1. 특정 명칭(클래스, 함수, 변수 등등)의 선언지로 곧바로 찾아가기.
(1) 소스 코드에서 cursor나 마우스 포인터가 가리키고 있는 명칭에 대해서는 현재 소속되어 있는 클래스나 namespace 문맥을 감지하여 동작해야 하며, (2) 그냥 임의의 심벌을 타이핑하여 조회하는 기능도 있어야 한다. 둘 다 필요하다.

2. 디렉터리를 불문하고 프로젝트에 있는 특정 파일 이름을 곧바로 타이핑으로 조회하여 파일 열기. 시작하는 단어와 중간에 있는 단어가 모두 지원되어야 한다.

3. 그리고 명칭이 아닌 임의의 문자열을 검색하는 Find in files인데, 다음과 같은 범위에서 모두 가능할 것.
(a) 소스(=번역 단위)든 헤더든 프로젝트에 정식으로 등록돼 있는 파일
(b) 프로젝트에 정식으로 등록은 안 돼 있지만, 등록된 파일로부터 인클루드에 의해 한 번이라도 엮이는 파일들
(c) 프로젝트 파일이 하나라도 존재하는 디렉터리에 덩달아 있는 모든 소스 파일들

즉, 3은 파일 내부의 문자열 검색이고 2는 파일 이름 자체의 검색이다. 2의 경우 일단은 검색 도메인이 (a)만으로 한정이지만, 2도 (b)나 (c)가 옵션에 따라 지원된다면 금상첨화다.

Visual Studio IDE의 경우, 1은 진작부터 인텔리센스 엔진을 통해 지원되어 왔다. 그러나 2는 2012에 와서야 가능해졌으며, 3은 (a)만 가능하다. (c)를 하려면 결국 프로젝트 경로를 수동으로 직접 입력해야만 가능하여 매우 불편함. 프로젝트에 존재하지는 않지만 같은 디렉터리에 있는 파일들을 덩달아 찾아야 할 때도 있는데도 말이다.

물론 (b)는 소스 코드를 컴파일까지는 아니어도 전처리기 수준의 파싱은 해야 구현 가능하기 때문에, 좀 어려울지 모른다. #include를 제대로 처리하려면 프로젝트 차원의 인클루드 디렉터리 관리자가 있어야 하며, 조건부 컴파일뿐만 아니라 인클루드 대상 자체에 대해서도 매크로 상수 전개가 필요할 때가 있으니 말이다.

c/cpp 같은 소스 코드가 그 자체로 온전한 번역 단위를 구성하는 게 아니라, 다른 소스 코드에 또 인클루드되어 쓰이는 경우가 있다. 물론 프로젝트에 등록되지 않은 채로 말이다.
이런 파일은 (a) 형태의 문자열이나 파일명 검색이 되지도 않아 대단히 불편하며, IDE가 구문 분석을 하는 것도 굉장히 복잡하고 어렵게 만든다. C/C++에서 인클루드는 정말 양날 달린 검인 게 실감이 간다.

끝으로 (b)와 관련된 여담 하나 좀 남기겠다.
과거 비주얼 C++ 6 시절엔 프로젝트 파일 리스트에 External dependencies라고 해서, 정식으로 프로젝트에 포함돼 있지는 않지만 프로젝트 파일에 의해 인클루드되는 파일을 대충, 얼추 계산해서 표시해 주는 기능이 있었다. '대충, 얼추'라는 말은 그 동작이 100% 정확하지는 않았다는 뜻이다. 그러던 것이 닷넷으로 넘어가면서 이 얼렁뚱땅 불완전한 기능은 삭제되었다.

그 뒤, 버전이 201x으로 넘어가면서 이 기능은 부활했다. 온전한 컴파일러가 소스 코드를 머리부터 발끝까지 다 분석하면서, MFC와 플랫폼 SDK가 중첩 인클루드하는 수십, 수백 개의 헤더 파일들을 하나도 빠짐없이 정확하게 나열해 주는 무시무시한 기능으로 다시 태어난 것이다. 비주얼 C++ IDE는 변화가 없는 것 같아도 내부적으로 이렇게 변모하고 있다.
모든 파일들의 의존도 정보를 파악하고 있다는 소리이니, 이를 바탕으로 함수 호출 tree처럼 파일들의 include 계층 다이어그램(includes / included by)을 그려 주는 기능은 IDE에 혹시 없나 궁금하다.

Posted by 사무엘

2014/04/21 08:28 2014/04/21 08:28
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#define의 대체제

확실히 #define은 다른 걸로 대체 가능할 때는 가능한 한 안 쓰는 게 좋을 것 같다.
C++은 용도별로 다음과 같은 다양한 대체제를 제공한다.

1. 매크로 함수의 대체제: 인라인 함수로 대체 가능하며, 템플릿까지 동원하면 매크로 함수 만만찮은 유연한 메타프로그래밍이 가능하다.
또한 한 함수 안에서만 지엽적으로 반복되는 루틴을 정리하려면 C++0x부터는 람다 함수를 쓸 수도 있다.

2. 매크로 상수의 대체제: 정수의 경우 enum을 쓰면 같은 성격의 여러 심벌들을 한데 묶어 놓을 수도 있어서 좋다.
그리고 문자열은 그냥 const char/WCHAR 형태의 전역/클래스 static 변수로 처리함. 선언과 정의가 따로 존재해야 해서 불편할 수 있으나, 이것은 선언부에다 값을 다 집어넣고 확장 문법인 __declspec(selectany) extern const 를 지정해서 해결할 수도 있다.

아무 통제도 없이 너무 일방적으로 효력이 나타나는 #define보다는 저런 대체제들이 type-safety와 엄격한 scope 검증이 보장되기 때문에 "훨씬 더" 깔끔하다. 가능한 한 전처리기보다는 컴파일러에게 일을 맡기는 게 바람직하다.
내가 만든 명칭이 매크로로 이미 존재하여 딴 걸로 치환되고 있는 줄도 모르고 컴파일러가 자꾸 이상한 난독증을 보이며 에러를 뱉는 것 때문에 빡친 경험이 있는 사람.. 주변에 의외로 많다. ㅎㅎ

단, 그럼에도 불구하고 대체제가 존재하지 않아서 #define을 불가피하게 써야만 하는 경우는 아마도 다음과 같을 것이다.

1. #if #elif #endif 같은 조건부 컴파일 변수 지정

2. 함수 형태를 갖추기조차 민망할 정도로 너무 간단한 로직. 디버그 빌드에서도 독립된 함수 호출이 아니라 언제나 인라이닝이 반드시 보장되기를 바라는 부분

3. 호출하는 함수나 지정하는 변수 이름을 말 그대로 간단히 치환만 시키기를 원하는 경우

4. 대체제의 문법적 한도를 넘는 과격한 구문 치환을 해야 하는 경우. 특히 #나 ## 같은 연산자를 동원해서 완전히 새로운 토큰을 만들어 내야 할 때

5. __LINE__, __FILE__, __TIME__ 같은 빌드/디버그 정보를 그때 그때 삽입하고 싶을 때

6. 정수와는 달리 부동소숫점과 문자열은 여전히 #define이 유용한 경우가 있다.
부동소숫점은 enum이 지원되지 않고 static const 멤버도 클래스 선언부에서 바로 값 지정이 되지 않기 때문이다. (이걸 지원하는 컴파일러도 있긴 하나, 일단은 비표준임)
문자열은 매크로 상수의 경우, concatenate(연결)되는 문자열의 일부가 되는 게 가능하다. const 상수는 그렇지 않다.

#include와 #define이 너무 지저분하고 컴파일 시간을 증가시키는 요인이라며 없애자니.. 위와 같은 용도까지 부정하는 건 현실적으로 무리이긴 하다.

여담으로..
근래엔 남이 만든 코드를 읽다가 IID_PPV_ARGS라는 매크로를 보고 감탄하여 내가 짠 기존 코드에다가도 다 리팩터링을 해서 적용해 놨다.

CoCreateInstance와 IUknown::QueryInterface 때 꼴도 보기 싫던 void ** 형변환을 없애 주는 매우 편리하고 유용한 물건이다. COM이 등장한 건 무려 20년이 넘었고 C++에 템플릿이 추가된 것도 만만찮게 오래 됐을 텐데 이 매크로는 무려 Windows 7의 플랫폼 SDK에서야 정식 등장했다는 게 놀랍다.
매개변수 2개를 하나로 줄이는 역할까지 하니 이 정도라면 컴파일러가 아니라 전처리기 매크로밖에 선택의 여지가 없긴 하다.

Posted by 사무엘

2014/04/01 19:20 2014/04/01 19:20
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자고로 프로그래밍 언어는 구문이나 예약어 같은 원론적인 것만 정의하는 게 아니라, 그 문법을 토대로 프로그램의 작성에 필요한 각종 기본적인 자료구조와 알고리즘, 입출력 기능들도 라이브러리 형태로 제공한다. 후자의 디자인도 프로그래밍 언어의 정체성에서 차지하는 비중이 매우 크다.

예를 들어 printf, qsort, malloc, fopen 같은 함수를 사용했다면 그 함수들의 몸체도 당연히 프로그램 어딘가에 빌드되어 들어가야 한다. 아니, 애초에 main 함수나 WinMain 함수가 호출되고 각종 인자를 전해 주는 것조차도 그냥 되는 일이 아니다. 이런 것은 C/C++ 언어가 제공하는 런타임 라이브러리가 해 주는 일이며, 우리가 빌드하는 프로그램에 어떤 형태로든 코드가 링크되어 들어간다.

C/C++은 그나마 기계어 코드를 생성하는 언어이기 때문에 그런 런타임의 오버헤드가 작은 편이다. 그러나 비주얼 베이직(닷넷 이전의 클래식)이라든가 델파이는 RAD 툴이고 언어가 직접 GUI까지 다 커버하다 보니 언어가 제공하는 런타임 오버헤드가 크다.
자바나 C#으로 넘어가면 런타임이 단순 코드 오버헤드로 감당 가능한 정도가 아니라 아예 가상 기계 수준이다. 프로그램이 기계어 코드로 번역되지도 않으며, garbage collector까지 있다.

