오랜만에 또 C/C++ 문법 잡생각들을 늘어놓아 본다.

1. elaborated type specifier

C에서는 struct, enum, union 타입의 변수를 지정하려면 말 그대로 저 '종류' 명칭을 먼저 지정하고 나서 타입 명칭을 명시해야 했다. 종류 명칭을 생략하고 타입 명칭만으로 해당 종류를 나타내려면 C에서는 typedef를 번거롭게 해 줘야 했다.
그래서 C 시절에는 typedef struct _XXX { ... } XXX; 이런 두벌일이 관행이었다. struct _XXX라고 하든가, XXX라고 하든가 둘 중 하나다.

그러던 게 C++에서는 class라는 종류가 또 추가되었으며, 타입을 선언할 때 종류 명칭을 생략해도 되게 바뀌었다. struct XXX { ... }; 만 해도 XXX를 단독으로 쓸 수 있는 셈이다.
종류 명칭 지정은 required가 아니라 optional이 된 건데.. 허나, C++에서도 종류 명칭을 반드시 지정해야 할 때가 있다. 이런 full 명칭을 "elaborated type specifier"이라고 부르는데, 이게 필요한 상황은 바로 타입 명칭과 변수 명칭이 겹칠 때이다.

굉장히 의외이고 사실 권장되지 않는 관행이기도 하지만, C/C++에서는 기존 타입명과 동일한 명칭으로 변수를 선언하는 게 가능하다. (int, float 같은 built-in 타입 예약어는 당연히 제외)
ABC라는 클래스가 있다면 ABC ABC;라고.. ABC라는 이름의 객체/변수를 그대로 선언할 수 있다는 것이다. '야마토 급 전함 야마토'처럼 말이다.

두 클래스 A, B가 있고 앞에서 A B; 라고 B라는 변수를 선점해 버렸다고 치자.
이때 나중에 B라는 클래스의 인스턴스를 또 선언하고 싶다면 그때는 class B 뭐시기.. 이렇게 명시함으로써 이 B는 변수가 아닌 타입 명칭임을 알려줄 수 있다. A라는 클래스 소속의 변수 B, B라는 클래스 소속의 변수 A라고 상호 참조시키는 건 불가능하지 않으나 너무 사악해 보인다. -_-;;

전역변수와 지역변수가 이름이 겹칠 때 구분을 위해 :: 연산자를 사용한다면(C++ 한정), 변수명과 타입명이 겹칠 때 저런 종류 지정자가 쓰인다는 것이다.
내 개인적으로는 저 때야말로 typename 키워드도 사용 가능해야 하지 않나 생각하는데.. 그건 허용되지 않는 것 같다. ㄲㄲㄲㄲ typename과 class가 혼용 가능한(interchangable) 곳은 템플릿 인자뿐이다.

그 반면, 저기서는 struct와 class가 혼용 가능하다. 즉, class A라고 선언해 놓고는 elaborated type specifier로 struct A라고 쓰는 건 가벼운 경고 하나만 나오고 허용이다. 흥미롭지 않은지? =_=;; typename은 템플릿 바깥에서 범용적인 elaborated type specifier로서는 아직 접점이 없는 셈이다.

아울러, class는 자체적인 scope도 생성하는 역할을 한다. 그래서 :: 연산자에 잘못된 명칭이 지정됐을 때의 컴파일 에러는 "XXXX는 class 또는 namespace의 명칭이 아닙니다"이다. 요럴 때는 class가 말 그대로 namespace와 엮인다.
"class vs struct / typename / namespace"라니.. 이것도 흥미로운 점이다.

하긴, 변수명과 타입명이 겹치는 게 가능하니까 망정이지, 겹칠 수가 없다면 C 라이브러리의 struct tm (time.h)은 당장 이름이 바뀌어야 했을 것이다. 너무 짧고 겹치기 쉽고 성의 없게 만들어진 명칭이다. -_-;;

2. 정수형의 다양한 alias들

C/C++은 boolean 타입조차 없이 전부 int로 퉁치는 정수 덕후였다. 하지만 세월이 흐르면서 type-safety에 대한 필요성이 부각되었고, 용도에 따라 다음과 같은 alias 타입들이 등장해서 쓰이게 됐다.

(1) wchar_t (문자열): 유니코드 때문에 등장했고 얘 자체는 언어 표준으로 등극했다. wcslen, wcscpy 함수라든가, L"" 리터럴까지..
하지만 문자의 크기가 플랫폼별로 2바이트 내지 4바이트로 심하게 파편화됐다. 이 때문에 코드의 이식성을 저해하고 프로그래머들에게 큰 혼란을 끼치게 됐다.
결국 직접적인 크기를 명시하는 char16_t, char32_t가 나중에 일일이 추가됐다. 하지만 이것도 각 타입별 함수라든가 리터럴의 표기 방법, 심지어 % 문자열의 형식이 플랫폼마다 완전히 통일돼 있지 않다. 이식성 문제가 완전히 해결되지는 않았다는 뜻이다.

