스마트 포인터로 메모리 관리 자동화하기

C++11에 정식으로 추가되었다.

기존에 사용되던 auto_ptr은 안전성의 문제로 C++17부터는 폐기되었고 unique_ptr이 동일한 기능을 수행한다.

unique_ptr로 원시 포인터 대체하기

빠르고 효율적이며 원시 포인터를 대체할 수 있다. 객체를 독점하기 때문에 복사가 불가능하다.

/* C++11 */
auto up1 = std::unique_ptr{};
auto up2 = std::unique_ptr{ nullptr };
auto up3 = std::unique_ptr{ new int{ 1234 } };

/* C++14 */
auto up4 = std::make_unique<int>(1234);

기존의 포인터들은 메모리를 수동으로 해제해야 했지만 스마트 포인터는 범위를 벗어나면 자동으로 해제해준다.

struct BodyMass { ... };

auto myWeight = std::make_unique<BodyMass>(1, 165.3f);

auto myWeight2 = myWeight; // 에러. 복사 금지
auto copyWeight = *myWeight // ok

앞서 언급했듯이 unique_ptr은 독점 소유이기 때문에 포인터를 복사하는 것은 에러가 발생한다. (unique_ptr의 복사 연산은 delete로 삭제되어있다.)

copyWeight는 myWeight가 아닌 myWeight가 소유중인 객체의 값을 복사하는 것이기 때문에 복사 연산자가 존재한다면 에러가 발생하지 않는다.

복사는 불가능하지만 move 함수 호출을 통한 이동은 가능하다.

auto myWeight = std::make_unique<BodyMass>(1, 165.3f);
auto moveWeight = std::move(myWeight);

shared_ptr로 객체 공유하기

unique_ptr과 다르게 소유권을 공유하기 때문에 복사 연산이 제공된다.

구현에 차이는 있겠지만 unique_ptr에 참조 횟수가 추가된 형태라고 보면 된다.

shared_ptr이 복사되면 참조 횟수가 하나 증가하고 shared_ptr이 파괴되면 참조 횟수가 하나 감소한다.

shared_ptr이 파괴될 때 참조 횟수가 0이라면 그제서야 객체가 삭제된다.

auto sp1 = std::shared_ptr<int> {}; // empty, 참조횟수 0
sp1 = std::make_shared<int>(1234); // 1234, 참조횟수 1
auto sp2 = sp1; // 1234, 참조횟수 2
sp2.reset() // sp2 파괴, empty, 참조횟수 1

참고로 shared_ptr의 인스턴스를 직접 만드는것보다 make_shared를 통해 만드는 것이 성능면에서 더 빠르다.

weak_ptr로 객체 추적하기

참조의 종류에는 강한 참조와 약한 참조가 있다.

shared_ptr은 강한 참조를 증감시키고 강한 참조의 횟수가 0이 될 때 객체가 소멸된다. (단, 최초 생성 시 약한 참조의 횟수도 1 증가한다.)

하지만 순환 참조가 발생하는 경우 객체가 영원히 소멸되지 않는 문제가 있다. 이 문제를 해결하기 위해 존재하는 개념이 약한 참조이다.

강한 참조는 참조 횟수가 증감되어 객체의 생명주기에 영향을 주지만 약한 참조는 참조 횟수가 증감되지 않아서 생명주기에 영향을 주지 않는다.

약한 참조 횟수가 0이 되어도 객체가 소멸되지 않고 약한 참조 횟수가 100이어도 강한 참조 횟수가 0이라면 객체가 소멸된다.

shared_ptr과 weak_ptr은 동일한 참조 테이블을 공유한다.

auto sp1 = std::make_shared<int>(1234); // ref:1, weak:1
auto sp2 = sp1; // ref:2, weak:1
std::weak_ptr<int> wp1 = sp1; // ref2, weak:2
auto wp2 = wp1; // ref2, weak:3

unique_ptr이나 shared_ptr처럼 직접 값을 소유할 수 없고 오직 shared_ptr을 가리키는것만 가능하다.

weak_ptr에는 lock과 expired 함수가 제공되는데, lock은 가리키고 있는 shared_ptr을 생성하여 반환받고 expired는 강한 참조 횟수가 0이면 true, 1이상이면 false를 반환한다.

lock을 호출하여 shared_ptr을 반환받을 때, 참조 횟수가 1 증가한다.