그렇게 프로그래머의 편의를 많이 봐 주는 언어들에 비해 '작은 언어'를 추구하는 C/C++은 도스나 16비트 윈도 시절에는 런타임 라이브러리가 static 링크되는 게 당연시되곤 했다. 오버헤드 자체가 수천~만 몇천 바이트밖에 되지 않을 정도로 매우 작은 편이고, 저수준 언어인 C/C++은 당연히 standalone 바이너리를 만들어야지 무슨 다른 고급 언어처럼 런타임 EXE/DLL에 의존하는 바이너리를 생성한다는 건 좀 안 어울려 보이는 게 사실이었다.

그래서 C/C++로 개발된 EXE 파일은 내부를 들여다보면 대체로, 링크되어 들어간 런타임 라이브러리의 이름과 개발사를 나타내는 문자열이 들어있었다. 볼랜드나 마이크로소프트 따위. 그래서 이 프로그램이 어느 컴파일러로 만들어졌는지를 얼추 짐작도 할 수 있었다.

C 런타임 라이브러리도 static이 아닌 DLL 형태로 제공하려는 발상은 Windows의 경우 아무래도 32비트 NT의 개발과 함께 시작된 듯하다. 그래서 윈도 NT 3.1의 바이너리를 차용해서 개발되었다는 과거의 Win32s를 보면 crtdll.dll이라는 파일이 있는데 이것이 운영체제가 기본 제공하는 프로그램들이 공용하는 C 런타임 DLL인 듯하다. 즉, 메모장, 문서 작성기, 그림판 등의 프로그램들이 호출하는 sprintf 같은 C 함수들의 구현체가 거기에 담겨 있다는 뜻이다.

재미있게도 윈도 NT의 경우, kernel32보다도 먼저 로딩되는 ntdll.dll이 내부적으로 또 각종 C 함수들의 구현체를 제공한다. 커널이 제대로 로딩되기도 전에 실행되는 프로그램이 공유하는 C 함수들이라고 한다.

과거의 윈도 9x의 프로그램들은 비록 32비트이지만 운영체제가 자체적으로 공유하는 C 런타임 DLL은 없다.
다만, 윈도 NT 3.x 이후로 비주얼 C++이 32비트 개발툴로 자리매김하면서 이 개발툴의 버전에 따라 msvcrt20.dll, msvcrt40.dll이 제공되기 시작했고 이들은 윈도 9x에서도 기본 내장되었다. 비록 같은 C 런타임이지만 버전별로 미묘한 차이가 있는 모양이다.

그러다가 1996년에 출시된 비주얼 C++ 4.2부터 C 런타임 DLL은 더 변경을 안 하려는지 파일 이름에서 버전 숫자가 빠지고, 그 이름도 유명한 msvcrt.dll이라는 이름이 정착되어 버전 6까지 쭉 이어졌다.
이 이름은 비주얼 C++ 4.2 ~ 6이 생성한 바이너리가 사용하는 C 런타임인 동시에, NT 계열에서는 기존의 crtdll을 대신하여 운영체제의 기본 제공 프로그램들이 공유하는 C 런타임의 명칭으로도 정착했다.

그리고 9x 계열도 윈도 98부터는 mfc42.dll과 더불어 msvcrt.dll을 기본 제공하기 시작했다.
NT와는 달리 운영체제가 msvcrt.dll을 직접 쓰지는 않지만, 비주얼 C++로 개발된 프로그램들을 바로 실행 가능하게 하기 위해서 편의상 제공한 것이다. 과거의 유물인 msvcrt40.dll은 msvcrt.dll로 곧바로 redirection된다.
그 무렵부터는 오피스, IE 같은 다른 MS 사의 프로그램들도 C 런타임을 msvcrt로 동적 링크하는 것이 관행으로 슬슬 정착해 나갔다.

그렇게 윈도, VC, 오피스가 똑같이 msvcrt를 사용하는 구도가 한동안 이어졌는데..
21세기에 비주얼 C++이 닷넷으로 넘어가면서 그 균형은 다시 깨졌다.
C 런타임 라이브러리도 한 번만 만들고 끝이 아니라 계속 버전업이 되어야 한 관계로 msvcr70, msvcr71 같은 DLL이 계속해서 만들어진 것이다. 결국, 비주얼 C++ 최신 버전으로 개발한 프로그램은 C 라이브러리를 동적 링크할 경우, DLL 파일을 배포해야 하는 문제를 새로 떠안게 되었다.

이것이 비주얼 C++ 2005/2008에서는 더욱 복잡해졌다. C 라이브러리를 side-by-side assembly 방식으로 배포하는 것만 허용했기 때문이다. 쉽게 말해, 레거시 공용 컨트롤과 윈도 XP의 비주얼 스타일이 적용된 공용 컨트롤(comctl32.dll)을 구분할 때 쓰이는 그 기술을 채택했다는 뜻이다.

그래서 msvcr80/msvcr90.dll은 윈도 시스템 디렉터리에만 달랑 넣는다고 프로그램이 실행되지 않는다. 이들 DLL은 DLLMain 함수에서 자신이 로딩된 방식을 체크하여 이상한 점이 있으면 고의로 false를 되돌린다. 그렇기 때문에 이들은 반드시 Visual C++ 재배포 런타임 패키지를 통해 정식으로 설치되어야 한다.

런타임 DLL간의 버전 충돌을 막기 위한 조치라고 하나 이것은 한편으로 너무 불편하고 번거로운 조치였다. C 라이브러리가 좀 업데이트돼 봤자 메이저도 아니고 마이너 버전끼리 뭐가 그렇게 버전 충돌이 있을 거라고..;; 나중에는 여러 프로그램들을 설치하다 보면 같은 비주얼 C++ 2005나 2008끼리도 빌드 넘버가 다른 놈들의 재배포 패키지가 설치된 게 막 난립하는 걸 볼 수 있을 정도였다. 가관이 따로 없다. 당장 내 컴에 있는 것만 해도 2008 기준으로 9.0.32729까지는 똑같은데 마지막 숫자가 4148, 6161, 17, 4974... 무려 네 개나 있다.

개발자들로부터도 불편하다고 원성이 빗발쳤다. MS Office나 Visual Studio급으로 수십 개의 모듈로 개발된 초대형 소프트웨어를 개발하는 게 아니라면, 꼬우면 그냥 C 라이브러리를 static 링크해서 쓰라는 소리다.
그래서 비주얼 C++ 2010부터는 C 라이브러리 DLL은 다시 윈도 시스템 디렉터리에다가만 달랑 집어넣는 형태로 되돌아갔다. 다시 옛날의 msvcrt20, msvrt40, msvcr71처럼 됐다는 뜻이다.

윈도 비스타 타임라인부터는 운영체제, VC, 오피스 사이의 관계가 뭔가 규칙성이 있게 바뀌었다.
오피스는 언제나 최신 비주얼 C++ 컴파일러가 제공하는 C 라이브러리 DLL을 사용하며, 운영체제가 사용하는 msvcrt도 이름만 그럴 뿐 사실상 직전의 최신 비주얼 C++가 사용하던 C 라이브러리 DLL과 거의 같다.

그래서 오피스 2007은 msvcr80을 사용하며, 오피스 2010은 비주얼 C++ 2008에 맞춰진 msvcr90을 사용한다. C 런타임 DLL도 꾸준히 버전업되고 바뀌는 물건이라는 것을 드디어 의식한 것이다. 비스타 이전에 윈도 2000/XP의 EXE/DLL들은 헤더에 기록된 링커 버전을 보면, 서로 사용하는 컴파일러가 다르기라도 했는지 통상적인 비주얼 C++이 생성하는 EXE/DLL에 기록되는 버전과 일치하지 않았었다. 9x는 더 말할 필요도 없고.

그럼에도 불구하고 msvcrt는 운영체제 내부 내지 디바이스 드라이버만이 사용하고, 비주얼 C++로 개발된 여타 응용 프로그램들은 언제나 msvcr##을 사용하게 용도가 확실하게 이원화되었다.
그래서 심지어는 똑같이 MS에서 개발한 한글 IME임에도 불구하고 Windows\IME 디렉터리에 있는 운영체제 보급용은 msvcrt를 사용하고, 한글 MS Office가 공급하는 IME는 Program Files에 있고 msvcr##을 사용한다. 둘은 거의 똑같은 프로그램인데도 말이다.

이것이 Windows와 C 런타임 라이브러리 DLL에 얽힌 복잡한 역사이다. 여담이지만 C 라이브러리 중에서 VC++ 2003이 제공한 msvcr71은 Windows 95를 지원한 마지막 버전이다. 2005가 제공한 msvcr80부터는 일부 보안 관련 코드에서 IsDebuggerPresent라는 API 함수를 곧장 사용함으로써 Windows 95에 대한 지원을 중단하였으며, 최하 98은 돼야 동작한다. VC++ 2008부터는 9x 계열에 대한 지원 자체가 중단됐고 말이다.

자, 여기서 질문이 생긴다. 그럼 C++은 사정이 어떠할까?

C보다 생산성이 훨씬 더 뛰어난 C++로 주류 프로그래밍 언어가 바뀌면서 표준 C++ 라이브러리에 대한 동적 링크의 필요성도 응당 제기되었다. 그러나 이것은 C 라이브러리보다는 시기적으로 훨씬 더 늦게 진행되었기 때문에 가장 먼저 등장하는 비주얼 C++의 DLL 이름이 msvcp50과 msvcp60이다. 즉, 비주얼 C++ 5.0 이전에는 선택의 여지 없이 static 링크만 있었다는 뜻이다.

더구나 이것은 전적으로 비주얼 C++ 소속이지, 운영체제가 따로 C++ 라이브러리 DLL을 제공하지는 않는다. MS에서 만들어진 제품들 중에 msvcp##를 사용하는 물건은 비주얼 C++ IDE와 컴파일러 그 자신밖에 없다.

