C++ 정리 - 47 (스마트 포인터 템플릿 클래스, auto_ptr 템플릿, 스마트 포인터 고려사항, auto_ptr 보다 unique_ptr이 더 좋은 이유, unique_ptr을 사용하는 경우, 스마트 포인터 선택)

스마트  포인터 템플릿 클래스

smart pointer는 포인터처럼 행동하는 클래스 객체지만, 몇 가지 추가 기능을 지닌다. 동적 메모리 대입을 관리하기 위한 스마트 포인터 템플릿에 대해 알아보자

 

스마트 포인터의 사용

3개의 스마트 템플릿 (auto_ptr, unique_ptr, shared_ptr)은 각각 new를 통해 얻어지는 주소를 대입할 포인터를 정의한다.

스마트 포인터가 수명을 다했을 때, 파괴자는 delete를 사용하여 메모리를 해제한다. 따라서 만일 new가 리턴하는 주소를 위 세 개의 객체 중 하나에 대입하게 되면, 나중에 메모리를 해제할 필요가 없으며, 스마트 포인터 객체가 수명이 다했을 때, 자동적으로 메모리가 해제된다.

 

이러한 스마트 포인터 객체들 중 하나를 생성하기 위해서는 템플릿을 정의하는 memory 헤더 파일을 소스코드에 포함해야 한다. 그 후, 일반적인 템플릿 구문을 사용하여 필요한 포인터의 종류를 구체화한다.

 

auto_ptr 템플릿

template<class X>class auto_ptr {

public:

explicit auto_ptr(X*p =0) throw();

...};

(throw()는 이 생성자가 예외를 발생하지 않는다는 것을 의미)

따라서 X타입의 auto_ptr 객체를 요청하면, X타입을 가리키는 auto_ptr 객체를 얻을 수 있다.

auto_ptr<double> pd(new double);

auto_ptr<string> ps(new string);

 

여기서, new double은 new가 리턴한 새로 대입된 메모리를 가리키는 포인터로 auto_ptr<double>의 매개변수이다.

3개의 스마트 포인터 클래스 템플릿은 매개변수로 포인터를 받아들이기 위해 명시적(explicit) 생성자를 가지고 있다.

 

스마트 포인터 템플릿 클래스들은 일반 포인터처럼 동작할 수 있다.

 

스마트 포인터를 사용하면 안 되는 경우

string vatcion("I wandered lonely as a cloud.");

shared_ptr<string> pvac(&vaction); //사용 불가

pvac가 수명을 다했을 때 프로그램은 delete 하려는 메모리가 heap에 존재하지 않기 때문에, 잘못됨.

 

스마트 포인터 고려사항

auto_ptr<string> ps(new string("abc"));

auto_ptr<string> vocation;

vocation=ps;

ps와 vacation이 일반 포인터라고 생각하면, 두 포인터는 같은 string 객체를 가리키는 결과를 가져올 것이다.

그러나 여기서는, 프로그램이 같은 객체에 두 번 해제를 시도하기 때문에 안된다. (ps가 수명을 다했을 때 한번, vocation이 수명이 다했을 때 한번)

 

이 문제를 해결하는 방법들은 다음과 같다.

• 복사를 수행하도록 대입 연산자를 정의한다. 그러면 한 객체가 다른 객체의 복사본이 되므로, 두 포인터는 서로 다른 객체를 지시하게 된다.
• 하나의 스마트 포인터만이 특정 객체를 소유할 수 있도록 소유권 개념을 도입한다. 스마트 포인터가 그 객체를 소유하고 있는 경우에만, 파괴자가 그 객체를 삭제한다. 그러고 나서, 대입을 통해 소유권을 이전시킨다. 이것이 auto_ptr, unique_ptr에서 사용하는 전략이다.
• 하나의 특정한 객체를 참조하는 스마트 포인터들이 몇 개인지 추적하는 스마트 포인터를 생성한다. 이것을 참조 카운팅(reference counting)이라 한다. 대입할 때마다 참조 카운팅이 1씩 증가한다. 어떤 스마트 포인터의 수명이 다할 때 마다 참조 카운팅이 1씩 감소된다. 따라서 스마트 포인터의 수명이 다했을 때 delete가 호출된다. 이것이 shared_ptr 전략이다.

auto_ptr 보다 unique_ptr이 더 좋은 이유

아래와 같은 선언이 있다고 가정하자.

auto_ptr<string> p1(new string("auto")); //#1

auto_ptr<string> p2; //#2

p2=p1 //#3

 

#3에서 p2가 문자열 객체에 대한 소유권을 인수했을 때, p1은 소유권을 잃어버린다. 그러나 이것은 p1이 더 이상 유효한 값을 가지고 있지 않기 때문에 프로그램이 p1을 사용하는 데 있어서 문제를 발생시킨다.

 

unique_ptr을 사용하는 경우

unique_prt<string> p3(new string("auto")); //#4

unique_ptr<string> p4; //#5

p4=p3; //#6

이 경우, 컴파일러는 #6 선언에 대해 허락을 하지 않는다. 이런 이유로 unique_ptr은 auto_ptr보다 더 안전하다고 할 수 있다. 그러나, 하나의 스마트 포인터에서 다른 스마트 포인터로 대입하는 과정에서 타이밍이 맞지 않는 경우가 있다. 따라서, 다음과 같은 함수 정의를 제안한다.

unique_ptr<string> demo(const char *s)

{

unique_str<string> temp(new string(s));

return temp;

}

그리고, 다음의 소스코드를 추가한다.

unique_ptr<string> ps;

ps=demo("Uniquely Special");

 

여기서, demo()는 임시 unique_ptr을 리턴한다. 그리고 ps는 unique_ptr이 리턴한 객체의 소유권을 얻는다. 그때 리턴된 unique_ptr은 삭제된다.

 

c++은 unique_ptr을 다른 unique_ptr로 대입할 수 있는 std::move()라는 표준 라이브러리 함수를 가지고 있다.

using namespace std;

unique_ptr<string> ps1,ps2;

ps1 = demo("Uniquely special");

ps2 = move(ps1);

ps1 = demo(" and more");

cout<<*ps2<<*ps1<<endl;

 

또한, unique_ptr은 array로 사용될 수 있다는 장점도 가지고 있다. 그렇기 때문에, 반드시 delete와 new, delete[]와 new[]가 쌍으로 사용되어야 한다. auto_ptr은 delete는 사용 가능 하지만 delete[]는 사용 불가, 마찬가지로 new는 사용 가능하지만 new[]은 사용불가.

 

std::unique_ptr<double[]> pda(new double(5));

//delete[]를 사용해야 함

 

스마트 포인터 선택

프로그램이 하나의 객체에 대해 하나 이상의 포인터를 사용한다면, shared_ptr을 선택해야 한다. 프로그램이 같은 객체를 가리키기 위해 다중 포인터를 필요로 하지 않는다면, unique_ptr을 사용해야 한다. new로 대입된 메모리를 리턴하는 함수의 리턴 타입에는 가장 적절한 선택이다.