참고로 얘들은 다 built-in type이며, 기존 부호 없는 정수형의 단순 typedef가 아니다. 가령, char16_t의 포인터는 unsigned short의 포인터와 호환되지 않는다.
그리고 char이야 플랫폼 불문하고 무조건 1바이트라는 게 언어 스펙 차원에서 정의돼 있으니 char8_t를 또 만들 필요는 없다. 하지만 1바이트 문자열을 가리키는 char*는 처음부터 부호 없는 정수형으로 만들었으면 깔끔했을 텐데 하는 아쉬움이 좀 있다.

(2) ssize_t size_t (컴퓨터 비트 수): charXX_t처럼 일반 정수형도 크기를 명시한 intXX_t, uintXX_t 같은 게 도입됐는데, 얘들은 charXX_t와 달리 그냥 typedef이다.
그리고 64비트에서는 int와 long의 크기가 플랫폼별로 파편화돼 버린 관계로, 어디서나 포인터 크기와 동일함이 보장되는 정수형이 따로 만들어졌다. size_t라든가 intptr_t, uintptr_t, ptrdiff_t 말이다.
int를 4바이트로 유지시킨 건 그렇다 쳐도, long까지 32비트 4바이트로 굳힌 플랫폼은 Windows가 유일하다. 하위 호환성에 정말 목숨을 건 결정이다.

(3) time_t (미래 시간): 얘는 문자열이나 컴퓨터와 직접적인 관계는 없지만.. 그래도 21세기보다 훨씬 더 먼 미래를 표현하기 위해서 64비트로 확장되었다. time_t가 32비트이던 시절 기준으로 빌드된 구닥다리 프로그램들은 15년쯤 뒤 2038년 이후부터는 제대로 쓰기가 어려워질 것이다.
참고로 얘는 언제나 부호 "있는" 정수로 정의된다. 시각뿐만 아니라 두 시각의 차인 '시간'을 표현할 때도 쓰이기 때문이다. 과거와 미래를 모두 분간하려면 당연히 부호가 필요하다.

이런 숫자 alias들은 %문자와는 영 어울리지 않는다는 걸 알 수 있다. 저 typedef의 유동적인 비트수에 맞게 printf/scanf의 % 문자가 모든 플랫폼에 맞게 바뀌게 하려면... % 리터럴도 #define 해 가면서 바꾸면서 정말 지저분한 짓을 해야 된다. %ls인지 %S인지..?? %Id인지 %lld인지 %I64d인지.. 알 게 뭔가?

물론 값을 출력할 때는 모든 가변인자들이 intptr_t 크기로 promote되기 때문에 상황이 조금은 단순해진다. 하지만 입력을 받을 때라든가 32비트 플랫폼에서 64비트 값을 다룰 때는 역시 % 문자와 실제 변수 짝을 조심해서 대응시켜야 한다. 이러느니 C++ stream을 쓰고 말지.. =_=;;
그래도 %문자를 쓰는 게 다국어 지원 localize 관점에서는 취급이 아주 편리하다는 장점도 있는데 말이다. 차라리 독자적으로 % 문자 해석기를 만들기라도 해야 하나 싶다.

3. <=> 연산자

C/C++엔 ? : 이라고 유일하게 3개의 피연산자를 받는 독특한 연산자가 있다. if else문을 연산식 하나에다 박아 넣은 것이고, 오버로딩이 되지 않는다. 얘는 그냥 if else문만큼이나 C/C++의 문법처럼 취급되기 때문이다.
그런데, C++20에서는 단일 토큰으로서 길이가 3자나 되면서 연산 결과도 boolean 2종류가 아니라 '3종류'인 참 독특한 연산자가 추가되었다. 바로 <=> ... a <=> b는 a와 b의 대소 관계에 따라 1 0 -1 중 하나를 되돌린다. (실제로는 정확하게 정수형이 아니라 저 세 종류를 나타내는 comparision 객체 타입)
쉽게 말해 a, b가 문자열이라면 이 연산자의 결과는 strcmp 함수의 결과와 같다.

연산식에서 이 연산자가 당장 막 쓰이지는 않을 수 있다. 그러나 어떤 클래스를 구현할 때 이 연산자는 굉장히 유용하게 쓰일 것 같다. 얘는 온갖 자잘한 비교 연산자들의 상위 호환이기 때문이다.
<=> 연산자 하나만 오버로딩 해 놓으면 > < >= <= == != 을 모두 유추할 수 있다. a==b는 a<=>b == 0 이렇게 말이다.