C++ 라이브러리는 대부분 템플릿 형태이기 때문에 알고리즘 뼈대는 내 바이너리에 static 링크되는 게 사실이다. 그러나 그렇게 덧붙여지는 라이브러리 코드가 별도로 호출하는 함수 중에 DLL에 의존도를 지니는 게 있다. cout 객체 하나만 사용해도, 그리고 STL 컨테이너 하나만 사용한 뒤 빌드해 봐도 형체를 알 수 없는 이상한 메모리 관리 쪽 함수에 대한 의존도가 생긴다.

그래도 C 라이브러리 DLL은 사용한 함수에 따라서 printf, qsort 등 링크되는 심벌이 명확한 반면
C++ 라이브러리는 내부 구조는 이거 뭐 전적으로 컴파일러가 정하기 나름이고 외부에서 이들 심벌을 불러다 쓰기란 사실상 불가능하다는 큰 차이가 있다.

<날개셋> 한글 입력기는 C++ 라이브러리를 사용하지 않으며, 빌드 후에 생성된 바이너리를 인위로 수정하여 msvcr## 대신 강제로 운영체제의 msvcrt를 사용해서 동작하게 만들어져 있다.

Posted by 사무엘

2013/11/19 08:29 2013/11/19 08:29
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지뢰찾기 연구

요즘 팔자에도 없던 지뢰찾기에 살짝 재미가 붙었다.
본인은 비슷한 학력· 경력으로 IT 업계에 종사하는 여느 사람들과는 달리, 머리 싸움을 즐기는 스타일이 전혀 아니었으며 복잡한 퍼즐 게임 따위와도 담을 쌓고 지내는 편이었다. 이런 점에서 본인은 완전 퍼즐 게임 매니아인 T모 님과는 성향이 다르다.

그래도 지뢰찾기 정도면 요령을 알고 나니까 은근히 재미있다. 초보 레벨로는(9*9, 지뢰 10개) 40초~1분 남짓한 시간 동안 대략 60~70%대의 승률로 깨겠다. 처음엔 초보 레벨조차도 5분이 넘게 끙끙대기도 했으나, 마치 경부선 서울-부산 열차의 운행 시간이 17시간에서 6시간대~4시간대로 줄어들듯이 시간이 단축되었다.

사용자 삽입 이미지
지뢰찾기는 소련에서 개발된 테트리스와 더불어 시간 죽이기용으로 상당히 적절한 컴퓨터용 퍼즐인 거 같다. 여느 보드 게임과는 달리, 물건이 먼저 존재하다가 컴퓨터로 옮겨진 게 아니라 처음부터 컴퓨터용으로 만들어진 게임이라는 차이가 있다.

맥북의 터치패드 격인 트랙패드로는 도저히 게임을 할 수 없는 듯했다.
두 손가락을 동시에 누르거나 패드 우측 하단을 지그시 누르면 우클릭이 되긴 하는데, 이게 생각보다 정확하게 인식되지가 않는 듯하기 때문이었다.

지뢰가 있다는 깃발만 꽂으려고 우클릭을 했는데, 그게 좌클릭으로 인식되어 지뢰를 밟고 장렬히 죽는 참사가 한두 번 발생하는 게 아니어서 말이다. 단, Windows Vista 이후부터 새로 개발된 지뢰찾기는 Shift+클릭으로 우클릭, 더블클릭으로 좌우 클릭도 돼서 조작이 훨씬 더 편해졌다.

키보드로는 Space는 셀 개봉(좌클릭)이고, Shift+Space가 깃발(우클릭)이다.
그런데 이번엔 깃발이 꽂힌 것을 제외한 모든 인접 셀들을 한꺼번에 개봉하는 건 키보드로 어떻게 하는지 모르겠다. 게임에 익숙해지고 나면 셀 개봉은 하나씩 클릭하는 것보다 저렇게 개봉을 훨씬 더 즐겨 하게 되는데 말이다.

지뢰찾기라는 게임은 풀이 순서를 논리적으로 명확하게 유추 가능한 상황이 대부분이지만, 가끔은 주어진 정보만으로는 정확한 지뢰 배치를 알 수 없어서 찍기(guessing)를 해야 하는 경우도 있다. 지뢰가 정확하게 어떤 조건으로 배치되어 있을 때 그런 상황이 생기는지는 잘 모르겠다.

숫자 정보로부터 유추 가능한 지뢰 배치 가짓수는 기본적으로 폭발적으로 증가할 수 있으며, 어떻게 될 수 있는지 백트래킹으로 일일이 하나하나 때려박아 넣으며 추적을 하는 수밖에 없다. 뭔가 네모네모 로직을 푸는 것 같은 느낌이 들기도 한다. 이 때문인지 이 문제는 전산학적으로 봤을 때 NP 완전 문제라는 것까지 증명되었다.

그리고 찍기가 필요 없는 명확한 상황일 때 사람이 지뢰를 찾는 절차는 의외로 아주 명료하고 기계적이다.
딱 이 정도 영역이 개봉되고 인접 셀의 지뢰 정보가 이렇게 주어졌을 때, '명백한 해법' 하나만 동원해서라도 컴퓨터가 게임 진행을 충분히 도와 줄 수 있겠다는 생각이 들었다.

그래서, 막간을 이용해 지뢰찾기를 푸는 프로그램을 짜 봤다.
초-중급 수준의 간단한 클래스 설계와 알고리즘 구현이 동원되니 심심풀이 땅콩 코딩용으로 꽤 적절한 거 같다!
'명백한 해법'을 적용할 수 없어서 '찍기'를 해야 할 때, 지뢰가 있을 만한 위치를 가장 유력하게 유추하는 것 정도까지 구현해야 비로소 중급-고급 사이를 넘볼 수 있지 싶다.

대략의 코딩 내역은 이러하다.
지뢰 답을 알고 있는 MineSource 클래스(각 칸마다 지뢰 여부를 실제로 담고 있는 2차원 배열),
그리고 그 MineSource에다가 쿼리를 해 가며 1~8 숫자와 자기가 찾아낸 지뢰 위치 정보만을 알고 있는 MineSolver 클래스를 만들었다.
이들은 다 2차원 배열과 배열의 크기는 공통 정보로 갖고 있으므로 MapData라는 동일 기반 클래스를 설정했다.

MineSource는 특정 위치 x,y에 대한 쿼리가 온 경우, MineSolver에다가 인접 셀들의 지뢰 개수를 써 준다. 인접 셀에 지뢰가 하나도 없다면 여느 지뢰찾기 프로그램이 그러는 것처럼 인접 셀 8개도 한꺼번에 개봉하면서 flood fill을 한다.
곧바로 지뢰를 찍었다면 당연히 곧바로 게임 오버라고 알려 준다. 그리고 요즘 지뢰찾기 게임 구현체들이 그런 것처럼, 첫 턴에서는 절대로 지뢰를 찍는 일이 없게 내부 보정을 하는 것도 이 클래스에서 하는 일이다.

지뢰찾기의 '명백한 해법'은 딱 두 가지이다.

  1. 열리지 않은(지뢰 마크가 있는 놈 포함) 인접 셀의 개수와 자기 숫자가 '같은' 셀은 주변 미개봉 셀이 다 지뢰임이 100% 확실하므로 그것들을 전부 지뢰 마크(깃발)로 표시한다.
  2. 깃발이 꽂힌 주변 셀의 개수와 자기 숫자가 같은 셀의 경우, 지뢰 마크가 없는 나머지 열리지 않은 인접 셀은 지뢰가 아닌 게 100% 확실하다. 따라서 전부 개봉한다.
  3. (위의 명백한 해법만으로 개봉할 만한 셀이 존재하지 않는 건 운이 나쁜 케이스다. 패턴을 기반으로 랜덤 추측을 해야 하는데, 이건 일단 보류.)

텍스트 모드에서 자기 스스로 무작위하게 지뢰밭을 만들고 지뢰찾기를 풀기도 하는 자문자답 프로그램을 만드니, 200줄이 좀 안 되는 코드가 완성되었다.
이 프로그램은 인접 셀에 대해서 뭔가 조건을 만족하는 셀의 개수를 세거나, (getCount) 일괄적으로 동일한 조치를 취하는(doAction) 패턴이 많다.

이걸 그냥 for(j=y-1; j<=y+1; j++) for(i=x-1; i<=x+1; i++)이라는 2중 for문만으로 돌리기에는 i나 j가 boundary 밖인 경우도 고려해야 하고, (i,j)가 (x,y)와 같은 위치인 경우도 피해 가야 하기 때문에 loop 자체가 생각보다 복잡하다.
그러니, 그 loop 자체만 하나만 짜 놓고 loop 안에서 하는 일을 그때 그때 달리 지정하는 것은 템플릿-람다로 깔끔하게 설계했다.

다음은 프로그램의 간단한 실행 결과이다.

after the first turn:
+ + 1 . . . . . .
+ + 1 . 1 1 1 . .
+ + 1 . 1 + 2 1 .
+ + 1 . 1 2 + 1 .
1 1 1 . . 1 + 2 1
. . . . 1 1 + + +
. . . . 1 + + + +
. 1 1 2 2 + + + +
. 1 + + + + + + +

(중간 과정 생략)

picking 7 9
@ @ 1 . . . . . .
2 2 1 . 1 1 1 . .
1 1 1 . 1 @ 2 1 .
1 @ 1 . 1 2 @ 1 .
1 1 1 . . 1 2 2 1
. . . . 1 1 3 @ 2
. . . . 1 @ 3 @ 2
. 1 1 2 2 2 2 1 1
. 1 @ 2 @ 1 . . .
You Won!


이 정도 초보적인 지뢰 찾기 풀이 프로그램은 이미 다 개발되고도 남았으니,
유튜브를 뒤지면 신의 경지 수준의 속도를 자랑하는 지뢰찾기 TAS (매크로 프로그램 내지 역공학을 동원한 게임 스피드런) 동영상들이 나돌고 있다.

