[C++] 템플릿 응용

템플릿 파라미터 팩 (parameter pack)

// typename 뒤 ...으로 오는 것이 파라미터 팩
template <typename T, typename... Types>

• 템플릿 파라미터 팩은 0개 이상의 템플릿 인자를 나타낸다.
• 함수에서는 인자로 ．．． 이 오는 것을 함수 파라미터 팩이라고 부르며, 0개 이상의 함수 인자를 나타낸다.

 

가변 길이 템플릿 예제

print() 함수 구현

#include <iostream>
using namespace std;

// 단일 인자의 print 함수
template <typename T>
void print(T arg) {
    cout << arg << endl;
}

// 다중 인자의 print 함수
template <typename T, typename... Types>    // 템플릿 파라미터팩은 ...이 typename 뒤
void print(T arg, Types... args) {  // 함수 파라미터팩은 ...이 Types 뒤
    cout << arg << ", ";
    print(args...);     // 재귀적으로 print를 호출한다.
}

int main() {
    print(1, 3.5, "abc");
    print(1, 2, 3, 4, 5);
    return 0;
}

1, 3.5, abc
1, 2, 3, 4, 5

• python에서 사용하는 print() 함수를 template을 이용하여 구현하였다.
• 인자가 여러 개인 경우에는 print(args...)처럼 함수를 재귀 호출한다. 재귀 호출은 다음과 같은 순서로 이뤄진다.
  • (1, 3.5, "abc")에서 arg로 1, args로 3.5, "abc"가 전달되고, print(args...) 재귀 호출
  • (3.5, "abc")에서 arg로 3.5, args로 "abc"가 전달되고, print(args...) 재귀 호출
  • ("abc")에서 arg로 "abc"가 전달되고, args로 아무것도 전달되지 않음.
  • 파라미터 팩이 없는 함수가 우선순위가 높기 때문에, 이 때는 print(T arg, Types... args)가 아니라 print(T arg)가 호출됨. 따라서 print()가 호출되어 cout << endl; 에 의해 줄바꿈이 이뤄짐.
  • 만약 print(T arg)가 정의되지 않고 print(T arg, Types... args)만 구현된 경우에는, args가 전달되지 않은 print()에 대한 동작을 정의하지 않았기 때문에 재귀 호출 후 오류가 발생한다.
  • print 간의 순서를 바꾸어도 컴파일 오류가 발생한다. C++ 컴파일러는 함수 컴파일 시 자신의 앞에 정의된 함수들만 볼 수 있기 때문이다.

 

 

sizeof...

#include <iostream>
using namespace std;

template <typename... Ints>
double NumPack(Ints... nums) {
	return sizeof...(nums);
}

int main() {
	cout << NumPack(1, 2, 3, 4, 5) << endl;
}

• sizeof 연산자는 인자의 크기를 반환하지만, sizeof...는 파라미터팩에 적용할 시 전체 인자의 개수를 반환한다.
• NumPack(1, 2, 3, 4, 5)는 인자의 개수가 5개이므로, sizeof...은 5를 반환한다.

 

 

Fold Expression

• C++ 17부터 가변 길이 템플릿에 재귀 호출에 의해 쓸데없이 길어지는 코드를 줄일 수 있도록 Fold 형식을 제공한다.
• 가변 길이 템플릿을 사용하기 위해 재귀 호출을 구현하면, 재귀 함수 호출을 종료하기 위한 베이스 케이스를 꼭 만들어야 한다. 하지만 Fold 형식을 사용하면 이를 구현하지 않아도 되어 코드를 더욱 간단하게 작성할 수 있다.

재귀 호출을 사용한 예

#include <iostream>
using namespace std;

// 베이스 케이스: 재귀 호출 종료
int SumFunc() {
	return 0;	// 아무것도 하지 않음
}

template <typename... Ints>
int SumFunc(int num, Ints... nums) {
	return num + SumFunc(nums...);
}

int main() {
	cout << SumFunc(1, 2, 3, 4, 5) << endl;
	return 0;
}

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• 인자가 아무것도 전달되지 않는 경우, 재귀 함수 호출을 종료해야 하므로, 맨 위처럼 베이스 케이스를 구현해야 한다.

 

Fold 형식을 사용한 예 (C++ 17 이상만 가능)

#include <iostream>
using namespace std;

template <typename... Ints>
int SumFunc(Ints... nums) {
	return (... + nums);	// Fold 형식
}

int main() {
	cout << SumFunc(1, 2, 3, 4, 5) << endl;
	return 0;
}

15

• Fold 형식을 사용함으로써 코드 길이가 매우 줄어들었다.
• (... + nums) 부분은 컴파일러가 다음과 같이 해석한다.
  • ((((1 + 2) + 3) + 4) + 5)
• Fold 형식을 사용할 때는 무조건 ()소괄호로 감싸줘야 한다. 그렇지 않으면 컴파일 오류가 발생한다.

 

인자 각각에 대해 함수 실행

#include <iostream>
using namespace std;

class MyClass {
public:
	void showNum(int x) const {
		cout << "Number: " << x << endl;
	}
};

template <typename T, typename... Ints>
void DoThings(const T& t, Ints... nums) {
	(t.showNum(nums), ...);	// 인자 각각에 대해 showNum()가 호출됨
}
int main() {
	MyClass m;
	DoThings(m, 1, 2, 3, 4, 5);
}

Number: 1
Number: 2
Number: 3
Number: 4
Number: 5

• , 연산자를 이용하여 인자 각각이 함수를 호출하도록 구현할 수 있다.