이 연산자가 지원되는 클래스는 Java로 치면 Comparable 인터페이스를 받아서 CompareTo 메소드를 구현한 거나 마찬가지일 것이다.
C의 사고방식이라면 이 함수의 리턴값은 그냥 int이겠지만.. 얘는 C++의 이념이 가미됐다 보니 built-in 연산자의 리턴 타입이 언어 차원에서 따로 정의돼 있다.

Visual C++에서도 최신 C++20 표준 문법 옵션을 켜 주면 바로 써 볼 수 있다.
외국에서는 <=> 가 무슨 우주선(!!!!)처럼 생겼다면서 spaceship operator이라는 애칭으로 불리는가 보다.
10여 년 전엔 R-value 참조자 &&가 아주 참신하게 느껴졌는데 지금은 쟤가 비슷하게 참신하게 느껴진다.

4. 나머지 C

(1) 비트필드에 배열이 지원됐으면 좋겠다는 생각을 하는데.. 5비트씩 n개 같은 식으로 말이다. 이건 너무 욕심 부린 걸까..?? ㅎㅎ
뭐, 컴파일러의 입장에서 코드를 생성하는 게 힘들 수는 있지만.. 그래도 불가능하지는 않을 텐데 말이다.
아키텍처에 따라서 멤버들 방향 지정을 자동화하는 것과 더불어 개인적으로 비트필드에 바라는 사항이다.

(2) 배열의 원소 개수를 구하는 arraysize, 그리고 배열에서 특정 멤버의 오프셋을 구하는 offsetof
이거는 언어의 기본 문법과 연산자만으로 구현 가능하기 때문에 딱히 예약어로 지정돼 있지는 않다.
하지만 최소한 표준 라이브러리에 채택돼서 표준 헤더에서 제공할 만은 해 보인다. 특히 arraysize의 경우, C에서는 그냥 x/x[0] 같은 매크로로 구현되겠지만 C++에서는 더 type-safe한 인라인 템플릿 함수로 제공되면 될 것이다.

(3) C에는 자기 번역 단위의 밖으로 노출되지 않는 static 변수와 함수가 C++ 사고방식으로 치면 private 멤버와 얼추 비슷한 지위이다.
static 함수가 한 소스 파일 안에서 선언되고 참조(= 호출)도 됐는데 그 함수의 몸체가 정의돼 있지 않으면?? 이건 링크 에러가 아니라 해당 번역 단위에 대한 컴파일 에러로 처리된다. 오오~!! 다른 번역 단위들을 뒤질 필요가 없기 때문이다.
C++로 치면 unnamed 익명 클래스라든가 함수 안의 local 클래스에서 멤버 함수의 몸체가 곧장 정의되지 않은 것과 비슷한 상황이다. 이런 일회용 클래스들은 함수의 몸체를 바깥 딴 데서 찾을 만한 여지가 없다. ^^

C와 C++에서 이런 캡슐화 패러다임의 차이가 드러날 때가 있다.
한 클래스 A의 내부에서만 쓰이고 마는 내부 클래스 B를 그냥 A.cpp 안에다가 global scope로 선언할지, 아니면 A가 선언된 A.h 헤더 파일에다가 A 내부의 scope로 private 선언할지 말이다.
객체지향 이념에 따르자면 헤더 파일에다가 선언하는 게 좋지만, 실용적으로는 그냥 cpp가 낫다. 헤더에다가 넣으면 외부에 노출되지 않는 클래스인데도 수정할 때마다 그 헤더 의존하는 소스 파일들이 다 빌드되니까 말이다.

5. 나머지 C++

(1) "한 번도 참조되지 않은 변수"라고 경고(컴파일러 또는 정적 분석에 의해)가 뜨는 걸 무시하기 위해서 [](...){}(a,b,c,d,e); 라는 람다가 쓰인다니 참 대단하다. 아울러,
auto convert(const istream &input)  -> void;
void convert(const istream &input);

클래스의 멤버 함수도 이렇게 람다 스타일로 선언할 수 있으며, 위의 둘은 완전히 동치라고 한다. typedef 대신 using을 쓰는 문법과 비슷해 보인다. ㄲㄲㄲㄲㄲ

(2) 그나저나 using은 typedef의 완벽한 상위 호환이어서 typedef는 이제 쓸 필요가 전혀 없어지는 건지? signed 같은 잉여가 되는 건가 싶다. 템플릿 인자에서 class가 typename으로 대체되고 static 함수가 익명 namespace 함수로 바뀌는 것과 비슷한 양상인데, typedef는 쟤 말고는 다른 용도가 전혀 없으니 말이다.
using A = B는 파스칼에서 type A = B와 형태가 아주 비슷해 보이기도 한다.