여담이다만, 지뢰찾기를 하다가 지뢰를 밟아서 게임 오버가 될 때 본인은 깜짝 깜짝 잘 놀란다. =_= 마치 옛날에 페르시아의 왕자를 하는데 타이밍을 잘못 잡아서 왕자가 쇠톱날(chopper)에 두 동강 나서 죽는 것 같은 그런 느낌이다.

Posted by 사무엘

2013/09/26 08:32 2013/09/26 08:32
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3. 더 기괴하고 잉여력마저 의심되는 오버로딩

(1) 비트 연산자도 아니고 논리 연산자 && || !는 오버로딩할 일이 거의 없으며, 각종 C++ 디자인 패턴 책에서도 오버로딩을 권하지 않는 물건들이다. 그 연산자를 건드릴 게 아니라 개체를 건드리는 게 순리이다. 논리 연산자들이 취급할 수 있는 정수나 boolean 값으로 형변환하는 연산자를 제공하는 게 이치에 맞다.

굳이 논리 연산자를 오버로딩해 버리면, 일단 언어가 원래 제공하는 단축연산 기능이 사라지게 된다. 즉, A && B에서 A가 이미 false이면 B의 값은 아예 계산하지 않고 함수를 호출하지도 않는 것 말이다. 오버로딩된 함수는 논리 연산자라도 언제나 A와 B의 값을 먼저 계산한 뒤에 실행된다.

(2) 어떤 개체가 메모리에 차지하는 주소를 얻어 오는 기능은 그 어떤 타입이나 클래스에 대해서도 절대불변으로 동작해야 하는 기능이지 않은지? 마치 개체의 고정된 크기를 얻어 오는 sizeof 연산자처럼 말이다.
그럼에도 불구하고 C++의 단항 & (address-of) 연산자는 오버로딩 가능하다!

class Foo {
    //...
public
    int operator&() { return 0; }
};

void Bar(Foo *p)
{
    //...
}

이렇게 선언하거나 더 얄밉게 연산자 함수를 아예 private로 감춰 버리고 나면,
지역변수나 클래스/구조체의 멤버로 직접 선언된 Foo 개체는 Bar라는 함수에다 넘겨주는 게 불가능해진다. =_=;;;

Foo a; Bar(&a);

이런 테크닉이 무슨 필요나 의의가 있는지는 난 잘 모르겠다.

전통적인 &는 변수의 주소라는 R-value만 되돌리는 연산자인데, 이를 오버로딩하면 &는 참조자 같은 걸 되돌릴 경우 L-value를 되돌리는 것도 가능해진다. 따라서 그 값에 대해서 또 주소를 얻는 &를 적용하는 게 덩달아 가능해진다.
그러나 이 경우 &&를 연달아 쓸 수는 없으며, & &a 같은 식으로 토큰을 분리해 줘야 한다. 예전에 중첩 템플릿 인자를 닫을 때 > 사이에 공백을 넣어 줬던 것처럼 말이다.

(3) 게다가, 우선순위가 가장 낮으며 그저 여러 연산자들을 한데 나열하는 역할만을 하는 콤마 연산자도 오버로딩 가능하다! (,는 오버로딩 없이도 원래 아무 피연산자에 그 어떤 타입이 와도 무조건 괜찮은 유일한 이항 연산자임)
콤마는 함수 인자 구분용으로도 쓰인다는 특성상, 이 연산자는 가변 인자 함수 호출을 흉내 내는 용도로 쓰일 수 있을 것 같다. list, 3, 2, 1, 8, 4; 이라고 써 주고 list.add(3); list.add(2); ... 같은 효과를 낼 수도 있다는 뜻이다. 하지만 이걸 남발하는 건 좀 사악한 짓인 듯.

(4) 기괴한 오버로딩의 진정한 종결자로 내가 최후까지 남겨 둔 건 바로 ->* (pointer-to-member) 이다. 얘는 유사품인 ->하고는 오버로딩을 하는 방식이 사뭇 다르다!
-> 연산자가 아무 인자가 없는 멤버 함수인 반면, ->*는 단 하나의 인자를 받는다. 그 인자는 아무 타입이나 될 수 있으며, ->* 연산자 함수 자체도 다양한 타입으로 오버로딩될 수 있다. 가령,

POINT& operator->*(int x) { return m_pt[x]; }

이렇게 오버로딩이 된 클래스가 있다면

(obj->*0).x = 100;

이런 식으로 활용이 가능하다. 0이 연산자 함수의 인자로 전달된다. 0뿐만이 아니라 당연히 int 변수 n 같은 것도 줄 수 있다. .이나 -> 연산자 다음에는 구조체/클래스의 멤버가 뒤따라야 하는 반면, .*이나 ->* 연산자 다음에는 임의의 타입에 속하는 value가 올 수 있는 구조인 것이다. ->는 가리키는 대상 포인터이지만 .*는 대상으로부터 얻을 오프셋 자체가 고정이 아니라 동적이며, ->*는 대상과 오프셋이 모두 동적임을 뜻한다.

struct A { int x,y; };

struct B { A m_Obj; };

이렇게 A를 멤버로 갖는 B라는 클래스가 있다고 치자.
클래스의 멤버 포인터는 클래스에 종속적이다.
그러므로 클래스 B에 대해서 A에 소속된 멤버 포인터를 적용하고 싶다면 ->* 연산자를 오버로딩하여 다음과 같은 연산자 함수를 써 주면 된다.

int& operator->*(int A::*t) { return m_Obj.*t; }

그러면

B bar;
int A::*temp = &A::x;

bar->*temp = 100;
bar.m_Obj.*temp = 100;

위의 두 구문은

bar.m_Obj.x = 100;

과 동일한 의미를 지니게 된다. 실무에서 이걸 오버로딩할 일이 있을지는 잘 모르겠지만..;;
멤버 변수가 저렇고, 멤버 함수의 포인터에 대해서는 머리가 터질 것 같아서 생략하련다.
C++의 세계가 더욱 심오하게 느껴지지 않는가?

4. C++ 연산자 오버로딩의 한계

(1) 당연한 말이지만 원래 C++ 언어에 없는 새로운 토큰을 만들어 낼 수는 없다. 가령, @, ** 같은 듣보잡 기호를 연산자로 정의할 수는 없다. 특히 *는 포인터의 연쇄 역참조용으로도 쓰이기 때문에 ** 같은 건 C++에서 절대로 토큰으로 쓰일 수 없는 문자열이다.

(2) .(구조체 멤버 참조) .*(멤버 포인터) ::(scope) ?:(조건 판단. 유일한 삼항 연산자) sizeof 연산자는 의미가 완전히 고정되어 있으며 재정의할 수 없다.

(3) C/C++이 원래 정의하고 있는 연산자의 우선순위와 피연산자 결합 방향을 변경할 수는 없다. 그리고 built-in type에 대해 이미 정의되어 있는 연산의 의미를 재정의할 수도 없다.

이런 모든 구체적인 디테일들을 다 명시해야 한다면 C++의 참고용 매뉴얼은 정말 상상을 초월하게 두꺼울 수밖에 없겠다는 게 실감이 간다.

Posted by 사무엘

2013/07/17 08:36 2013/07/17 08:36
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오늘은 C++에서 기초적이면서도 아주 심오하고 기괴한 문법 중 하나인 연산자 오버로딩에 대해서 좀 살펴보도록 하자.
정수, 포인터 같은 기본 자료형뿐만 아니라 사용자가 만든 임의의 개체도 연산자를 통해 조작할 수 있으면 천편일률적인 함수 호출 형태보다 코드가 더 깔끔하고 보기 좋아지는 효과가 있다. 물론, 아무 논리적 개연성 없이 오버로딩을 남발하면 코드를 알아보기 힘들어지겠지만 말이다.

C++은 연산자 오버로딩을 위해 operator라는 키워드를 제공한다. 그리고 개체에 대한 연산자 적용은 연산자 함수를 호출하는 것과 문법상 동치이다(syntactic sugar). 가령, a+b는 a.operator +(b) 또는 ::operator +(a,b)와 동치라는 뜻이다. 연산자 함수는 표준 규격이 없이 C++ 컴파일러마다 제각각으로 제정한 방식으로 심벌 명칭이 인코딩된다.

앞에서 예를 들었듯이 연산자 함수는 클래스에 소속될 수도 있고, 특정 클래스에 소속되지 않은 중립적인 전역 함수로 선언될 수도 있다. 클래스의 멤버 함수인 경우 this가 선행 피연산자에 포함된 것으로 간주되어 함수의 인자 개수가 하나 줄어든다. 연산자 함수는 명백한 특성상 default 인자를 갖는 게 허용되지 않는다.

한 클래스와 관련된 처리는 당연히 가능한 한 클래스의 내부에서 다 알아서 하는 게 좋다. 그러니 전역 함수 형태의 연산자 함수는 이항 연산자에서 우리 타입이 앞이 아니라 뒤에 나올 때 정도에나 필요하다. 가령, obj+1이 아니라 1+obj 같은 형태일 때 말이다. 그리고 이 전역 함수는 당연히 클래스의 내부에 접근이 가능해야 연산을 수행할 수 있을 것이므로 보통 friend 속성이 붙는다.

연산자가 클래스 함수와 전역 함수 형태로 모두 존재할 경우엔 모호성 에러가 나는 게 아니라 전역 함수가 우선적으로 선택되는 듯하다. a+b에 대해서 ::operator +(a,b)와 a.operator +(b)가 모두 존재하면 전자가 선택된다는 뜻. 언어의 설계가 원래 그렇게 된 건지는 잘 모르겠다.

본인은 연산자 오버로딩을 다음과 같은 양상으로 분류해 보았다.

1. 쉽고 직관적인 오버로딩

(1) 사칙연산, 대입, 비교, 형변환 정도가 여기에 속한다. 기본 중의 기본이다.
사칙연산을 재정의함으로써 C++에서도 문자열을 +를 써서 합치는 게 가능해졌다(동적 메모리 관리까지 하면서). 그리고 복소수, 유리수, 벡터 같은 복합적인 수를 표현하는 자료형을 만들 수 있게 되었다.

