[C++] 템플릿

template

• C++에서는 template라는 이름으로 원하는 자료형에 따라 코드가 나오는 틀을 만들 수 있다.

template<typename T>

• 위 선언 아래에 정의되는 클래스에 대해 템플릿을 정의하는 코드
  • 템플릿 인자로 T를 받게 되며, T는 반드시 타입 이름임을 명시하고 있다.
  • 만약 밑에 오는 것이 함수일 경우 함수에 대한 템플릿이 된다.
• 참고
  • template<class T>
  • 라고 쓰는 경우도 있지만, typename T와 동일
• 정의한 템플릿의 인자에 값을 전달하기 위해서는

MyTemplate<int> intTemplate;

• 와 같이 <>안에 전달하려는 것을 명시
• 클래스 템플릿에 인자를 전달해서 실제 코드를 생성하는 것을 
  • 클래스 템플릿 인스턴스화(class template instantiation)라고 한다.
• 템플릿이 인스턴스화 되지 않고 덩그러니 있다면 컴파일 시 아무런 코드로 변환되지 않음
  • 반드시 인스턴스화 되어야지만 비로소 컴파일러가 실제 코드를 생성

템플릿 특수화(template specialization)

• bool 자료형은 1개 비트로 충분히 저장할 수 있지만 C++에서 기본로 처리하는 단위가 1byte라서 메모리 낭비가 발생
  • 일부 경우에 대해서 따로 처리할 수 있어야함
  • 이것이 템플릿 특수화

template<typename A, typename B, typename C>
class test {};

• 위와 같은 클래스 템플릿이 정의되어 있을 때 A가 int고 C가 double일 때 처리하고 싶다면

template<typename B>
class test<int, B, double> {};

• 위와 같이 특수화 하고 싶은 부분에 원하는 타입을 전달하고 위에는 일반적인 템플릿을 사용
• B조차도 특수화 하고 싶다면

template<>
class test<int, int, double> {};

• 와 같이 써주면 된다.
• 이때 주의할 점은 전달할려는 템플릿 인자가 없더라도 특수화 하고 싶다면 template<>라도 남겨야한다.

함수 템플릿(Function template)

#include <iostream>
#include <string>

template<typename T>
T max(T& a, T& b)
{
    return a > b ? a : b;
}

int main()
{
    int a = 1;
    int b = 2;
    
    std::cout << "Max (" << a << "," << b << ") ? : " << max(a, b) << std::endl;
    
    std::string s = "hello";
    std::string t = "world";
    
    std::cout << "Max (" << s << "," << b << ") ? : " << max(s, t) << std::endl;
}
output
Max (1,2) ? : 2
Max (hello,world) ? : world

• 템플릿 함수가 인스턴스화 되는 부분은 max(a, b)가 호출되는 부분
  • 클래스를 인스턴스화 했을 때와는 다르게 <>하는 부분이 없음
• 템플릿으로 발생되는 오류는 프로그램이 실행되었을 때가 아니라 컴파일 할 때 발생
  • 컴파일 시 모든  템플릿을 실제 코드로 변환하여 실행하기 때문
  • 컴파일 시에 모든 템플릿이 인스턴스화 된다는 사실을 가지고 템플릿 메타프로그래밍을 할 수 있음

함수 객체(Function Object - Functor)의 도입

template<typename Cont, typename Comp>
void bubbleSort(Cont& cont, Comp& comp)
{
    for (int i = 0; i < cont.size(); i++) {
        for (int j = i + 1; j < cont.size(); j++) {
            if (!comp(cont[i], cont[j])) {
                cont.swap(i, j);
            }
        }
    }
}

• 위 함수는 Comp라는 클래스를 템플릿 인자로 받고, 함수 자체도 Comp 객체를 따로 받는다.
  • comp객체는 ()연산자 오버로딩을 통해 내부에서 크기 비교를 수행
• comp객체는 함수인양 사용된다.
  • 함수는 아니지만 함수인 척을 하는 객체를 함수 객체(Function Object) 줄여서 Functor라고 부름
  • 실제 표준라이브러리의 sort 함수도 사용하는 방법

타입이 아닌 템플릿 인자(non-type template arguments)

• 템플릿 인자로 타입만 받을 수 있는 것이 아니다.template의 인자로 T를 받고, 추가적으로 마치 함수의 인자 처럼 int num을 받고 있다.
  • 해당 템플릿의 인자들은 addNum 함수를 호출할 때 <>를 통해 전달하는 인자들이 들어감
• 템플릿 인자로 전달할 수 있는 타입을 제한적
  • 정수 타입들 (bool, char, int, long 등). float, double은 제외
  • 포인터 타입
  • enum 타입
  • std::nullptr_t (널 포인터)
• 컴파일 타임에 값들이 정해져야 하는 것들이 있을 때 템플릿 인자를 가장 많이 활용
  • 배열의 가장 큰 문제점은 함수에 배열을 전달할 때 배열의 크기에 대한 정보를 잃어버린다.
  • 하지만 템플릿 인자로 배열의 크기를 명시하면 이 문제를 해결할 수 있음
• 위 예는 STL의 array를 통해 알아볼 수 있다.

#include <iostream>
#include <array>

int main() 
{
  std::array<int, 5> arr{1, 2, 3, 4, 5};

  for (int i = 0; i < arr.size(); i++) {
    std::cout << arr[i] << " ";
  }
  std::cout << std::endl;
}

디폴트 템플릿 인자

• 템플릿도 함수와 마찬가지로 디폴트 인자를 지정할 수 있다.

#include <iostream>

template<typename T, int num = 5>
T addNum(T t) 
{
    return t + num;
}

int main()
{
   int x = 3;
   std::cout << "x : " << addNum(x) << std::endl;
}
output
x : 8

• 템플릿 디폴트 인자는 함수 디폴트 인자와 똑같이 인자 뒤에 = (디폴트 값)을 넣어준다.
• addNum(x)는 addNum<int, 5>(x)와 동일함

 

 

 

 

출처

https://modoocode.com/219

씹어먹는 C++ - <9 - 1. 코드를 찍어내는 틀 - C++ 템플릿(template)>