 7.3.0" .section .note.GNU-stack,"",@progbits

Line 73의 _ZN4TestIiE3addEii(Test<int>::add), Line 97의 _ZN4TestIiE3subEii(Test<int>::sub), Line 120의 _ZN4TestIdE3subEdd(Test<double>::sub) 세 개는 인스턴스화 되었는데, Test<double>::add는 되지 않았다.

같은 원리로 설사 코드에 문제가 있더라도 사용되지 않았다면 컴파일러가 생성하지 않기 때문에 컴파일이 잘 된다.

(클래스 템플릿이 아닌 경우는 사용되지 않더라도 컴파일 에러 발생)

template <typename T> class Test1 { T x; public: void errorneous() { *x = 1; // OK } }; class Test2 { int x; public: void errorneous() { *x = 1; // error } }; int main() { Test1<int> x; return 0; }

위의 코드에서 Test1은 에러가 있는 멤버 함수 erroneous가 있더라도 컴파일러에 의해 에러가 발생하지 않는 반면, Test2는 사용된 적도 없지만 컴파일 에러가 발생한다.