(2) 내부적으로 포인터 같은 외부 리소스를 참조하고 있기 때문에 단순 memcpy, memcmp 알고리즘으로는 대입이나 비교를 할 수 없는 클래스의 경우, 해당 연산자의 오버로딩이 필수이다. 이 역시 문자열 클래스가 좋은 예이다. 대입 연산자는 복사 생성자와도 비슷한 구석이 있다.
대입 연산자는 생성자와 역할이 비슷하다는 특성상, 연산자들 중 상속이 되지 않는다. 모든 클래스들은 상속에 의존하지 말고 자신만의 대입 연산자를 갖추고 있어야 한다는 뜻이다. 단, 순수 대입인 = 말고 +=, -= 같은 부류들은 상속됨.

(3) 비교 연산은 같은 클래스에 속하는 여러 원소들을 다른 컨테이너 클래스에다 집어넣어서 순서대로 나열해야 할 때 매우 요긴하게 쓰인다. 전통적인 C 스타일의 비교 함수보다 훨씬 더 직관적이다.

(4) 형변환 연산자야 상황에 따라 어떤 개체의 형태를 카멜레온처럼 바꿔 주고 개체의 사용 호환성을 높여 주는 기능이다. 포인터나 핸들 하나로만 달랑 표시되는 자료형에 대해서 자동으로 메모리 관리를 하고 여러 편의 기능을 수행하는 wrapper 클래스를 만든다면, 본디 자료형과 나 자신 사이의 호환성을 이런 형변환 연산자로 표현할 수 있다.
문자열 클래스는 const char/wchar_t * 같은 재래식 문자 포인터로 자신을 자동 변환하는 기능을 제공하며, MFC의 CWnd도 이런 맥락에서 HWND 형변환을 지원하는 것이다.

(5) 한편, 비트 연산자는 산술 연산보다야 쓰이는 빈도가 아무래도 낮다. 비트 벡터나 집합 같은 걸 표현하는 클래스를 만드는 게 아닌 이상 말이다.
단, 뭔가 직렬화 기능을 제공하는 스트림 개체들이 << >>를 오버로딩한 것은 굉장히 적절한 선택인 것 같다. MFC의 CArchive라든가 C++의 iostream 말이다. input, output이라는 방향성을 표현할 수 있고 또 비트 shift라는 개념 자체가 뭔가 '이동, 입출력'이라는 심상과 잘 맞아떨어지기 때문이다.

다른 연산자들보다 적당히 우선순위가 낮은 것도 장점. 하지만 산술 연산 말고 비교나 비트 연산자는 <<, >>보다도 우선순위가 낮으므로 사용할 때 유의할 필요가 있다.

2. 아까 것보다는 좀 더 생소하고 어려운 오버로딩

(1) 필요한 경우, operator new와 operator delete를 오버로딩할 수 있다. 물론, 객체를 생성하고 소멸하는 new/delete 본연의 기능을 완전히 뒤바꿀 수는 없지만, 이 연산자가 하는 일 중에 메모리를 할당하여 포인터를 되돌리는 기능 정도는 바꿔치기가 가능하다는 뜻이다. C/C++ 라이브러리가 기본 제공하는 heap이 아닌 특정 메모리 할당 함수를 써서 특정 메모리 위치에다가 객체를 배체하고 싶을 때 말이다.

특히 new/delete는 여러 개의 인자를 받을 수 있는 유일한 연산자 함수이다. size_t 형태로 정의되는 메모리 크기 말고 다른 인자도 받는 다양한 버전을 만들어서 new(arg) Object; 형태의 문법을 만들 수 있으며, 이때 arg는 Object의 생성자가 아니라 operator new라는 함수에다 전달된다. (delete 연산자는 어떤지 잘 모르겠다만..;;)

그리고 이놈은 전역 함수와 클래스 멤버 함수 모두 가능하다. 클래스 멤버 함수일 때는 굳이 static을 붙이지 않아도 이놈은 static이라고 간주된다. 당연히.. malloc/free 함수의 C++ 버전인데 this 포인터가 전혀 의미가 없는 문맥이기 때문이다..

사실, C++은 단일 개체를 할당하는 new/delete와 개체의 배열을 할당하는 new []/delete []도 구분되어 있다. 후자의 경우, 생성자나 소멸자 함수를 정확한 개수만치 호출해야 하기 때문에 배열 원소의 개수를 몰래 보관해 놓을 공간도 감안하여 메모리가 할당된다.
그러나 이것은 언제까지나 컴파일러가 알아서 계산을 하는 것이기 때문에 배열이냐 아니냐에 따라서 메모리 할당/해제 함수의 동작이 딱히 달라져야 할 것은 없다. 굳이 둘을 구분해야 할 필요가 있나 모르겠다.

(2) ++, --는 정수나 포인터 같은 아주 간단한 자료형과 어울리는 단항 연산자이다. 그런데 개체의 내부 상태를 한 단계 전진시킨다거나 할 때... 가령, 연결 리스트 같은 자료형에서 iterator를 다음 노드로 이동시키는 것을 표현할 때는 요런 물건이 유용하다. 난 파일 탐색 함수를 클래스로 만들면서 FindNextFile 함수 호출을 해당 클래스에 대한 ++ 연산으로 표현한 적이 있다. ㅎㅎ

++, --는 전위형(prefix ++a)과 후위형(postfix a++)이 둘 존재한다. 후위형 연산자 함수는 전위형 연산자 함수에 비해 잉여 인자 int 하나가 추가로 붙는다. 그리고 후위형 연산자는 자신의 상태는 바꾸면서 바뀌기 전의 자기 상태를 담고 있는 임시 객체를 되돌려야 하기 때문에 처리의 오버헤드가 전위형보다 더 크다. 아래의 코드를 참고하라.

A& A::operator++() //++a. a+=1과 동일하다.
{
    increment_myself();
    return *this;
}

A A::operator++(int) //a++.
{
    A temp(*this);
    increment_myself();
    return temp;
}

보다시피, 전위형과 후위형의 실제 동작 방식은 전적으로 관행에 따른 것이다. 전위형이 후위형처럼 동작하고 후위형이 전위형처럼 반대로 동작하게 하는 것도 프로그래머가 마음만 먹으면 엿장수 마음대로 얼마든지 가능하다.
정수의 경우 프로그래머가 for문 같은 데서 a++이라고 쓴다 해도 똑똑한 컴파일러가 굳이 임시 변수 안 만들고 ++a처럼 최적화를 할 수 있다. 그러나 사용자가 오버로딩한 연산자는 실제 용례가 어찌 될지 알 수 없으므로 컴파일러가 선뜻 최적화를 못 할 것이다.

일반적으로 a=a++의 실행 결과는 컴파일러의 구현 내지 최적화 방식에 따라 들쭉날쭉 달라지는 것으로 잘 알려져 있다. (당장 비주얼 C++와 xcode부터가 다르다!) 또한 a가 일반 정수일 때와, 클래스일 때도 동작이 서로 달라진다. 이식성은 완전히 안드로메다로 간다는 뜻 되겠다. 더구나 한 함수 호출의 인자 안에서 a와 a++이 동시에 존재하는 경우, 어떤 값이 들어가는지는 같은 컴파일러 안에서도 debug/release 빌드에 따라 차이가 생길 수 있으므로 이런 모호한 코드는 작성하지 않아야 한다.

(3) 포인터를 역참조하는 연산자인 * ->는 원래는 포인터가 아닌 일반 개체에 대해서 쓰일 수 없다. 그러나 C++은 이런 연산자를 오버로딩함으로써 인위적인 '포인터 역참조' 단계를 만들 수 있으며, 이로써 포인터가 아닌 개체를 마치 포인터처럼 취급할 수 있다. 형변환 연산자와 비슷한 역할을 하는 셈이다.

C++ STL의 iterator가 좋은 예이고, COM 포인터를 템플릿 형태로 감싸는 smart pointer도 .을 찍으면 자신의 고유한 함수를 호출하고, ->를 찍으면 자신이 갖고 있는 인터페이스의 함수를 곧장 호출하는 형태이다.
-> 연산자는 전역 함수가 아니라 인자가 없는 클래스 멤버 함수 형태로 딱 하나만 존재할 수 있다. 다음 토큰으로는 구조체나 클래스의 멤버 변수/함수가 와야 하기 때문에 리턴 타입은 구조체나 클래스의 포인터만이 가능하다.

(4) []도 재정의 가능하고 심지어 함수 호출을 나타내는 ()조차도 연산자의 일종으로서 재정의 가능하다!
[]의 경우 클래스가 포인터형으로의 형변환을 제공한다면 정수 인덱스의 참조는 컴파일러가 자동으로 알아서 그 포인터의 인덱스 참조로 처리한다. 그러나 [] 연산자 함수는 굳이 정수를 받지 않아도 되기 때문에 특히 hash 같은 자료구조를 만들 때 mapObject[ "H2O" ] = "산소"; 같은 구문도 가능해진다. 단, 진짜 고급 언어들처럼 인자를 여러 개 줄 수는 없다. map[2, 5] = 100; 처럼 할 수는 없다는 뜻.

()도 사정이 비슷한지라, 클래스가 함수 포인터로의 형변환을 제공한다면 굳이 () 연산자를 재정의하지 않아도 개체 다음에 곧장 ()를 붙이는 게 가능은 하다. 그러나 그 함수 포인터는 this 포인터가 없는 반면, () 연산자 함수는 this를 갖는 엄연한 멤버 함수이다.
함수 포인터로의 형변환 연산자 함수는 언어 문법 차원에서 토큰 배열의 한계 때문에 대상 타입을 typedef로 먼저 선언해서 한 단어로 만들어 놔야 한다.

Posted by 사무엘

2013/07/15 08:35 2013/07/15 08:35
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1.

