C++ 정리 - 25 (함수 템플릿,템플릿의 오버로딩,템플릿 제한,명시적 특수화,구체화와 특수화,오버로딩 분석,정확한 대응과 최선의 대응)

함수 템플릿

함수 템플릿은 함수의 일반화 서술이다. 즉, 함수 템플릿은 int 형이나 double 형과 같은 구체적인 데이터형을 포괄할 수 있는 일반형으로 함수를 정의한다. 템플릿은 구체적인 데이터형 대신, 일반형으로 프로그래밍을 하게 되므로 이것을 일반화 프로그래밍(generic programming)이라고 한다. 데이터형이 매개변수에 의해 표현되므로, 템플릿을 때로는 매개변수와 데이터형(parameterized type)이라고 함.

 

사용 예시

//함수 템플릿 원형

template <class Amy>

void Swap(Any &a, Any &b);

 

//함수 템플릿 정의

template<class Any>

void Swap(Any &a,Any &b)

{

Any temp;

temp=a;

a=b;

b=temp;

}

 

템플릿의 오버 로딩

일반적인 오버 로딩과 마찬가지로, 템플릿을 오버 로딩할 때에도 확실하게 구분되는 함수 시그내처를 사용해야 함

 

사용 예시

template <typename T> //원본 템플릿

void Swap(T &a,T &b);

 

template<typename T> //추가 템플릿

void Swap(T *a,T *b,int n);

...

template<typename T>

void Swap(T &a,T &b)

{

T temp;

temp = a;

a=b;

b=temp;

}

template<typename T>

void Swap(T a[],T b[],int n)

{

T temp;

...

}

 

템플릿 제한

다음과 같은 템플릿 함수가 있다고 가정

template <class T>

void f(T a,T b)

{...}

 

T형이 built-in 배열형일 경우

a=b; 와 같은 구문은 참이 아니다.

 

명시적 특수화

struct job

{

char name[40];

double salary;

int floor;

};

이러한 구조체 두 개를 만든 후, 두 구조체의 내용을 교환하려고 할 때 원본 템플릿은 다음과 같은 코드를 사용하여 내용을 교환

temp=a;

a=b;

b=temp;

C++에서는 하나의 구조체를 다른 하나의 구조체에 대입할 수 있기 때문에, Any형이 job 구조체인 경우에도 위의 코드는 잘 동작함. 그러나 salary와 floor 멤버만 교환하고, name 멤버는 그대로 두고 싶다고 가정 -> 명시적 특수화(explicit specialization)라는 특수화된 함수 정의를, 필요한 코드와 함께 제공 가능

 

컴파일러가 함수 호출에 정확히 대응하는  특수화된 정의를 발견하면, 템플릿을 찾지 않고 그 정의를 사용함. 이러한 특수한 형식은 C++가 발전하면서 계속 변화해왔다.

 

3세대 특수화(ISO/ANSI C++ 표준)

특수화 방식을 모두 실험한 후, C++98 표준은 이 방식을 다음과 같이 정립함.

• 함수 이름이 하나 주어지면, 사용자는 템플릿이 아닌 함수, 템플릿 함수, 명시적 특수화 템플릿 함수를 가질 수 있다. 또한 이 모든 것들의 오버 로딩 버전도 가질 수 있다.
• 명시적 특수화를 하기 위한 원형과 정의 앞에 template <>가 와야 한다. 그리고 그 특수형의 이름을 서술해야 한다.
• 특수화는 템플릿을 무시하고, 템플릿이 아닌 함수는 특수화와 템플릿 둘 다 무시

다음은 job형 구조체를 교환하는 세 가지 형식의 함수 원형

//템플릿이 아닌 함수 원형

void Swap(job &,job &);

//템플릿 원형

template<typename T>

void Swap(T &,T &);

//job형을 위한 명시적 특수화

template<> void Swap<job>(job &,job &);

->job형을 위한 특수화라는 것을 함수 매개변수의 데이터형이 알려주기 때문에, Swap <job>에 있는 <job>은 생략 가능

원형도 다음과 같이 다시 작성 가능

template<>void Swap(job &,job &); //더 간단함.

 

구체화와 특수화

컴파일러가 특정 데이터형에 맞는 함수 정의를 생성하기 위해 템플릿을 사용할 때, 그 결과를 템플릿의 구체화라 한다.

 

template<typename T>

void Swap(T &a,T &b);

...

int main()

{

...

Swap(i,j); //i,j는 int형

}

Swap(i,j) 함수 호출은, 컴파일러가 int형을 사용하는 Swap()을 구체화하게 만든다.

