[C++기초] 11. 템플릿 프로그래밍

01 Jan 2020

INDEX

함수 템플릿
클래스 템플릿
클래스 템플릿 트릭
두 개의 템플릿 매개변수
템플릿 특수화
템플릿 프로그램의 장점과 단점

함수 템플릿

템플릿이란?

Java와 C#에서의 제네릭 메서드/ 클래스와 비슷
STL컨테이너 또한 템플릿
덕분에 코드를 자료형마다 중복으로 작성하지 않아도 됨
작동 원리 : 템플릿을 인스턴스할 때마다 컴파일러가 내부적으로 코드를 생성
- 템플릿에 넣는 자료형 가지수에 비례해서 exe파일 크기가 증가한다
- 컴파일 타임에 어느 정도 다형성을 부여할 수 있음

템플릿 함수 예시

template<typename T> //또는 template<class T>
T Add(T a, T b)
{
    return a + b;
}

int main()
{
    std::cout<<Add<int>(3,10)<<std::endl;
    std::cout<<Add<float>(3.14f,10.14f)<<std::endl;
    return 0;
}

함수 템플릿

함수 템플릿을 호출할 때 템플릿 매개변수를 생략할 수 있음
Add<int>(3,10);

Add(3,10); //생략가능

template<class <type-name>> <function_declaration>;
template<typename <type-name>> <function_declaration>;

template<class T> 
    T Add(T a, T b)
{
    //...
}

template<typename T> 
T Add(T a, T b)
{
    //...
}

typename vs class

사실상 차이는 없음
그냥 typename을 사용하자

클래스 템플릿

클래스도 템플릿으로 만들 수 있을까?

Yes!
클래스 탬플릿에서 개채를 선언할 때 템플릿 매개변수를 명시해야 함!!
- MyArray<int> scores; // OK
- MyArray scores; // Error
- 함수템플릿과 달리 클래스 템플릿은 컴파일러가 알아서 하기 힘들기 때문

예시 (Error 존재)

// MyArray.h

#pragma once
template<typename T>
class MyArray
{
public:
	bool Add(T data);
	MyArray();
private:
	enum { MAX = 3 };
	int mSize;
	T mArray[MAX];
}

// MyArray.cpp

#include"MyArray.h"

template<typename T>
bol MyArray<T>::Add(T data)
{
	if (mSize >= MAX)
	{
		return false;
	}
	mArray[mSize++] = data;
	return true;
}

template<typename T>
MyArray<T>::MyArray()
	: mSize(0)
{
}

// Main.cpp

#include "MyArray.h"
int main()
{
	MyArray<int> scores;
	scores.Add(10); // true 반환
	scores.Add(20); // true 반환
	scores.Add(30); // true 반환
	scores.Add(40); // false 반환
	return 0;
}

위의 예제는 에러 발생
- 컴파일러가 “Main.cpp”를 컴파일할 때, “MyArray.cpp”를 못찾음
- - “MyArray.h”를 통해서 오직 MyArray클래스 선언만 볼 수 있음
- 따라서, 컴파일러가 MyArray를 만들어줄 수 없음
해결책 : 헤더 파일안에 구현체를 다 넣어야 한다..

예시 (Error 없음)

//MyArray.h

#pragma once
template<typename T>
class MyArray
{
public:
	bool Add(T data);
	MyArray();
private:
	enum { MAX = 3 };
	int mSize;
	T mArray[MAX];
}

template<typename T>
bol MyArray<T>::Add(T data)
{
	if (mSize >= MAX)
	{
		return false;
	}
	mArray[mSize++] = data;
	return true;
}

template<typename T>
MyArray<T>::MyArray()
	: mSize(0)
{
}

//Main.cpp

#include "MyArray.h"
int main()
{
	MyArray<int> scores;
	scores.Add(10); // true 반환
	scores.Add(20); // true 반환
	scores.Add(30); // true 반환
	scores.Add(40); // false 반환
	return 0;
}

클래스 템플릿 트릭

벡터를 사용하고 싶은데, 벡터가 늘어나지 않았으면 좋겠다!

//FixedVector.h

template<typeName T, size_t N>
class FixedVector
{
public:
	//public 메서드들
private:
	T mArray[N];
};

//main.cpp

FixedVector<int, 16> numbers;

더 자세한 예시

//FixedVector.h

#pragma once
namespace samples
{
	//N은 size_t형이어야 함
	template<typename T, size_t N>
	class FixedVector
	{
	public:
		FixedVector();
		bool Add(const T& data);
		size_t GetSize() const;
		size_t GetCapacity() const;
		//enum 트릭이 없다!
	private:
		size_t mSize;
		// mArray를 정적으로 만듦 (new를 안 쓰는 것은 언제나 좋다)
		T mArray[N];
	};
	// 구현부 ~
	// 생성자
	template<typename T, size_t N>
	FixedVector<T, N>::FixedVector()
	: mSize(0)
	{
	}
	
	template<typename T, size_t N>
	size_t FixedVector<T, N>::GetSize() const
	{
		return mSize;
	}
	
	template<typename T, size_t N>
	size_t FixedVector<T, N>::GetCapacity() const
	{
		return N;
	}
	
	template<typename T, size_t N>
	bool FixedVector<T, N>::Add(const T& data)
	{
	if(mSize>= N)
	{
		//여기에 assert 넣어도 됨.
		return false;
	}
	mArray[mSize++] = data;
	return true;
	}
	// ~ 구현부
}