만약 참조 횟수가 0이 되어 객체가 소멸된 상태에서 lock을 호출한다면 비어있는 shared_ptr를 반환받는다.

weak_ptr은 대부분의 경우 순환 참조를 해결하는 용도로만 사용한다.

참고 링크: https://woo-dev.tistory.com/113

튜플을 사용해 다양한 데이터 타입 저장하기

튜플은 서로 다른 데이터 타입의 컬렉션을 저장할 수 있다.

std::tuple<int, std::string, bool> t1(1, "Robert", true);
auto t2 = std::make_tuple(2, "Anna", false);

std::get<0>(t1); // t1의 첫 번째 요소 접근

튜플에서 값 읽기

auto t1 = std::make_tuple(2, "Anna", false);

int i;
std::string s;
bool b;

std::tie(i, s, b) = t1; // t1에서 값을 모두 추출하여 대입한다
std::tie(std::ignore, s, std::ignore) = t1; // t1의 "Anna" 만 추출하여 s에 대입한다

튜플 값 타입 반환

std::tuple<int, std::string, bool> GetData(int dataId)
{
    ...
    return std::make_tuple(...);
}

auto name = GetData(1);

int i;
std::string s;
bool b;
std::tie(i, s, b) = GetData(2);

람다 표현식

함수의 익명 표기법이다.

일급 함수 및 순수 함수를 만들 때 용이하다.

람다식은 크게 캡처 목록 [], 매개변수 목록 (), 본문 {} 3가지로 구성되어있다.

간단한 함수를 람다로 표현하기

한 번만 실행되는 한 줄짜리 간단한 함수의 경우 클래스의 멤버 함수나 전역 함수로 만들기보다는 사용되는 곳에 직접 정의하면 가독성 향상 및 최적화될 가능성이 높아진다.

std::for_each(std::begin(vehicles), std::end(vehicles), PrintOut); /* 기존 방법 */

std::for_each(std::begin(vehicles),
              std::end(vehicles),
              [](const Vehicle &vehicle) {
                  std::cout << vehicle.GetType << '\n';
              });

여러 줄의 함수를 람다로 표현하기

한줄 뿐만 아니라 여러줄의 함수도 람다 표현식으로 만들 수 있다.

std::for_each(std::begin(vect),
              std::end(vect),
              [](int n) {
                  std::cout << n << " is";
                  if (n < 2) {
                      if (n == 0) std::cout << " not";
                  }
                  else {
                      for (int j = 2; j < n; ++j) {
                          if (n % j == 0) {
                              std::cout << " not";
                              break;
                          }
                      }
                  }
                  std::cout << " prime number" << '\n';
              });

람다 표현식에서 값 반환

std::transform(std::begin(vect2),
               std::end(vect2),
               begin(vect3),
               [](int n) -> double {
                   return n / 2.0;
               });

람다 표현식에서 값 반환시 타입 명시가 필요하다면 매개 변수와 본문 사이에 명시해주면 된다.

명시하지 않으면 컴파일러가 추정한다.

람다 표현식에서 값 캡처하기

[=](int){ ... }; // 외부 변수 값 복사
[&](int){ ... }; // 외부 변수 참조
[=, &a](int){ ... }; // 외부 변수 값 복사. 단, a만 참조

외부 변수를 값 복사로 캡처하면 const화 되기때문에 수정이 불가능하다.

