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Syntax Notes

C에서는 add_nums, printf 예제 함수 원형에서 볼 수 있는 것처럼 첫번째 매개변수는 이름이 있어야 하고 이후에 가변 인수 지정 표기가 올 수 있다. C++의 경우는 이런 제약이 없다. 다음과 같은 함수를 선언하는 것이 가능하다:

이런 식의 코드는 함수 구현에서 몇개의 인자가 오는지 알 수 없기 때문에 제대로 인자를 처리할 수가 없다. 함수 구현자와 호출자가 어떤 타입의 몇개 인자를 보내고 받을지 사전에 정하고 사용하면 되겠으나, 이렇게 하면 가변 인자를 사용하는 의미가 없다.

C++에서는 이런 식의 함수 정의를 SFINAE와 관련해 메타프로그래밍에서 사용하기도 한다. overload resolution rule상에서 ...의 매치 우선 순위가 가장 낮다는 점을 활용한다. 이해와 편의를 위해 역시 cppreference 사이트의 예제 코드를 붙였다.

예제의 is_class 메타함수의 사용예는 다음과 같다:

이런 식의 메타프로그래밍 이외에 어떤 오버로딩된 함수 집합의 fallback 작업을 정의하기 위한 용도로도 사용할 수 있을 것이다.

추가로 C++에서는 다음 두 문법이 모두 허용된다. 둘다 동일한 의미다:

C++ 역사적으로 콤마를 사용하지 않는 방법이 먼저 도입된 후에 콤마가 붙은 C 스타일 문법이 추가되었다고 한다. 코드 호환성을 위해 두 문법을 다 유지하기로 결정했다고 한다.

Can't be used with __stdcall calling convention

__stdcall 함수 호출 규약의 함수는 함수쪽에서 스택 클린업을 수행하게 코드가 생성되기 때문에 가변 인수를 사용할 수 없다. 컴파일러가 함수 자체에 대한 코드 생성시에 인자가 몇개 있는지 컴파일 타임에 계산할 수가 없기 때문에 스택 클린업 코드를 생성할 수 없다.

function template

여기서 typename... T 부분을 Parameter Pack이라고 한다. parameter pack에 담긴 정보를 사용하기 위해 풀어헤치는 작업을 Parameter Pack Expansion이라고 한다. 예제에서 T...과 n...부분이 parameter pack expansion 표현이다. T...의 경우는 parameter pack으로 부터 type정보를 꺼내오는 것이고, n...은 대응되는 value값을 꺼내오는 것이다. 이렇게 parameter pack을 사용하는 어떤 템플릿을 Variadic Template이라고 한다.

이 sum 함수의 경우 다음과 같이 C++17 fold expression 문법을 적용하면 구현이 매우 단순해 진다:

이 버전의 구현에서 (... + n)과 같은 부분을 fold expression이라고 부른다. 보다시피 여기서도 ...을 볼 수 있다.

템플릿의 인수에 넘길 수 있는 non-type template argument 중에는 정수 상수가 있기 때문에 (그다지 유용하지 않겠지만) 다음처럼 sum을 구현할 수도 있다:

이 변경된 예제에서 int... n 부분이 parameter pack이다. 보다시피 이미 정해진 int같은 타입으로도 pack을 표현할 수 있다. 이 경우 타입 정보는 이미 알고 있으니 풀어헤칠 필요가 없고 실제로 풀어헤칠 수도 없다. 값 부분만 확장해서 사용할 수 있다.

당연한 것으로 여기서는 예제를 보이지 않으나 멤버 함수 템플릿에도 동일 내용이 적용된다.

class template

함수 템플릿으로 구현한 sum 예제를 클래스 템플릿을 사용해 수치 메타함수 예제로 바꾸어 보겠다. 역시 ... 표기에 대한 설명용이지 코드 자체에 그다지 유용한 의미가 있지는 않다.

int... n parameter pack의 타입 정보를 int로 고정하지 않고 다음처럼 단순히 컴파일 타임에 결정되는 type을 받게 변경하면 컴파일 에러가 발생한다.

여기서 n은 타입 자체이기에 + 연산을 할 수가 없다. 이런 수치계산 문제를 해결하는 idiom이 있는데 다음과 같은 식이다:

(타입 계산이라는 메타프로그래밍적 개념에 익숙하지 않다면 '이게 뭔 뻘짓인가?'라고 생각할지도 모르겠다.)

