1. ? :에서 피연산자의 타입 동기화 방식

C/C++에서 포인터는 컴퓨터가 내부적으로 메모리를 다루는 메커니즘을 아무 보정 오버헤드 없이 쌩으로 노출하고 관리를 프로그래머에게 전적으로 맡기는 물건이다. 그러니 강력한 대신 매우 위험하기도 하며, 사용자의 실수가 들어가기 쉽다.

이런 한계를 극복하기 위해 C++에는 생성자와 소멸자, 템플릿, 연산자 오버로딩을 적극 활용하여 다양한 형태로 포인터를 컴파일 시점에서 자동 관리해 주는 클래스가 존재한다. 소멸자에서 자신에 대한 delete 내지 Release를 자동으로 클래스가 있으면 한결 편할 것이다. 대입도 기존 오브젝트가 없어지고 다른 걸로 대체되는 거나 마찬가지이니, 레퍼런스 카운팅 관리 같은 걸 해 주고 말이다.

함수가 실행이 실패해서 도중에 return을 해야 하는데 지금까지 할당했던 자원(메모리, 파일)들을 반환은 해야 하니.. 부득이하게 goto문을 쓰느라 코드가 지저분해지는 거 공감하실 것이다. 이런 간단한 것 하나만 생각해도 C++이 C에 비해 코딩을 얼마나 더 편리하게 해 주는지 알 수 있다.

본인은 날포인터를 써서 만들어졌던 옛날 코드를 그런 wrapper 클래스 형태로 리팩터링 했다. 가령, FOO *p = .... p->Release() 하던 것을 CAutoPtr<FOO> p 하나로 대체하는 식이다. 자원을 수동으로 해제하는 코드를 최대한 줄였다.

그런데 하루는 큰 문제 없이 이렇게 고쳐지고 컴파일 됐던 프로그램이 도저히 이해되지 않는 부분에서 뻗는 걸 발견했다.
한참을 디버깅한 끝에 알고 보니... 문제는 A ? B: C 연산자 안이었다. 원래 B와 C 모두 FOO* 타입인데, B만 CAutoPtr<FOO>로 바뀌었던 것이다. 다른쪽 C는 구조체의 멤버이다 보니 타입을 고칠 수 없었고 말이다.

내가 의도한 건 B가 operator FOO*()를 통해 FOO*로 암묵적으로 형변환되는 것이었다. 이 ? : 식은 함수의 인자로 전달되는 문맥에서 쓰였으며, 이 인자의 타입도 그냥 FOO*였다.
그러나 이때 B와 C의 타입을 동기화하기 위해 컴파일러가 한 일은.. CAutoPtr<FOO>(C), 다시 말해 C를 CAutoPtr로 승격시키고 임시 객체를 생성하는 것이었다. 그러고 나서는 그 CAutoPtr에 대해서 역으로 operator FOO*()를 호출하여 리턴값을 함수에다 전달했다.

이 클래스는 생성자에서는 딱히 하는 일 없이 인자로 주어진 메모리 주소를 대입만 하고, 소멸자에서 그 주소가 가리키는 영역을 해제했다.
그러니 임시 객체는 소멸자에서 멀쩡한 메모리를 예기치 않게 해제했으며, 이 부작용 때문에 프로그램이 죽은 것이었다. 아하, 이런 내막이 있었다니... 무릎을 쳤다.

그런데 이 문제를 깔끔하게 해결할 방법은 없는지 본인의 C++ 지식 범위에서는 답이 떠오르지 않는다. 이때는 부득이하게, B에다가 static_cast, (FOO*), operator FOO*() 같은 명시적 형변환을 지저분하게 집어넣어 줘야만 하는 걸까? (리팩터링 전에 날포인터만 쓰던 시절에는 할 필요 없던..)

아니면 CAutoPtr의 생성자를 어째 잘 만들어서 저런 형변환을 허용하지 않고 최소한 에러로 처리시킬 방법이라도 없나 궁금하다. 암시적인 R-value 임시 객체가 생기는 것만 금지하고 막으면 될 거 같은데..??
explicit을 지정하는 것만으로는 충분치 않고, 복사 생성자나 R-value 생성자 같은 걸 어설프게 건드리면 정상적인 객체 생성에 대해서도 에러가 발생하게 되더라.

FOO*를 받아들이는 상황에서도 컴파일러가 B와 C를 모두 일단 클래스로 만든 뒤에 다시 operator FOO*를 호출하는 것은 일종의 언어 차원에서의 디자인 원칙인 것 같다. C++이 함수 오버로딩도 인자의 개수와 타입만으로 판단하지, 리턴값의 타입은 전혀 감안하지 않는 것처럼 말이다. 일을 단순하게 만들기 위해 수식 내부의 토큰을 해석하는 데 수식 바깥 전체의 타입을 굳이 고려하지는 않기로 한 듯하다.