하지만 값을 수정하되 외부에 영향을 미치지 않고 싶다면(call by value) mutable 키워드를 추가하면 된다.

int a = 1;
int b = 2;

std::for_each(std::begin(vect),
              std::end(vect),
              [=](int& x) mutable {
                  int old = a;
                  a = b;
                  b = old;
              });

덧붙여서 [=], [&] 같은 암시적 캡처의 사용은 절대적으로 지양하는것이 좋다. 필요한 것만 명시적으로 캡처해야한다.

초기화 캡처

C++14부터 추가된 기능이다.

외부 변수의 값을 캡처해서 람다 표현식의 변수에 할당할 수 있다.

int a = 5;
auto myLambda = [&x = a]() { x += 2; }; /* 람다에서 사용하는 x에 a값을 대입한다 */
myLambda();
std::cout << a << '\n'; /* 람다식에 의해 2가 증가했으므로 7이 출력된다 */

외부 변수 참조 캡처와 같아보이지만 복사가 불가능한 unique_ptr같은 이동 전용 변수도 캡처하여 람다에서 사용할 수 있다.

pNums = std::make_unique<std::vector<int>>(nums);
auto a = [ptr = std::move(pNums)]() { ... }; /* 단순히 pNums를 값으로 캡처하면 오류가 발생한다 */

위와 같은 경우는 캡처될 때 move가 사용되었으므로 pNums는 empty가 된다.

제너릭 람다 표현식

C++14부터 람다 표현식의 매개변수에 auto 타입이 사용가능해졌다.

auto findMax = [](auto &x, auto &y) { return x > y ? x : y; };

추가로 C++17부터는 캡처 목록에 *this를 사용해서 객체의 복사본을 캡처할 수 있다.

또한 람다 표현식으로 constexpr 객체를 컴파일 타임에 생성할 수 있다.

C++ 표준 라이브러리 구현 살펴보기

컨테이너 안에 객체 배치하기

std::array는 C++11에 새로 추가된 컨테이너이다.

vector는 가변 배열, array는 고정 배열이라는 차이가 있다.

std::array<int, 10> a = { 0, 1, 2, .. };
std::vector<int> v = { 0, 1, 2, .. };

둘 다 인덱스로 컨테이너의 특정 요소에 접근할 때는 [] 연산자 대신 at 함수를 사용하는 것이 안전하다.

인덱스가 컨테이너 범위를 벗어날 때, at 함수는 out_of_range 예외를 던지는데 [] 연산자는 아무것도 하지 않기 때문에 미정의 동작이 발생할 수 있다.

알고리즘 사용하기

배열이나 벡터에 저장된 요소는 표준 라이브러리를 사용하여 정렬이나 특정 값을 찾을 수 있다.

◾ 정렬

/* 정렬 */
bool comparer(int a, int b)
{
    return a > b;
}

std::vector<int> vect = { 20, 43, 11, 78, 5, 96 };

std::sort(std::begin(vect), std::end(vect)); /* 기본은 오름차순 정렬 */
std::sort(std::begin(vect), std::end(vect), comparer); /* comparer를 이용해서 내림차순 정렬 */

3번째 인자로 비교 함수를 넘겨주면 임의의 조건으로 정렬시킬 수 있다.

◾ 탐색

bool TwoWheeled(const Vehicle &vehicle)
{
    return vehicle.GetNumOfWheel() == 2 ? true : false;
}

std::vector<Vehicle> vehicles;
...
auto tw = find_if(std::begin(vehicles), std::end(vehicles), TwoWheeled); // TwoWheeled : 탐색 조건
auto ntw = find_if_notstd::begin(vehicles), std::end(vehicles), TwoWheeled);

find_if는 탐색 조건에 부합하는 인자들을 반환하고 find_if_not은 탐색 조건에 부합하는 인자들을 제외하고 반환한다.

◾ 순회(루프)

void PrintOut(const Vehicle &vehicle)
{
    std::cout << vehicle.GetType() << '\n';
}

vector<Vehicle> vehicles;
...
std::for_each(std::begin(vehicles), std::end(vehicles), PrintOut);

루프를 돌며 컨테이너의 요소를 인자로 넘겨서 필요한 함수를 실행시킬 수도 있다.