이 변경된 예제에서 이전에서 보지 못했던 부분은 std::integral_constant<T, n>...이다. 별다른 것은 아니고 T... n parameter pack을 확장한 표현식이다. (fold expression은 좀 유별나긴 하지만,) 이처럼 ... 확장 표기가 T나 n에 곧바로 붙어 있을 필요는 없다.

using type alias

바로 전의 int 타입의 정수값를 타입으로 랩핑한 것을 받는 sum 클래스 템플릿 예제는 그 사용법이 매우 번잡하다. 이런 식의 클래스 템플릿이 주어졌을 때 코드 사용자 측에서 간편하게 사용할 수 있게 다음과 같은 추가적인 타입 별칭을 만들어 줄 수 있다. 보다시피 using 타입 별칭에서도 n개 인자를 지정하는 템플릿이 사용가능하다:

variable template & inline variable

C++14에서는 변수조차 템플릿화가 가능해졌다. C++17에서는 변수를 인라인화할 수도 있다. 이 두가지 피쳐를 이용하면 바로 전의 sum_t 코드를 다음과 같이 고칠 수 있다. 애당초 원했던 것은 합산된 값이지 타입이 아니지 않은가?:

여기서 sum_v<int, 1, 2, 3, 4, 5>이라는 표현 자체는 인라인화된 변수, 여기서는 그냥 상수값이 된다. 이 표현은 그닥 변수라는 느낌이 들지 않는다. 해서 변수임을 극대화해서 나타내기 위해 배열을 템플릿화해서 다음처럼 표현해봤다:

std::size는 C++17에 추가된 것으로 인자로 배열을 넘길 경우 크기를 리턴해 준다.

또한 변수 템플릿은 특수화가 가능하다. g_table을 다음과 같이 특수화해줄 수도 있다:

std::integer_sequence에 대해서 g_table 변수 템플릿을 부분 특수화한 것으로 보다시피 심지어 배열을 1차원에서 2차원으로 바꾸는 것도 가능하다. (이 코드 자체는 굉장히 쓸모없어 보이긴 한다. 이런 다양한 표현을 하는 것이 가능하다는 느낌만 받으면 될 것 같다.)

코드에 보이는 sizeof...(n)이라는 표현은 parameter pack의 크기를 얻어오는 문법이다. 여기서도 ...을 볼 수 있다.

generic lambda

C++에서 로컬 컨텍스트, 그러니까 함수 코드 블럭 안쪽 등에서 템플릿을 선언할 수 없다. 다음과 같은 코드 작성이 불가하다는 것이다:

다음도 컴파일 에러다:

C++14에는 generic lambda라는 람다 표현식이 추가하여 제한적이지만 로컬 영역에서 템플릿을 정의해 사용하는 것과 같은 효과를 낼 수 있다. 다음과 같은 모양의 코드다:

이 코드는 대략 다음 코드에 대한 syntax sugar이다:

예제에서 보다시피 제네릭 람다 표현식의 함수 인자 목록에 auto와 ...을 지정한 것을 볼 수 있다. 일반 함수의 경우는 이런 식으로 인수 목록에 auto를 사용할 수 없고 물론 ...도 지정할 수 없다. 매우 예외적인 케이스다.

etc...

(여기까지만 보아도 이 ... 표기에 익숙하지 않은 이는 혼란 스러워 할지도 모르겠다.) 다음과 같은 표현도 가능하다.

여기서 F는 n개의 타입인자를 받는 클래스 템플릿 m개를 받는 클래스 템플릿이다.

이 T처럼 타입이 아닌 템플릿 자체를 받는 non-type 파라미터를 template template parameter라고 한다.

이 것을 활용하는 방법은 코드 작성자의 상상과 능력에 달려있지 않을까 싶기도 하다. 고차 메타함수를 작성하는데 사용할 수도 있을 것 같고, policy-based 클래스 디자인에도 사용할 수 있을 것 같다. (템플릿-템플릿 파라미터를 n개 다루는 경우가 그리 유용할지는 잘 모르겠다.) 대략 아래와 같은 식으로 말이다:

struct Product : Policy<T>... 표현과 같이 상속 컨텍스트에서도 이런 식으로 ...을 사용할 수도 있다.