또한, template<T> void Foo(T, T) 이런 함수를 선언한 뒤, 템플릿 인자 없이 함수의 두 인자에다가 CAutoPtr<FOO>와 FOO*를 집어넣는 것은 통하지 않더라. 컴파일러가 어설프게 타입 유추와 동기화를 시도하지 않고 깔끔하게 에러를 내뱉었다. Foo<FOO*> 이렇게 T가 무엇인지를 명시적으로 써 줘야 했다. ? :와는 다른 동작으로 보인다.

? : 연산자에 대해서 본인은 먼 옛날에 대입 연산과 관련된 파싱 방식이 이해되지 않는 게 있어서 글을 쓴 적이 있는데.. 이번엔 다른 분야에서 알쏭달쏭한 게 생겼다. 흥미롭다.

A ? B:C에서 둘 중 하나가 기반 클래스이고 다른 하나가 파생 클래스라면, 이 수식의 결과값이 지칭하는 타입은 B와 C 어느 것이 걸리건 무관하게 당연히 더 범용적인 기반 클래스로 결정된다. 그런데 이것도 다중· 가상 상속이 개입하면 굉장히 골치아픈 문제가 될 것 같다. 파생 클래스가 자신의 실질적인 기반 클래스로 돌아가는 게 trivial한 일이 아니게 되기 때문이다.

2. 클래스 static 멤버 함수에서 non-static 멤버의 sizeof 구하기

C++에서 클래스의 static 멤버 함수는 그 정의상 this 포인터를 갖고 있지 않다. 명칭의 scope resolution만 빼면 기술적으로 일반 global 함수와 전혀 다를 바 없다. 그렇기 때문에 이런 함수의 내부에서 클래스의 non-static 멤버는 당연히 참조할 수 없다.

그런데 sizeof 연산자는 어떨까? 얘는 런타임 때의 메모리 값을 전혀 참조하지 않고, 컴파일 타임 때 결정되는 타입만을 기반으로 답을 구해 주는 답정너 연산자이다. 그러니 this 같은 게 전혀 필요하지 않다. 그럼에도 불구하고 아래의 코드는 옛날 컴파일러에서는 에러가 발생하며 컴파일 되지 않는다. (VC++ 기준 C2070 Illegal sizeof operand)

class Sample {
    int MEMB[4]; //일반 타입이건 배열이건 포인터건 모두 무관
public:
    static void Talk() {
        printf("%d\n", sizeof(MEMB));
    }
};

저 안에서 MEMB의 크기를 어떻게든 구하려면?
sizeof( ((Sample*)NULL)->MEMB) 라고 써 줘야 했다. 마치 구조체 내부에서 특정 멤버의 오프셋을 구할 때처럼.. Sample의 포인터를 야메로라도 만들어야 한 것이다.
sizeof의 피연산자는 실제로 실행되지는 않으니 저런다고 프로그램이 뻗지는 않는다. 하지만 미관상 깔끔하지 못하고 부자연스러운 건 어쩔 수 없다.

그런데 2015쯤 Visual C++ 후대 버전에는 sizeof(MEMB)라고 직통으로 요청하는 게 가능해졌다. 그래, sizeof 정도는 static 함수에서라도 non-static 멤버를 피연산자로 삼을 수 있는 게 이치에 맞다.
클래스 밖에서 sizeof(Sample::MEMB)라고 요청해도 된다. 다만, 위의 코드에서는 MEMB가 비공개 멤버이기 때문에 클래스 밖에서는 컴파일 에러가 나게 된다.

흥미로운 점은, VC++ 2010/2012의 경우 빌드용 메인 컴파일러와 인텔리센스용 컴파일러의 동작이 서로 다르다는 것이다.
전자는 저 문법을 지원하지 않고 에러 처리하지만, 인텔리센스 컴파일러는 그걸 인식하는지 코드에 빨간줄을 긋지 않는다. 두 말할 나위 없이 마소에서 자기 컴파일러를 C++ 표준 내지 인텔리센스용 EDG 컴파일러의 동작을 참고하여 추후에 개선한 셈이다.

3. 멤버 함수를 가리키는 템플릿 인자

수 년 전에 본인은 템플릿 인자에 단순 함수 포인터나 functor가 아니라 C++ 멤버 함수도 들어갈 수 있는 걸 발견하고 이게 신기하다고 글을 올린 적이 있다. (☞ 관련 링크)

요약하자면 template<typename T> class Foo에다가는 멤버 변수처럼 T bar를 선언한 뒤,
Foo<int(PCSTR)> f를 선언하고 template<> int Foo<int(PCSTR)>::Bar(PCSTR p) 라고 specialize된 함수 몸체를 정의하면 된다. 그러면 n = f.Bar("kekeke")를 할 수 있다.

