Modern C++ 소개
Modern C++은 기존 C와 호환이 가능함과 동시에 더 간단하고 안정적이고 빠르고 더 아름다운 코드를 제공한다.
C++11부터의 큰 특징들을 아래에 설명하겠다.
참고로, C++은 C스타일의 프로그래밍은 지양한다.(raw pointer의 사용, 배열, null로 종료되는 string 등)
> 자원과 스마트 포인터
C 스타일 프로그래밍의 가장 큰 문제점은 메모리 누수(memory leak)이다. memory leak은 new로 할당된 메모리를 해제(delete)하지 않았을 때 발생한다. 모던 C++은 Resource Acquisition Is Initialization (RAII) 원칙을 강조한다.
RAII 원칙은 간단하다. 모든 자원들은 object에 의해 소유되어야 한다. 즉, Object는 생성자에서 자원을 생성하거나 전달받고, 소멸자에서 그 자원을 지운다. RAII 원칙은 자원을 소유한 object가 범위(scope)를 벗어나면 그 자원을 적절히 os로 반환하는 것을 보장한다.
RAII원칙을 위해 C++의 STL은 스마트 포인터 타입들을 제공한다 : std::unique_ptr, std::shared_ptr, std::weak_ptr
스마트 포인터는 메모리 할당과 해제를 직접 다룬다.
예제
make_unique()를 호출하여 array 할당하는 클래스 Widget (heap에 메모리 할당)
#include <memory> class Widget { private: std::unique_ptr<int> data; public: widget(const int size) { data = std::make_unique<int>(size); } void do_something() {} }; void functionUsingWidget() { widget w(1000000); // lifetime automatically tied to enclosing scope // construct w, including the w.data gadget member w.do_something(); } // automatic destruction and deallocation for w and w.data기존 C스타일의 new와 delete는 unique_ptr 클래스에 의해 캡슐화되어 있다.
widget 클래스가 scope({})를 벗어날 때, unique_ptr 소멸자가 호출되면서 array를 위해 할당되었던 메모리를 해제할 것이다.
heap 메모리를 관리하기위해서 스마트 포인터를 사용하기를 권장한다. 만약 C스타일의 new와 delete 오퍼레이션을 명시적으로 사용해야만 한다면, RAII 원칙을 따라서 개발해라.
> std::string
C 스타일의 string은 버그를 많이 일으킨다. 대신 std::string을 사용하면 C-style string에서 발생하는 웬만한 버그는 모두 없앨 수 있다. 또한 std::string이 속도 측면에서 최적화도 잘되어 있으니까 이걸 사용하는 것을 추천한다.
참고로, C++17부터는 std::string_view를 지원한다. std::string_view는 읽는 것만 가능한 변수이다.
> STL의 컨테이너들
STL의 컨테이너들은 모두 RAII원칙을 따르고 있다. 또한 안전하게 각 요소들을 참조할 수 있고 커스텀된 데이터 struct보다 효율적이다. 따라서 raw array를 사용하기보다, vector 사용을 권장한다. std::vector
// Example1 vector<string> apples; apples.push_back("Granny Smith"); // Example2 map<string, string> apple_color; ... apple_color["Granny Smith"] = "Green";성능 최적화가 필요하다면 아래의 요소들을 고려해라
- array가 클래스 멤버일 때 타입을 넣어주는게 중요하다.
- 순서가 상관 없을 땐 unordered_map을 사용해라. 각 요소마다 오버헤드가 적고 검색하는데 상수시간이 걸린다. 그치만 정화하고 효율저긍로 사용하는게 어려울 수 있다.
- 정렬된 게 필요할 땐 vector를 사용해라
C스타일의 array를 사용하지 마라. 기존 C스타일의 코드를 지원하고 싶으면 아래와 같은 API를 활용해라
f(vec.data(), vec.size())
> STL algorithms
직접 알고리즘을 개발하기 전에 C++ STL의 algorithms를 살펴보는 것을 추천한다.
자주 쓰이는 예시들
- fore_each : 컨테이너의 요소를 조회하는 알고리즘
- transform
- find_if : 검색 알고리즘
- sort, lower_bond : 정렬 알고리즘
예제 코드
auto comp = [](const widget& w1, const widget& w2) { return w1.widget() < w2.widget(); } sort( v.begin(), v.end(), comp ); auto i = lower_bound( v.begin(), v.end(), comp );참고로 비교연산자를 쓸 때는 엄격하게 '<'를 사용하고 할 수 있다면 lamda를 사용해라.