남이 짠 레거시 코드를 업무상 들여다보다가 우연히 발견한 건데,
아래의 코드는 비주얼 C++에서는 컴파일되지만 gcc 계열의 다른 컴파일러에서는 컴파일되지 않는다.

class A {
public:
    class B;
};

class A::B {
public:
    A::B() { }
};

일단, 클래스 내부의 하위 클래스를 저런 식으로 forward 선언했다가 나중에 다시 선언하는 문법 자체를 본인은 직접 구사한 적이 전혀 없었다.
그랬는데, 어찌된 일인지 생성자 함수를 선언할 때 클래스 A까지 다 써 주는 것을 비주얼 C++은 허용하지만 다른 컴파일러들은 그러하지 않았다.
왜 그런지, 이와 관련된 표준 규정은 없는지 궁금하다.

2.

Lyn Tono 님의 블로그를 보다가, 평소에 미처 생각도 못 했던 흥미로운 사실을 발견하여 이곳에다가도 소개하겠다.

void foo() { puts("global function"); }

template<typename T>
class C {
    T m;
public:
    //static이든 아니든 사실 상관은 없음
    static void foo() { puts("Member function"); }
};

template<typename T>
class D: public C<T> {
public:
    void bar() { foo(); }
};

위와 같은 함수와 템플릿 클래스를 선언한 뒤 D<int> q; q.bar(); 라고 실행하면,
비주얼 C++에서는 클래스에 소속된 foo 멤버 함수가 불리지만, 역시 gcc 계열의 다른 컴파일러에서는.. 놀랍게도 global 함수가 불린다!
이건 우선순위 문제도 아닌지라, global 함수를 없앤다고 해서 멤버 함수가 차선으로 지명되지도 않는다. 그 경우에도 클래스 멤버는 존재가 무시되고 그냥 컴파일 에러가 난다. -_-;;

그렇다. 템플릿 클래스는 기반 클래스의 멤버 지명이 비템플릿 클래스처럼 그렇게 쉽게 되질 않는다.
this-> (멤버. 심지어 this 포인터가 존재하지 않는 static 함수이더라도) 혹은 :: (전역)을 명시적으로 써 줘야 한다.

내가 생업을 위한 코딩을 하는데 비주얼 C++을 벗어날 일은 거의 없지만, 저 상황에서 당연히 멤버 함수가 불릴 거라고 예상한 게 다른 컴파일러에서는 그렇지 않을 수도 있다는 걸 염두에 둬야겠다.

3.

예전에 비주얼 C++이 지원하는 for each 문에 대해 소개를 했었고, 친절하게 의견을 남겨 주신 김 진 님으로부터 다른 컴파일러에도 range-based for 문에 대한 비슷한 문법이 존재한다는 보충 설명도 들었다.

그런데 비주얼 C++의 경우, for each() 내부에서 중괄호 없이 if...else문을 썼는데, else부터가 왜 인식이 안 되지? 최신 2012까지도. 아무래도 버그가 아닌지 의심된다. 아래의 예들을 보시라.

for(i=0; i<10; i++) if(a) b(); else c(); //원래 OK

for each(auto i in container) if(a) b(); else c(); //ERROR: 이것만 안 될 이유가 없잖아? 왜? 게다가 인텔리센스 컴파일러는 이를 에러로 지적하지 않음.

for each(auto i in container) { if(a) b(); else c(); } //중괄호를 해 주면 OK

for each(auto i in container) a ? b(): c(); //차라리 이렇게 하는 것도 OK

for(auto i: container) if(a) b(); else c(); //xcode의 이 문법도 당연히 아무 문제 없이 OK. 참고로 비주얼 C++도 2012부터는 for each뿐만 아니라 이 문법도 지원하기 시작했으며, else문에 이상이 없다.

웹 표준만큼이나 C++ 표준도 세밀한 부분에서의 이행 여부가 컴파일러마다 케바케인 것 같다.
옛날엔 IE6이 웹 표준을 안 지킨다고 욕 얻어먹은 것만큼이나 VC6도 C++ 표준 미준수 때문에 많은 비판을 받았었다. for 문 안에서 선언한 변수의 scope 문제가 제일 유명하고 말이다.

하지만 표준 자체가 모호하거나 아예 커버하지 않고 있는 사항이 있다면 그저 묵념..

여담이지만, 2차원 배열을 순회하는 경우 비주얼 C++의 for each는 배열 안의 각 원소를 하나씩 일일이 순회하는 반면, for(:) 문은 각 배열의 포인터를 변수에다 넘겨 주면서 여전히 1차원적으로만 순회한다는 차이도 있다.

4.

C/C++에서 작은따옴표는 문자 상수를 나타낸다. sizeof('a')의 값이 C에서와 C++에서 서로 다르다는 건 이미 잘 알려진 사실. 그런데 작은따옴표 안에 탈출문자가 아닌 일반 문자가 둘 이상 중첩되는 게 문법적으로 가능하며, 에러가 아니다. 그리고 더욱 기괴한 것은, 그렇게 중첩되었을 때 이 문자 상수가 갖는 값은 표준으로 정해져 있지 않고 컴파일러 구현체가 해석하기 마음대로라는 것! 일부러 그렇게 규격을 '미정'으로 남겨 놨다.

대부분의 컴파일러에서는 'ab'를 0x4142라고 합성해서 인식하는 식의 배려는 해 주고 있다. 그러나 이것은 애초에 표준 동작이 아니다 보니, 컴파일러의 기반 아키텍처 또는 코드 생성 대상 아키텍처의 엔디언에 따라 세부적인 동작이 달라진다. 다시 말해 이것은 이식성을 전혀 보장받을 수 없는 지뢰밭 같은 테크닉이며, 그렇기 때문에 IOCCC 같은 대회에서 써먹을 수도 없다.

그럴 거면 둘 이상의 문자는 차라리 깔끔하게 경고나 에러 처리라도 해 주지 하는 아쉬움이 있다.
<날개셋> 한글 입력기의 수식은 문자 상수로 둘 이상의 문자를 집어넣으면 문법 에러로 간주한다.

Posted by 사무엘

2013/04/25 08:38 2013/04/25 08:38
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본인이 예전에 글로 썼듯, 비주얼 C++ 201x의 IDE는 소스 코드의 구문 체크 및 인텔리센스를 제공하기 위해 백그라운드에서 완전한 형태의 컴파일러를 실시간으로 돌린다. ncb 파일을 사용하던 200x 시절에는 불완전한 모조 컴파일러였지만 201x부터는 그렇지 않다. 컴파일은 그걸로 하고, 자료 저장은 아예 별도의 DB 엔진으로 하니 계층이 전문화된 셈이다.

그런데 실시간으로 돌리는 컴파일러는, MS가 자체적으로 빌드를 위해 구동하는 컴파일러하고는 다른 별개의 종류이다. 이 개발툴로 오래 개발을 해 본 분은 이미 아시겠지만 같은 문법 에러에 대해서도 메시지가 서로 미세하게 다르고 심지어 문법 해석 방식이 불일치하는 경우도 있다. 마치 MS Office의 리본 UI와 MFC의 리본 UI는 구현체가 서로 별개이고 다르듯이 말이다.

그럼 이 보이지 않는 백그라운드 컴파일러의 정체는 뭘까? 이건 ‘에디슨 디자인 그룹(Edison Design Group)’이라고 유수 프로그래밍 언어들의 컴파일러 ‘프런트 엔드’만 미들웨어 형태로 전문적으로 개발하여 라이선스를 판매하는 어느 벤처기업의 작품이다. MS에서는 이 물건을 구입하여 자기 제품에다 썼다.

컴파일러를 만드는 것은 오토마타 같은 계산 이론부터 시작해서 어려운 자료구조와 알고리즘, 컴퓨터 아키텍처 지식이 총동원되는 매우 까다롭고 어려운 과정이다. 그렇기에 컴파일러는 전산학의 꽃이라 불리며, 대학교 전산학과에서도 4학년에 가서야 맛보기 수준으로만 다뤄진다.

그리고 컴파일 메커니즘은 프런트 엔드와 백 엔드라는 두 단계로 나뉜다. 소스 코드의 구문을 분석하여 문법 오류가 있으면 잡아 내고 각종 심벌 테이블과 parse tree를 만드는 것이 전자요, 이를 바탕으로 각종 최적화를 수행하고 실제 기계어 코드를 생성하는 건 후자이다.

굳이 코드 생성까지 하지 않아도 구문을 분석하여 인텔리센스를 구현하는 것까지는 프런트 엔드만 있어도 충분할 것이다. 프런트 엔드를 담당하는 쪽은 언어의 문법을 직접적으로 다루고 있으니, C++11 표준이 뭐가 바뀌는 게 있는지를 늘 매의 눈으로 감시하고 체크해야 한다. 그리고 그런 엔지니어들이 역으로 표준의 제정에 관여하기도 한다.

에디슨 디자인 그룹은 5명의 베테랑 프로그래머들로 구성된 아주 작은 회사이다. (홈페이지부터 디자인이 심하게 단촐하지 않던가?) 하지만 세계를 움직이는 굴지의 IT 회사들에 자기 솔루션을 납품하고 있다. 작지만 기술이 강한 이런 회사야말로 컴퓨터 공돌이들이 꿈꾸는 이상적인 사업 모델이 아닐 수 없으니 매우 부럽다. 개인이 아닌 기업이나 교육 기관이 고객이며, 한 솔루션의 소스 코드를 납품하는 라이센스 비용은 수만~수십만 달러에 달한다.

마이크로소프트 컴파일러는 인텔리센스만 이 회사의 솔루션으로 구현한 반면,
Comeau C++ 컴파일러는 프런트 엔드가 이것 기반이다. Comeau라 하면, C++의 export 키워드까지 다 구현했을 정도로 표준을 가장 충실하게 따른 걸로 유명한 그 컴파일러 말이다.