그런데.. 이건 역시 너무 사기적이고 사악했는지.. 후대의 컴파일러에서는 지원이 끊기고 봉인됐다.
Visual C++의 경우 딱 2010까지만 지원되며, 2012부터는 C2207 a member of a class template cannot acquire a function type 에러와 함께 컴파일이 거부된다.

그리고 사실은 2010도 인텔리센스 컴파일러는 마소 컴파일러보다 시대를 앞서 갔는지, 이걸 에러로 처리하고 있었다. 단지, 에러가 발생하는 지점이 서로 다르다.
인텔리센스는 template<> int Foo<int (PCSTR)>::bar(PCSTR s) 요렇게 멤버 함수 몸체를 정의하는 부분에서 에러를 찍지만 VC++ 후대 컴파일러는 Foo<int(PCSTR)> obj; 이렇게 템플릿을 찍어내는 과정에서 에러를 찍더라.

템플릿의 인자가 :: 연산자와 함께 다른 명칭의 일부로 들어갔을 때, 그 전체 명칭이 타입명인지 변수명인지가 오락가락 한다는 이유로 typename이라는 키워드가 도입됐다.
그것처럼 템플릿 인자가 non-static한 멤버의 변수가 될 수도 있고 함수도 될 수 있는 건 무질서도가 너무 크긴 하다. static 멤버라면 함수라도 단순 포인터로 간편하게 취급할 수 있지만 non-static 멤버 함수는 그렇지 않으니까..

그러면 저 문법은 완전히 사용 금지됐는지, 아니면 멤버 함수를 템플릿 인자로 전하는 다른 방법이 있는지 그건 잘 모르겠다. 일단 멤버 포인터라는 물건 자체가 워낙 무시무시한 놈이어서 말이다.

4. friend 키워드의 클래스 명칭 인식 방식

어떤 헤더 파일 내부에.. global scope에서 class A가 먼저 선언되었다. 그 다음으로 namespace에 소속된 클래스 B가 선언되었고, B는 내부에서 class A를 friend로 선언했다 (friend class A).
Visual C++은 이 코드에서 우리 namespace에 속하지는 않지만 밖에서 먼저 정의되어 있는 A를 인식했으며, A의 멤버 함수가 B의 비공개 멤버에 접근하는 것을 허용했다.
그러나 xcode, 안드로이드 NDK 등 타 플랫폼의 C++ 컴파일러들은 A를 인식하지 못하고 에러를 내뱉었다.

이 문제의 해결 방법은 간단하다. 그냥 A라고 하지 말고 friend class ::A라고 써 주면 된다.
그럼 Visual C++은 함수 인자의 ADL 같은 것도 아닌 상황에서 왜 유도리를 발휘한 건지 궁금해진다. 심지어 이건 인텔리센스도 동일하게 맞는 문법으로 인정해 줬다.

어떤 클래스 B가 다른 클래스 A를 friend로 선언할 때, A의 명칭은 진짜 아무거나 적어 줘도 된다. friend 선언 당시에 A가 class A; 라고 달랑 전방 선언(forward)만 됐건, 아니면 심지어 전혀 선언되지 않은 듣보잡 이름이어도 된다. friend부터 맺은 뒤에 다음에 A를 선언해도 된다.
단, Visual C++의 경우, 친구 클래스 A를 인식하는 방식에서 다음과 같은 추가적인 특성이 있었다.

  • 앞의 경우처럼 A가 아닌 ::A라고 명시하려면 A는 그 전에 어떤 형태로든 global scope 어딘가에 선언이 돼 있어야 하더라. 그렇지 않으면 Visual C++이라도 에러가 난다.
  • A가 B와 동일한 namespace에 존재한다면 아무 문제 없다. B에서 friend class A만 해 준 뒤, A는 B의 앞에 있건 뒤에 있건 자유롭게 인식 가능하다.
  • A가 그냥 global scope에 있고 B와 동일한 namespace 소속이 아닌데 friend class A만으로 A가 인식되려면 A는 B보다 먼저 선언되어 있어야 한다. 안 그러면 B의 친구는 namespace에 소속돼 있는 가상의 A로 간주되고, ::A는 제외된다.

다시 말해 자신과 다른 namespace 소속의 클래스를 친구로 지목하려면 친구 대상을 반드시 먼저 선언해 주고 :: 연산자도 동원하는 등, 통상적인 friend에 비해 문법에 약간 제약이 걸린다는 걸 알 수 있다. Visual C++은 표준을 따르고 있는 건지는 잘 모르겠지만 그 과정에서 약간 더 유도리를 제공하고 있는 것 같다.

Posted by 사무엘

2019/01/10 08:37 2019/01/10 08:37
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