> auto 키워드
type 을 직접 명시하는 대신에 auto를 사용해라
C++11 부터 변수, 함수, 템플릿 선언에 auto 키워드를 사용할 수 있다. auto는 컴파일러에게 객체의 타입을 추론할 수 있게 말해준다. 따라서 개발자가 직접 타입을 명시할 필요가 없다. auto는 특히 template이 중첩된 경우에 매우 유용하다.
예제
map<int, list<string>>::iterator i = m.begin(); // C-style auto i = m.begin(); // modern C++
> Ranged-based for 반복자
C스타일의 반복문은 인덱싱 에러를 발생시킬 수 있고 지루한 작업니다. 이러한 에러를 제거하고 코드를 더 읽기 좋게 만들기 위해서 range-based한 for 를 사용해라. for는 STL 컨테이너들과 쓸 수 있고 raw arrays와도 쓸 수 있다.
#include <iostream> #include <vector> int main() { std::vector<int> v {1,2,3}; // C-style for(int i = 0; i < v.size(); ++i) { std::cout << v[i]; } // Modern C++ for(auto& num : v) { std::cout << num; } }
> macros 대신 constexpr 표현
C와 C++에서의 매크로는 컴파일 전에 전처리기에 의해 처리되는 토큰이다. 각 매크로는 파일이 컴파일 되기 전에 미리 정의해놓은 값이나 표현으로 대체된다. 보통 매크로는 C-style programming에서 컴파일 타임 상수를 정의하기 위해 사용된다.
그러나 매크로는 에러를 발생시키기 쉽고 디버깅하기 어렵다.
Modern C++ 에서는 컴파일타임 상수를 위해 constexpr을 사용한다.
#define SIZE 10 // C-style constexpr int size = 10; // modern C++
> 일관된 초기화
modern C++ 에서는 어떤 타입이든지 중괄호를 이용해 초기화할 수 있다. 이 형태의 초기화는 특히 arrays, vector 등의 컨테이너를 초기화할 때 편리하다.
#include <vector> struct S { std::string name; float num; S(std::string s, float f) : name(s), num(f) {} }; int main() { // C-style initialization std::vector<S> v; S s1("Norah", 2.7); S s2("Frank", 3.5); S s3("Jeri", 85.9); v.push_back(s1); v.push_back(s2); v.push_back(s3); // Modern C++ std::vector<S> v2 {s1, s2, s3}; // or ... std::vector<S> v3{ {"Norah", 2.7}, {"Frank", 3.5}, {"Jeri", 85.9}}; }예제에서 v2는 세 개의 S 인스턴스로 초기화 된다.
v3은 중괄호를 이용해 직접 초기화된 인스턴스 세 개로 초기화된다. 컴파일러는 선언된 v3의 타입을 보고 각 요소들의 타입을 추론한다.
> move
모던 c++에서는 move 시멘틱을 제공한다. move는 불필요한 메모리 복사를 없앨 수 있다.
C++의 초기 버전에서는 특정한 상황에서의 복사를 피할 수 없었다. move 오퍼레이션은 복사없이 resource의 소유권을 한 오브젝트에서 다른 오브젝트로 옮길 수 있다.
어떤 클래스들은 힙 메모리, 파일 핸들러와 같은 자원을 소유한다. 이렇게 자원을 소유하고 있는 클래스를 선언할 때, move 생성자와 move 할당 오퍼레이션을 선언하면 된다.
STL 컨테이너 타입들은 정의될 때 오브젝트에서 move 생성자를 호출한다.
> Lambda 표현
C스타일 프로그래밍에서 function pointer를 사용하여 함수에서 다른 함수로 전달될 수 있었다. Function pointers은 보수하고 이해하기에 불편하다. 예를 들면 호출된 함수가 다른 소스코드에서 정의되었을 수도 있고 호출되는 지점에서 멀리 떨어져 있을 수 있다. 또한 function pointer는 안전한 타입이 아니다.
modern C++ 은 오퍼레이터()로 재정의된 함수 오브젝트와 클래스들을 제공하낟. 이것들은 함수처럼 불릴 수 있다. 함수 오브젝트를 생성하는 가장 간편한 방법은 인라인 lambda 표현을 사용하는 것이다.
예제
함수를 전달하기 위해 람다를 사용하는 방법
std::vector<int> v {1,2,3,4,5}; int x = 2; int y = 4; auto result = find_if(begin(v), end(v), [=](int i) { return i > x && i <y; });
위의 코드에서 [=](int i) { return i>x && i<y; } 의 의미
함수는 int 타입의 파라미터 i를 하나 받는다. 그리고 x<i<y 에 대해 boolean값을 리턴한다.
>std::atomic
inter-thread communication을 위해 atd::atomic이나 관련된 타입들을 사용해라
출처 : https://docs.microsoft.com/en-us/cpp/cpp/welcome-back-to-cpp-modern-cpp?view=msvc-170