굳이 백 엔드와 연결된 컴파일러가 아니어더라도, 프런트 엔드가 만들어 낸 소스 코드 parse tree는 IDE의 인텔리센스를 구현한다거나 소스 코드의 정적 분석, 리팩터링, 심벌 브라우징(browsing), 난독화 등의 용도로 매우 다양하게 쓰일 수 있다. 나름 이것도 황금알을 낳는 거위 같은 기술이라는 뜻이다.

한편, 전세계 유수의 컴파일러들에 C++ 라이브러리를 공급하는 회사는 Dinkumware이라는 걸 난 예전부터 알고 있었다. 헤더 파일의 끝에 회사 설립자인 P.J. Plauger 이름이 늘 들어가 있었기 때문이다. 난독화가 따로 없는 그 암호 같은 복잡한 템플릿들을 다 저기서 만들었다 이 말이지?
비주얼 C++이라는 그 방대한 제품은 당연한 말이지만 모든 부품이 MS 독자 개발은 아니라는 걸 알 수 있다.

그나저나, 비주얼 C++ 201x의 백그라운드 컴파일러는 C 코드에 대해서도 언제나 C++ 문법을 기준으로만 동작하더라.. ㅎㅎ

Posted by 사무엘

2013/04/16 08:40 2013/04/16 08:40
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IOCCC라고, 사람이 가장 알아 보기 힘들고 충공깽스러운 형태로 작성된 C 프로그램 코드를 접수받는 공모 대회가 있다.
단순 코더가 아니라 전산학 내공과 해커 기질이 충만한 레알 베테랑 프로그래머라면 이미 들어서 알 것이다.

입상작들은 내가 보기에 크게 (1) 아스키 아트형, 아니면 (2) 크기 줄이기 암호형이라는 두 갈래로 나뉜다. 대회에 공식적으로 이런 식으로 참가 부문이 나뉘어 있는 건 아니지만, 여기 참가자들이 추구하는 오덕질의 목표가 대체로 이 둘 중 한 갈래로 나뉘기 때문이다.

전자는 영락없이 아스키 문자로 사람 얼굴이나 문자 같은 그림을 그려 놨는데 그건 컴파일 되는 올바른 C 코드이다. 그뿐만이 아니라 그걸 실행하면 기가 막힌 유의미한 결과물이 나온다. 간단한 게임이라든가 원주율값 계산 같은 것부터 시작해 심지어 CPU 에뮬레이터나 간단한 컴파일러, 운영체제까지 들어있는 경우도 있다.

후자는 수단과 방법을 가리지 않고 길이를 줄이기 위해 들여쓰기, 주석, 헝가리언 표기법 따위는 다 쌈싸먹고 진짜 정체를 알 수 없는 이상한 숫자와 기호와 문자로 범벅이 된 코드인데, 빌드해 보면 역시 소스 코드의 길이에 비해 믿을 수 없는 퀄리티의 동작이 나온다. 자바스크립트 같은 코드를 난독화 처리한 것과 비슷한 형태가 된다.

어떤 언어에서 소스 코드 자신을 출력하는 프로그램을 콰인(Quine)이라고 부른다. GWBASIC이라면 언어에 LIST라는 명령이 있으니 쉽겠지만, 일반적인 컴파일 기반 언어에서는 그걸 만드는 게 보통일이 아니다. 그런데 이 IOCCC 대회 입상작 중에는 A라는 코드가 있는데 그걸 실행하면 B라는 소스 코드가 출력되고, B를 빌드하여 실행하면 C라는 소스 코드가 나오고, 다음으로 C를 빌드하면 다시 A가 나오는... 중첩 콰인을 실현한 충격과 공포의 프로그램도 있었다. 그것도 A, B, C는 다 형태가 완전히 다르고 인간이 인식 가능한 아스키 아트! Don Yang이라는 사람이 만든 2000년도 입상작이다.

역대 수상작들을 보면 프로그래머로서 인간의 창의력과 잉여력, 변태스러움이 어느 정도까지 뻗칠 수 있는지를 알 수 있다. 그리고 이런 대회는 한 프로그래밍 언어의 극악의 면모를 시험한다는 점에서 전산학적으로도 나름 의미가 있다. 들여쓰기와 긴 변수명과 풍부한 주석이 갖춰진 깔끔한 코드든, 저런 미친 수준의 난독화 코드든 컴파일러의 입장에서는 어차피 아무 차이 없는 똑같은 코드라는 게 아주 신기하지 않은가?

다른 언어가 아니라 C는 시스템 레벨에서 프로그래머의 권한이 강력하다. 그리고 전처리기를 제외하면 특정 공백 문자에(탭, 줄바꿈 등) 의존하지 않는 free-form 언어이며, 언어 디자인 자체가 온갖 복잡한 기호를 좋아하는 오덕스러운 형태인 등, 태생적으로 난독화에 유리하다. 게다가 도저히 C 코드라고 볼 수 없을 정도로 코드의 형태와 의미를 완전히 엉뚱하게 뒤바꿔 버리는 게 가능한 매크로라는 비장의 무기까지 있다!

심지어는 C++보다도 C가 유리하다. 함수를 선언할 때 리턴 타입을 생략하고 함수 정의에서는 리턴 문을 생략할 수 있다. 가리키는 대상 타입이 다른 포인터를 형변환 없이 바로 대입할 수 있으며, 또한 인클루드를 생략하고 표준 함수를 바로 사용할 수도 있다. C++이었다면 바로 에러크리이지만, C에서는 그냥 경고만 먹고 끝이니 말이다. C의 지저분한 면모가 결국 더 짧고 알아보기 힘든 코드를 만드는 데 유리하다는 뜻 되겠다.

현업에서는 거의 언제나 C++만 써 와서 잘 실감을 못 했을 뿐이지, C는 우리가 생각하는 것보다 저 정도로 꽤 유연(?)한 언어이긴 하다. IOCCC 참가자의 입장에서 C++이 C보다 언어 구조적으로 더 유리한 건, 아무데서나 변수 선언을 자유롭게 할 수 있다는 것 정도일 것이다.

그러나 겨우 그 정도로는 불리한 점이 여전히 유리한 점보다 더 많은 것 같다. 생성자와 소멸자, 오버로딩, 템플릿 등으로 더 알아보기 힘든 함축적인 코드를 만드는 건 상당한 규모가 있는 큰 프로그램에서나 위력을 발할 것이고, 긴 선언부의 노출이 불가피하여 무리일 듯.

옛날에는 대회 규정의 허를 찌른 엽기적인 꼼수 작품도 좀 있었다.
이 대회는 1984년에 처음 시작되었는데, 그때 입상작 중에는 main 함수를 함수가 아니라 기계어 명령이 들어있는 배열로 선언해 놓은 프로그램이 있었다(1984/mullender). 이건 기계 종류에 종속적일 뿐만 아니라 요즘 컴파일러에서는 링크 에러이기 때문에, 그 뒤부터는 대회 규정이 바뀌어 이식성 있는 코드만 제출 가능하게 되었다.

그리고 1994년에는 콰인이랍시고 0바이트 소스 코드가 출품되었다(1994/smr). 소스가 0바이트이니, 아무것도 출력하지 않아도 콰인 인증..;; 이건 충분히 참신한 덕분에 입상은 했지만 그 뒤부터는 역시 소스 코드는 1바이트 이상이어야 한다는 규정이 추가되었다. 빈 소스 파일을 빌드하려면 빌드 옵션도 좀 미묘하게 변경을 해야 했다고 한다.

이런 코드를 작성하기 위해서는 모든 변수와 함수를 한 글자로 표현하는 것부터 시작해서 평범한 계산식을 온갖 포인터와 비트 연산자로 배배 틀기, 숫자 테이블 대신 문자열 리터럴을 배열로 참고하기(가령, "abcd"[n]) 같은 건 기본 중의 기본 테크닉이다. 그리고 그걸 아스키 아트로 바꾸는 능력이라든가, 원래 오리지널 프로그램을 기가 막히게 짜는 기술은 별개이다. 이런 코드를 만드는 사람은 정말 코딩의 달인 중의 달인이 아닐 수 없다.

이 대회는 전통적으로 외국 해커 덕후들의 각축장이었다. 그러나 지난 2012년도 대회에서는 자랑스럽게도 한국인 입상자가 한 명 배출되었는데, 본인의 모 지인이다. 그가 출품한 프로그램은 영어로 풀어 쓴 숫자를 입력하면(가령, a hundred and four thousand and three hundred and fifty-seven) 그걸 아라비아 숫자로 바꿔 주는 프로그램(104357). 코드를 보면 저게 어딜 봐서 숫자 처리 프로그램처럼 생겼는가. -_-

코드를 대충 살펴보면, long long이 바로 등장하는 데서 알 수 있듯, 나름 32비트 범위를 벗어나는 큰 자리수까지 지원한다. 문자열 리터럴을 배열로 참고하는 것도 곧바로 쓰였음을 알 수 있다.
그리고 옛날의 C 시절에 허용되었던 관행이었다고 하는데, 함수의 인자들을 아래와 같은 꼴로 선언하는 게 이 대회 출품작에서는 종종 쓰인다고 한다.

int func(a,b) int a, char *b; { ... }

하긴, C/C++이 기괴한 면모가 자꾸 발견되는 건 어제오늘 일이 아니다.
a[2]뿐만이 아니라 2[a]도 가능하다든가,
#include 대상으로 매크로 상수도 지정 가능하다든가,
C++의 default argument로 0이나 -1 같은 것뿐만 아니라 사실은 아예 함수 호출과 변수 지정도 가능하다는 것..
switch문의 내부에 for 같은 다른 반복문이 나온 뒤에 그 안에 case가 있다던가..;;

정말 약 빨고 만든 언어에다 약 빨고 코딩한 개발자라고밖에 볼 수 없다.
나로서는 범접할 수조차 없는 이상한 프로그래밍 대회에 한동안 엄청 관심을 갖더니 결국 입상해 버린 그의 오덕력에 경의를 표한다. 그저 놀라울 뿐이다. 이 정도로 소개하고 띄워 줬으니, 그분이 이 자리에 댓글로 소환되는 걸 기대해 보겠다. 아무래도 한국인 다윈 상 수상자가 배출된 것보다는 훨씬 더 자랑스러운 일을 해낸 친구이지 않은가. ㄲㄲㄲㄲㄲㄲㄲ

뭐, 입상했다고 당장 크게 부와 명예가 뒤따르는 건 아니겠지만, 팀장이나 임원이 IOCCC에 대해서 아는 개발자 출신인 회사에 지원할 때 “나 이 대회 입상자요!”라고 이력서에다 써 넣으면 그 이력서의 메리트는 크게 올라갈 수밖에 없을 것이다. 실제로 IOCCC 같은 잉여로운 대회에 참가하는 geek 중에는 구글, MS급 회사 직원도 있고, 사실 이런 대회에 입상할 정도의 guru급 프로그래머가 일자리를 못 구해 걱정할 일은 절대 없을 테고 말이다.