모던 C++의 새로운 기능 익히기

auto 키워드로 데이터 타입을 자동으로 정의하기

auto a = 1; // int
auto b = 1.0; // double

auto add(int i, int j) // 반환 타입 추론
{
    return i + j;
}

auto add(int j, int j) -> int // 후행 반환 타입
{
    return i + j;
}

초기화에 선언된 변수의 실제 타입을 "컴파일 타임"에 추론하기 위해 사용한다.

변수 뿐만 아니라 함수의 반환 타입도 자동으로 추론한다.

반환타입에 auto를 사용하더라도 반환 타입을 지정할수도 있다.

함수의 매개변수에 auto 타입을 사용할 수 없지만 람다 함수의 매개변수에는 사용이 가능하다. (클로저는 런타임에 생성되기 때문에 가능한 것으로 보인다.)

auto 타입 반환은 C++11부터 가능해졌다.

덧붙여서 C++11에서의 auto 타입 반환에는 반드시 후행 반환 타입이 지정되어야 했지만 C++14부터는 생략이 가능해졌다.

decltype 키워드로 표현식 타입 질의하기

decltype(declared type, 선언된 형식)은 객체나 표현식의 타입을 "컴파일 타임"에 추출하고 싶을 때 사용한다.

const int func1();
const int& func2();
int i;

struct X { double d; };
const X* x = new X();

decltype(func1()) f1; // func1()의 반환 타입을 사용해서 const int f1 선언
decltype(func2()) f2; // func2()의 반환 타입을 사용해서 const int& f2 선언
decltype(i) i1; // i의 타입을 사용해서 int i1 선언

decltype(x->d) d1; // x의 멤버변수 d의 타입을 사용해서 double d1 선언
decltype((x->d)) d2; // 표현식 x->d의 주소 타입을 사용해서 const double& d2 선언

auto와 decltype을 조합하면 간결하게 코드를 작성할 수 있다.

template<typename I, typename J>
auto add(I i, J j) -> decltype(i + j) // decltype(auto) add(I i, J j) 같은 의미이다
{
    return i + j;
}

만약 반환 타입이 auto임에도 후행 반환 타입을 지정하지 않았다면 의도하지 않은 결과가 나올 수 있다.

후행 반환 타입을 지정하지 않는다면 반환 타입을 auto 대신 decltype(auto)로 하는것이 안전하고 간결해진다.

참고로 decltype((x->d))처럼 표현식이 lvalue라면 똑같이 lvalue 참조로 보고된다.

null 포인터

과거부터 사용되던 NULL 매크로를 대체하기 위해 만들어졌다. 모호함이 해결된다.

void funct(const char *);
void funct(int);

funct(NULL); // 널 포인터인지 0인지 모호해진다
funct(nullptr); // 확실하게 널 포인터이다

비멤버 함수 begin()과 end()

본래 begin과 end는 각 컨테이너에서 제공되는 멤버 함수였다. 그래서 배열같은 경우는 인덱스를 이용해서 순회해야 했다.

하지만 C++11부터 비멤버 함수로도 제공된다.

int arr[] = {0, 1, 2, ... };
for(unsigned int i = 0; i < sizeof(arr)/sizeof(arr[0]); ++i) // 과거 스타일의 배열 순회
for(auto i = std::begin(arr); i != std::end(arr); ++i) // 비멤버 begin, end 사용

더 이상 배열의 길이를 신경쓰지 않아도 되기 때문에 코드를 간결하게 작성할 수 있다.

std::vector<int> v;
auto iter1 = v.begin();
auto iter2 = std::begin(v);

당연히 둘은 동일한 타입으로 추론된다.

범위 기반 for 루프로 컬렉션 내 요소 순회

모던 C++은 컬렉션 내 요소를 순회하기 위해 범위 기반 for 루프를 제공한다.

int arr[] = { 0, 1, 2, .. };
for(auto a : arr)