템플릿은 함수 정의가 아니라 int형을 사용하는 특정 구체화가 함수 정의이다. 이러한 방식의 구체화를 암시적 구체화라 함.

 

명시적 구체화 문법

<> 표기를 사용하여 데이터형을 나타내고, 선언 앞에 template을 사용

template void Swap<int> (int,int); //명시적 구체화

->Swap() 템플릿을 사용하여 int 형에 맞는 함수 정의를 생성하라.

 

명시적 구체화를 명시적 특수화와 서로 비교해보자.

명시적 특수화는 동등한 다음 두 선언 중에서 한 개를 사용함.

template<>void Swap<int>(int &,int &);

template<>void Swap(int &,int &);

->함수 정의를 생성하기 위해 Swap() 템플릿을 사용하지 말고, int형에 맞게 특별히 명시적으로 정의된 함수 정의를 사용. 명시적 특수화 선언은 키워드 template 뒤에 <>를 가지는 반면, 명시적 구체화는 <>를 생략

 

암시적 구체화, 명시적 구체화,명시적 특수화를 모두 특수화라고 한다. 이들의 공통점은 모두 구체적인 데이터형을 사용하는 함수 정의를 나타낸다는 것이다.

 

오버 로딩 분석

1. 후보 함수들의 목록을 만든다
2. 매개 변수의 개수가 일치하는 함수들의 목록을 만든다
3. 가장 적당한 함수가 있는지 판단

may('B'); //실제 매개변수가 char 형

 

void may(int); //#1

float may(float,float=3);//#2

void may(char); //#3

char *may(const char *);//#4

char may(const char &);//#5

template<class T> void may(const T &);//#6

template<class T> void may(T *); //#7

 

#4와 #7은 정수형이 포인터형으로 변환될 수 없으므로 탈락

 

컴파일러는 살아남은 다섯 개 함수 중에서 최선의 것을 골라야 함.

살아남은 후보 함수들의 형식 매개변수에 실제 매개변수를 대응시키기 위해서, 컴파일러는 필요한 변환을 수행함

1. 매개변수가 정확하게 대응하는 것, 일반 함수가 템플릿보다 순위가 높다.
2. 승급 변환(예를 들면, char와 short를 int 형으로, float를 double형으로 자동 변환)
3. 표준 변환(int를 char로, long을 double로 변환)
4. 클래스 선언에서 정의되는 변환과 같은, 사용자 정의 변환

정확한 대응과 최선의 대응

c++는 정확한 대응을 만들기 위해 몇 가지 사소한 변환을 허용

변환 전 실제 매개변수	변환 후 형식 매개변수
Type	Type &
Type &	Type
Type []	* Type
Type(argument-list)	Type(*)(argument-list)
Type	const Type
Type	volatile Type
Type *	const Type *
Type *	volatile Type *

//Type은 임의의 데이터형

//char &과 같은 데이터형도 Type형이 될 수 있다.

//Type(argument-list)는 실제 매개변수로 사용되는 함수 이름이, 형식 매개변수로 사용되는 함수 포인터에 대응

 

대응하는 원형이 여러 개 존재하면, 컴파일러는 오버 로딩 분석 절차를 완료할 수 없지만 때로는 정확하게 대응하는 함수가 두 개 인데도 불구하고 오버로딩 분석을 수행하는 경우가 있다.

ex) const가 아닌 데이터를 지시하는 포인터와 참조는, const가 아닌 포인터와 참조 매개변수에 대응함.

 

하나의 정확한 대응이 다른 대응보다 더 좋은 이유는, 하나는 템플릿이 아닌 함수고, 다른 하나는 템플릿 함수일 때이다.

이러한 경우, 템플릿이 아닌 함수가 명시적 특수화를 포함하는 템플릿 함수보다 더 좋은 것으로 간주

 

둘 다 템플릿 함수 이면서 정확하게 대응할 경우, 특수화된 템플릿 함수가 좀 더 좋은 함수이다.

 

다음과 같은 두 개의 템플릿이 있다고 가정하자.

template<class Type>void recycle(Type t); //#1

template<class Type>void recycle(Type *t)//#2

...

struct blot{int a;char b[10];};

blot ink={25,"spots"};

...

recycle(&ink);

 

recycle 호출은 blot *로 해석되는 Type을 가진 템플릿 #1에 대응, ink가 Type일 경우 템플릿 #2에 대응

recycle<blot *>(blot *)은 생성되는 도중에 변환이 더 적게 일어나므로 더 특수한 것으로 간주됨.