C++ 템플릿 integral_constant

integral_constant

• 컴파일 타임에 결정된 상수 값을 별도 타입화 하여 함수 오버로딩을 할 수 있도록 만드는 int2type 기술
• int2type 기술을 C++11에서 표준화한 integral_constant

기본 함수 오버로딩(Function overloading)

• 이자의 개수가 다르거나 인자 타입이 다르면 아래와 같이 인수에 따라 서로 다른 함수가 호출 되게 할 수 있음

• 인자가 개수가 같고 인자의 타입도 같을때 다른 함수가 되게 하려면?

#include <iostream>
using namespace std;

void foo(int n) {}
void foo(double d) {}

int main()
{
    foo(1); // foo(int)
    foo(1.2); // foo(double)
}

int2type

• 컴파일 타임 정수형 상수를 각각의 독립된 타입으로 만드는 기술
• int2type을 사용하면 컴파일 타임에 결정된 정수형 상수를 모두 다른 타입으로 만들 수 있음
  • 1, 2는 같은 타입이지만, int2type<1>, int2type<2>는 다른 타입
• int2type을 함수 오버로딩에 사용하거나 템플릿 인자, 상속등에 사용할 수 있음

#include <iostream>
using namespace std;

// 같은 정수형 타입이지만 값에 따라 별도의 타입으로 생성
template<int N> struct int2type
{
    static constexpr int value = N;
};

int main()
{
    int2type<1> t0; // int2type<1> 타입
    int2type<2> t1; // int2type<2> 타입
}

int2type 예제

• printv 함수에서 받은 값의 포인터 타입 여부에 따라 분기처리 코드가 작성되어 값과 포인터 참조값을 출력하도록 되어 있음

• 포인터 여부는 컴파일 타임에 체크되지만 if 구문이 런타임 조건문으로 하위 코드들은 모두 컴파일 대상

• 포인터가 아닌 값에 대해서는 사용할 수 없는 구분이 포함되어 간접 참조 에러가 발생함

• 간접 참조 에러가 발생하는 구문을 별도의 함수 템플릿으로 분리함

• 각 함수 템플릿은 int2type을 활용하여 인자 타입으로 구분하여 사용

• 동일 이름을 가지는 함수가 여러개 있을때, 어느 함수를 호출할지는 컴파일 타임에 결정됨

• 호출이 결정되지 않은 템플릿은 instantiation 되지 않음

#include <iostream>
using namespace std;

// 포인터 타입 체크용 메인 템플릿
template<typename T> struct is_pointer_custom
{
    //enum { value = false }; 
    static constexpr bool value = false; // c++11
};

// 포인터 타입에 대해서 부분 특수화 필요
template<typename T> struct is_pointer_custom<T*>
{
    //enum { value = true };
    static constexpr bool value = true; // c++
};
...

// 같은 정수형 타입이지만 값에 따라 별도의 타입으로 생성되는 타입 도구
template<int N> struct int2type
{
    static constexpr int value = N;
};

// 컴파일 타임 상수 값 구분용 함수 템플릿
template<typename T>
void printv_imp(T v, int2type<1>)
{
    cout << v << " : " << *v << endl;
}

// 컴파일 타임 상수 값 구분용 함수 템플릿
template<typename T>
void printv_imp(T v, int2type<0>)
{
    cout << v << endl;
}

// 값을 받아서 출력하고, 포인터일 경우 포인터의 값까지 출력
template<typename T> void printv(T v)
{
    // 아래의 조건으로 분기 코드 작성시 if 구문이 런타임 조건문으로
    // 포인터가 아닌 값에 대해서 컴파일 에러 발생
    //if(is_pointer_custom<T>::value)
    //    cout << v << " : " << *v << endl;
    //else
    //    cout << v << endl;

    // 출력 구현부를 별도로 분리하여 함수 템플릿으로 타입을 구분하여 문제 해결 가능
    printv_imp(v, int2type<is_pointer_custom<T>::value>());
    // is_pointer_custom 반환 값에 의해(포인터: int2type<1>, 포인터 아님: int2type<0> 타입)
}

int main()
{
    int n = 3;
    printv(n);
    printv(&n);
}

 

integral_constant 예제

• int뿐 아니라 모든 정수 계열 상수 값을 타입으로 만들 수 있게 하는 템플릿(실수는 템플릿 인자 사용X)

  • bool, char, short, int, long, long long

• true_type, false_type

  • true/false: 참 거짓을 나타내는 값, 서로 같은 타입

  • true_type/false_type: 참 거짓을 나타내는 값, 서로 다른 타입

• is_pointer등의 type_traits를 만들때 intergral_constant를 기반 클래스로 사용하여 간소화 및 가독성을 높일 수 있음
  • T가 포인터가 아니라면, value = false, 기반 클래스는 false_type
  • T가 포인터라면, value = true, 기반 클래스는 true_type

#include <iostream>
using namespace std;

template<typename T, T N> 
struct integral_constant
{
    static constexpr T value = N;
};

// int 타입 0, 1 서로 다른 타입
integral_constant<int, 0> t0;
integral_constant<int, 1> t1;

// short 타입, 0, 1 서로 다른 타입
integral_constant<short, 0> s0;
integral_constant<short, 1> s1;

// bool 타입, true, false 서로 다른 타입
integral_constant<bool, true> tb1;
integral_constant<bool, false> tb0;

// bool 타입은 활용 빈도가 높으므로 true_type, false_type 별칭 만들어서 사용
typedef integral_constant<bool, true> true_type;
typedef integral_constant<bool, false> false_type;

template<typename T>
struct is_pointer : false_type
{
    // false_type 상속으로 아래 코드 생략
    //static constexpr bool value = false;
};

template<typename T>
struct is_pointer<T*> : true_type
{
    // true_type 상속으로 아래 코드 생략
    //static constexpr bool value = true;
};

 

C++11 type_traits 활용하여 int2type 예제 간소화

• C++11 <type_traits>헤더 포함

• int2type<0>, int2type<1> -> integral_constant<0>, integral_constant<1>

• integral_constant<0>, integral_constant<1> -> false_type, true_type

#include <iostream>
#include <type_traits>
using namespace std;

// 컴파일 타임 상수 값 구분용 함수 템플릿
template<typename T>
void printv_imp(T v, true_type)
{
    cout << v << " : " << *v << endl;
}

// 컴파일 타임 상수 값 구분용 함수 템플릿
template<typename T>
void printv_imp(T v, false_type)
{
    cout << v << endl;
}

// 값을 받아서 출력하고, 포인터일 경우 포인터의 값까지 출력
template<typename T> void printv(T v)
{
    printv_imp(v, is_pointer<T>());
}

int main()
{
    int n = 3;
    printv(n);
    printv(&n);
}

 

C++17 if constexpr를 사용하여 컴파일 타임에 분기처리 가능

#include <iostream>
#include <type_traits>
using namespace std;

// 값을 받아서 출력하고, 포인터일 경우 포인터의 값까지 출력
template<typename T> void printv(T v)
{
    if constexpr(is_pointer<T>::value)
        cout << v << " : " << *v << endl;
    else
        cout << v << endl;
}

int main()
{
    int n = 3;
    printv(n);
    printv(&n);
}