(3) C++의 iterator들은 어지간한 건 내부 구현이 그냥 포인터 하나와 다를 바 없을 텐데.. intptr_t 같은 정수 하나로 간단하게 reinterpret_cast가 가능했으면 좋겠다. 그래야 type-safe하지 않은 C 스타일 콜백 같은 데서도 내부적으로 C++ 컨테이너의 원소에 접근할 수 있기 때문이다.
특히 list, vector 말이다. hash는 모르겠다만.. 트리 기반 컨테이너인 set, map은 그 특성상 노드들이 parent 노드 포인터까지 갖고 있는데, iterator도 포인터 하나만 갖고 있어도 다음 진행 방향을 결정할 수 있지 않은가?
하지만 포인터 하나보다 크기가 더 큰 iterator도 심심찮게 보이는 것 같다.

(4) constexpr은 C++도 단순 read-only와 진정한 constant의 구분을 두려는 시도인 듯하다. 게다가 멀쩡한 함수를 '인라인화'도 모자라서 컴파일 시점에서의 상수로 바꾼다니..
팩토리얼이나 피보나치 수열 상수를 재귀적으로 구하는 건 예전에는 템플릿 클래스의 상수값 형태로나 가능했다. 하지만 이제는 C/C++ 상으로 멀쩡하게 생긴 함수의 호출 형태로도 표현 가능해졌다.
뭐, 템플릿에서도 static_assert와 더불어 많이 활약할 것으로 예상되는데, 자세한 건 더 공부해 봐야겠다.

(5) 객체를 초기화할 때 생성자 obj(arg)나 대입 연산 obj=arg 말고 중괄호는 배열이나 구조체를 초기화할 때에나 쓰이는 물건으로 여겨졌다. 하지만 C++11부터는 이게 initializer list라는 개념으로 리모델링되어 임의의 클래스의 public 멤버들을 순서대로 초기화할 때도 쓰고, 컨테이너에다 여러 원소들을 한꺼번에 집어넣을 때도 쓰일 수 있게 됐다.
참 혁신적이긴 하지만 용도가 너무 다양한 것 같다. 모호성이 발생하지는 않는지, {...}는 그럼 R-value 리터럴인 건지, 내가 만드는 클래스에서 저런 걸 받아들이려면 어떡해야 하는지 궁금한 게 많다. 이것도 공부 필요.. =_=;

(6) 인터페이스를 여러 개 받아서 구현한 클래스가 정작 그 인터페이스들의 base로는(예: IUnknown) 모호하다고 형변환 되지 않는 오류 말이다(Visual C++ 기준 C2594). 정말 아무 의미 없고 멍청한 페이크에 가까운 오류인데..
base가 고유한 vtbl이 없고 데이터 멤버도 없다면 그냥 자기 this에서 가장 가까운 base를 언어 차원에서 알아서 지정하게 하는 게 좋지 않을까? 애초에 자기 데이터가 없는데 가상 상속을 할 필요도 전혀 없는걸? 궁금하다.
이게 언어 차원에서 interface라는 게 없고 그 대신 무식한 다중/가상 상속을 지향하며 만들어진 C++의 맹점인 것 같다.

(7) 나는 C/C++ 문법을 어지간한 건 다 마스터 해서 머리에 숙지하고 있고, 아무 코드나 보면 머릿속으로 가상의 컴파일러를 돌려서 "얘는 이런 식으로 기계어로 번역되겠다, 구현 비용이 얼마나 되겠다, 이렇게 동작하겠다, 이런 문제가 있다" 같은 게 예측이 된다고 생각해 왔다. 넓은 의미에서 암산과 비슷한 경지일 것이다. 아 당연히 난해한 코드 출품작 급의 괴물 코드 말고, 평범한 코드 말이다. -_-;;
하지만 계속해서 새로운 기능, 기괴한 기능들이 추가되고 있는 modern C++을 보면 이런 자신감이 갈수록 줄어드는 것 같다. 배배 꼬인 템플릿에다 auto에 람다에, ...에 헥헥~ 이 기능은 어떤 문법적 근거를 통해 빌드 되는 건지부터가 파악이 안 되는 것도 있다. =_=;;

요즘 C++은 정말 옛날에 내가 알던 그 C++에서 갈수록 멀어져 간다. 그 경직된 정적 타입 네이티브 코드 컴파일 언어에서 어떻게 동적 타입 언어의 유연함을 집어넣은 걸까? 특히 가변 인자 템플릿 말이다.;; (튜플!!) ㄷㄷㄷ

Posted by 사무엘

2023/11/14 08:35 2023/11/14 08:35
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