//main.cpp

#include<iostream>
#include"FixedVector.h"
#include"FixedVectorExample.h"
using namespace std;
namespace samples
{
	void FixedVectorExample()
	{
		//기본 자료형을 넣을 때
		FixedVector<int, 3> socres;
		scores.Add(10);
		scores.Add(50);
		cout<<"scores - <Size, Capacity> : " << "<" << scores.GetSize() << ", " << scores.GetCapacity() << ">" << endl;
		
		//개채를 넣을 때
		FixedVector<IntVector, 5> intVectors;
		intVectors.Add(IntVector(2,5));
		intVectors.Add(IntVector(4,30));
		intVectors.Add(IntVector(22,3));
		cout<<"scores - <Size, Capacity> : " << "<" << intVectors.GetSize() << ", " << intVectors.GetCapacity() << ">" << endl;
		
		//개채 포인터를 넣을 때
		FixedVector<IntVector*, 4> intVectors2;
		IntVector* intVector = new IntVector(3, 2);
		intVectors2.Add(intVector);
		cout<<"scores - <Size, Capacity> : " << "<" << intVectors2.GetSize() << ", " << intVectors2.GetCapacity() << ">" << endl;
		delete intVector;
	}
}

두 개의 템플릿 매개변수

`pair`같은걸 만들어보자

//MyPair.h

template<typename T>
class MyPair
{
public:
	const T& GetFirest() const;
	const T& GetSecond() const;
	MyPair(const T& first, const T& second);
private:
	T mFirst;
	T mSecond;
}

template<typename T>
const T& MyPair<T>::GetFirst() const
{
return mFir	st;
}

template<typename T>
const T& MyPair<T>::GetSecond() const
{
	return mSecond;
}

template<typename T>
MyPair<T>::MyPair(const T& first, const T& second)
	: mFirst(first), mSecond(second)
{
}

//Main.cpp

std::vector<MyPair<std::string> > students;

students.emplace_back(MyPair<stdd::string>("a1234", "Coco"));
students.emplace_back(MyPair<std::string>("a5678", "Mocha"));

for (std::vector<MyPair<std::string> >::iterator it = students.begin();it!- students.end(); ++it)
{
	std::cout<<it->GetFirst() <<" : "<< it->GetSecond() << std::endl;
}

템플릿 매개변수를 하나 더 만들 수 있을까?( `MyPair<std::string, int>` 이런 식으로)

//MyPair.h

template<typename T, typename U>
class MyPair
{
public:
	const T& GetFirest() const;
	const U& GetSecond() const;
	MyPair(const T& first, const U& second);
private:
	T mFirst;
	U mSecond;
}

template<typename T, typename U>
const T& MyPair<T>::GetFirst() const
{
	return mFirst;
}

template<typename T, typename U>
const U& MyPair<T>::GetSecond() const
{
	return mSecond;
}

template<typename T, typename U>
MyPair<T>::MyPair(const T& first, const U& second)
	: mFirst(first), mSecond(second)
{
}

//Main.cpp

std::vector<MyPair<std::string, int> > students;

students.emplace_back(MyPair<stdd::string, int>("a1234", "Coco"));
students.emplace_back(MyPair<std::string, int>("a5678", "Mocha"));

for (std::vector<MyPair<std::string, int> >::iterator it = students.begin();it!- students.end(); ++it)
{
	std::cout<<it->GetFirst() <<" : "<< it->GetSecond() << std::endl;
}

템플릿 특수화

특정한 템플릿 매개변수를 받도록 템플릿 코드를 커스터마이즈 할 수 있음

std::vector에 좋은 예시가 있다

template<class T, class Allocator>
    class std::vector<T, Allocator> {} //모든 형을 받는 제네릭 vector

template<class Allocator>
    class std::vector<bool, Allocator> //bool을 받도록 특수화된 vector

bool은 왜 다를까?

이렇게 생각해보자
- 제네릭 템플릿이 어느 형에나 적용됨
- 단, 특정 형에 특수화된 템플릿이 있다면 그 특수화된 템플릿이 적용됨
그렇게 자주 쓰이진 않음
하지만 std::vector<bool>특수화는 가치가 좀 있음
- 메모리가 쪼들리는 플랫폼이라면

템플릿 특수화를 사용하는 예시

POWER함수

// Mymath.h
template<typename V, typename EXP> 
V Poser(const V value, EXP exponent) 
{ 
	V result = 1; 
    //int형을 기준으로 계산 
    while (exponent-- > 0) 
    { 
	    result *= value; 
    } 
    return result; 
} 

// Main.cpp

int main() 
{ 
    int powerReulstInt = Power(10, 2); 
    float powerResultFloat = Power(10.f, 2.5f); 
} 

함수 특수화

// MyMath.h
template<typename V, typename EXP> 
V Poser(const V value, EXP exponent) 
{ 
    V result = 1; 
    //int형을 기준으로 계산 
    while (exponent-- > 0) 
    { 
    	result *= value; 
    } 
    return result; 
} 

// Main.cpp
template<> 
float Power(float value, float exp) 
{ 
	return std::powf(value, exp); 
} 
 
int main() 
{ 
    int powerReulstInt = Power(10, 2); 
    float powerResultFloat = Power(10.f, 2.5f); 
} 

템플릿 특수화

전체 템플릿 특수화

템플릿 매개변수 리스트가 비어있음

template<typename VAL, typename EXP> 
VAL Power(const VAL value, EXP exponent){} // 모든 형을 받는 제네릭 power 

template<> 
float Power(float value, float exp) //float을 받도록 특수화된 power() 

부분 템플릿 특수화

template<class T, class Allocator> 
class std::vector<T, Allocator> {} //모든 형을 받는 제네릭 vector 
 
template<class Allocator> 
class std::vector<bool, Allocator> //bool을 바도록 특수화된 vector 

클래스 템플릿 특수화

//정의는 생략 
template<class T> 
class MyArray 
{ 
public: 
    bool Add(T data); 
    MyArray(); 
private: 
    enum{MAX = 3}; 
    int mSize; 
    T mArray[MAX]; 
}; 
 
template<> 
class MyArray<bool> 
{ 
public: 
    bool Add(T data); 
    MyArray(); 
private: 
    enum{MAX = 3}; 
    int mSize; 
    T mArray[MAX] 
} 
 
MyArrat<bool>::MyArray() 
: mSize(0), mArray(0) 
{ 
} 
 
bool MyArray<bool>::Add(bool data) 
{ 
    if (mSize >= MAX) 
    { 
    	return false; 
    } 
    if(data) 
    { 
    	mArray |= (1 << mSize++); 
    } 
    else 
    { 
    	mArray &= ~(1 << mSize++); 
    } 
    return true; 
} 

템플릿 프로그램의 장점과 단점

컴파일러가 컴파일 도중에 각 템플릿 인스턴스에 대한 코드를 만들어 줌
- 컴파일 타임은 비교적 느림
- 텐플릿 매개변수를 추가할 수록 더 느려짐
- 하지만 런타임 속도는 더 빠를지도 모름
- 실행파일의 크기가 커지기 때문에 항상 그런 것은 아님
- C#과 Java도 어느 정도 해당하는 말(그래서 ArrayList를 쓰지 말라는 것)
자료형만 다른 중복 코드를 없애는 훌륭한 방법
- 하지만 쓸모없는 템플릿 변형을 막을 방법이 없음
- 최대한 제네릭 함수를 짧게 유지할 것
- 제네릭이 아니어도 되는 부분은 별도의 함수로 옮기는 것도 방법. 이 함수가 인라인이 될 수도 있음
컴파일 도중에 다형성을 부여할 수 있음
- C++프로그래머가 너무 많이 잘못 썼던 기술
- 가상 테이블이 없어서 프로그램이 더 빠름
- 하지만 exe파일이 커지면 느려질 수 있음
코드 읽기가 더 힘듦
디버깅이 좀 이상할 수 있음

템플릿 프로그래밍 베스트 프랙티스

컨테이너의 경우 아주 적합
- 아주 다양한 형들을 저장할 수 있음
- 그런 이유로 Java와 C#의 제네릭이 주로 컨테이너에 쓰이는 것
컨테이너가 아닌 경우
- 각기 다른 서넛 이상의 자료형을 다룬다면 템플릿을 쓰자
- 두가지 정도라면 그냥 클래스를 두개 만들자

INDEX

함수 템플릿

템플릿이란?

템플릿 함수 예시

함수 템플릿

typename vs class

클래스 템플릿

클래스도 템플릿으로 만들 수 있을까?

클래스 템플릿 트릭

벡터를 사용하고 싶은데, 벡터가 늘어나지 않았으면 좋겠다!

두 개의 템플릿 매개변수

pair같은걸 만들어보자

템플릿 매개변수를 하나 더 만들 수 있을까?( MyPair<std::string, int> 이런 식으로)

템플릿 특수화

템플릿 특수화

템플릿 특수화를 사용하는 예시

템플릿 특수화

클래스 템플릿 특수화

템플릿 프로그램의 장점과 단점

템플릿 프로그램의 장점과 단점

템플릿 프로그래밍 베스트 프랙티스

`pair`같은걸 만들어보자

템플릿 매개변수를 하나 더 만들 수 있을까?( `MyPair<std::string, int>` 이런 식으로)