이런 대회에 더 관심 있으신 분은, IOCCC의 국내 저변 확대를 위해 애쓰고 있는 저 친구의 소개 페이지를 참고하시기 바란다.

Posted by 사무엘

2013/04/10 19:20 2013/04/10 19:20
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지금으로부터 거의 3년 전, 이 블로그가 개설된 지 얼마 되지 않았던 시절에 본인은 C++의 매우 기괴-_-한 문법인 다중 상속멤버 포인터(pointer-to-member)에 대해서 제각각 따로 글로 다룬 적이 있었다.
이제 오늘은, 그 기괴한 두 물건이 한데 합쳐지면 언어의 디자인이 얼마나 더 흉악해지는지를 보이도록 하겠다.
그 내력을 알면, C++ 이후의 객체지향 언어에서 다중 상속이 왜 봉인되어 버렸는지를 이해할 수 있을 것이다. 뭐, 이미 다 아는 분도 있겠지만 복습 차원에서.

클래스의 멤버 포인터는 그 가리키는 대상이 변수이냐 함수이냐에 따라서 내부 구조가 크게 달라진다는 말을 예전에 했었다. 함수일 때는 포인터답게 말 그대로 실행될 함수의 메모리 위치를 가리키지만, 변수일 때는 이 멤버가 this로부터 얼마나 떨어져 있는지를 나타내는 정수 오프셋에 불과하다. &POINT::x 는 0, &POINT::y는 4 같은 식.
그래서 비주얼 C++은 x64 플랫폼에서도 단순 클래스의 멤버 변수 포인터는 뜻밖에도 8바이트가 아닌 4바이트로 처리한다. UNT_PTR이 아니라 그냥 unsigned int라고 본 것이다.

그런데 다중 상속이 동반된 클래스는 '단순' 클래스라고 볼 수가 없어지며, 그런 클래스를 대상으로 동작하는 멤버 포인터는 내부 메커니즘이 굉장히 복잡해진다. 멤버 변수야 오프셋이 바뀌니까 그렇다 치지만, 멤버 함수의 포인터도 데이터 오프셋의 영향을 받는다. 비록 함수 자체는 오프셋을 타지 않고 고정된 메모리 주소이긴 하지만, 멤버 포인터가 어느 함수를 가리켜 부르느냐에 따라 그때 그때 this 포인터를 잘 보정해서 줘야 하기 때문이다.

다음 코드를 생각해 보자.
참고로, class 대신 struct를 쓴 이유는 public: 을 따로 써 주는 귀찮음을 해소하기 위해서일 뿐이다. (C#은 struct와 class의 용도가 구분되어 있는 반면, C++은 전혀 그렇지 않으므로.)

struct B {
    int valB; void functionB() { printf("functionB: %p\n", this); }
};
struct C {
    int valC; void functionC() { printf("functionC: %p\n", this); }
};

struct D: public B, public C {
    int valD; void functionD() { printf("functionD: %p\n", this); }
};

그 뒤,

D ob;
void (D::*fp)();
printf("this is %p\n", &ob);
printf("sizeof pointer-to-member is %d\n", sizeof(fp));

fp = &D::functionB; (ob.*fp)();
fp = &D::functionC; (ob.*fp)();
fp = &D::functionD; (ob.*fp)();

코드를 실행해 보면, 놀라운 결과를 볼 수 있다.
이제 fp의 크기가 포인터 하나의 크기보다 더 커졌다.
비주얼 C++ 기준으로, '포인터+int'의 합이 된다. 그래서 x86에서는 8바이트, x64에서는 12바이트.

게다가 중요한 건, functionC를 실행했을 때만 this의 값이 달라져 있다는 것이다.
이건 뭐 다중 상속의 특성상 어쩔 수 없는 면모이며, 멤버 함수를 ob.functionC()라고 직접 호출할 때는 컴파일러가 알아서 처리해 주는 기능이긴 하다.
하지만, 직접 호출이 아니라 멤버 포인터를 통한 간접 호출을 할 때는 이걸 어떻게 구현해야 할까?

결국은 멤버 함수 포인터 자체에 추가 정보가 들어갈 공간이 있어야 하고, 그 정보는 포인터에다가 함수에 대한 대입이 일어날 때 implicit하게 따로 공급되어야 한다.
다중 상속을 받은 클래스의 멤버 함수를 가리키는 포인터는 this 보정을 위한 정수 오프셋이 내부적으로 추가된다. 이제 fp는 단일 포인터 변수라기보다는 구조체처럼 바뀌었다는 뜻이다.

이 fp에다가 functionB나 functionD를 대입하면 그 멤버 함수의 주소만 대입되는 게 아니라, 숨겨진 오프셋 변수에다가도 0이 들어가며(보정할 필요가 없으므로), functionC를 대입하면 그 주소와 함께 오프셋 변수에다가도 0이 아닌 값이 같이 대입된다. 그리고 실제로 fp 호출을 할 때는 this 포인터에다가 보정이 된 값이 함수로 전달된다.

이야기는 여기서 끝이 아니다. 설상가상으로 가상 상속까지 추가된다면?
내가 클래스를 A가 아니라 B에서부터 시작한 게 이것 때문이다. 맨 앞에다가 드디어 다음 코드를 추가하고,

struct A {
    int valA;
    void functionA() { printf("functionA: %p\n", this); }
};

앞에서 썼던 B와 C도 A로부터 가상 상속을 받게 고쳐 보자.

struct B: virtual public A { ... }
struct C: virtual public A { ... }

이것도 물론 추가하고.

fp = &D::functionA; (ob.*fp)();

이렇게 해 보면..
비주얼 C++ 기준 fp의 크기는 더욱 커져서 '포인터+정수 2개' 크기가 된다. x86에서는 12바이트, x64에서는 16바이트.
다중 상속만 있을 때는 함수 말고 변수의 멤버 포인터는 크기가 변함없었던 반면, 가상 상속이 가미되면 변수 멤버 포인터도 이렇게 '크기 할증'이 발생한다. 대입 연산이나 함수 호출 때 몰래 같이 발생하는 일도 더욱 많아지며, 이 현상을 좀 유식하게 표현하면 cost가 커진다.

그 이유는 어렴풋이 유추할 수 있을 것이다. 가상 상속이라는 건 말 그대로 기반 클래스의 오프셋이 클래스의 인스턴스별로 동적으로 변할 수 있다는 뜻이다. this 포인터 보정이 뒷부분 파생 클래스의 정확한 위치를 파악하기 위해서 발생하는 일이라면, 가상 상속 보정은 앞부분 기반 클래스의 위치를 파악하는 것이 목적이다.

이런 사정으로 인해 functionA()도 원래 개체의 주소와는 다른 주소를 받으며, 이것은 functionC()가 받는 주소와는 또 다르다.
다만, pointer-to-member는 가상 함수와는 기술적으로 전혀 무관하게 동작하기 때문에, 가상 함수가 존재하는 클래스라고 해서 오버헤드가 추가되는 건 없다. 함수 멤버 포인터로 가상 함수를 가리키면, 아예 가상 함수 테이블을 참조하여 진짜 함수를 호출하는 wrapper 함수가 따로 만들어져서 그걸 가리키고 있게 된다.

요컨대 비주얼 C++은 단순 클래스, 다중 상속만 있는 클래스, 거기에다 가상 상속까지 있는 클래스라는 세 등급에 따라 멤버 포인터를 관리한다. 다만, 함수가 아닌 변수 멤버 포인터는 가상 상속 여부에 따라 두 등급으로만 나누는 듯하다. 이 정도면, 이 글을 쓰는 본인부터 이제 머리가 핑그르르 도는 것 같다.

이제 마지막으로 생각해 볼 문제가 있다. C++은 클래스의 명칭 선언만 하는 게 가능하다는 점이다.

class UnknownBase;
class UnknownDerived;

굳이 클래스의 몸체를 몰라도 이 클래스에 대한 포인터 정도는 선언이 가능하다. 그렇기 때문에 명칭 선언은 컴파일 때 헤더 파일간의 의존도를 줄이고 모듈간의 독립성을 높일 때 요긴하게 쓰이는 테크닉이다.
다만, 여러 클래스들을 명칭 선언만 하면 이들간의 상속 관계도 아직 밝혀지지 않기 때문에, 실질적인 기반 클래스와 파생 클래스 사이에 암시적인 형변환이나 static_cast, dynamic_cast 따위를 쓸 수 없다는 점도 주의해야 한다.

게다가 이렇게 명칭만 달랑 선언된 클래스에 대해서 멤버 포인터를 선언하면..
컴파일러는 이 클래스가 다중 상속이 존재하는지, 가상 상속이 존재하는지 같은 걸 알지 못한다!
그렇다고 무식하게 에러 처리하며 멤버 포인터의 선언을 거부할 수도 없는 노릇이니,
컴파일러는 가장 보수적으로 이 클래스가 어려운 요소들은 모두 갖추고 있을 거라고 생각하고 가장 덩치 크고 복잡한 등급을 선택할 수밖에 없다.

나중에 사용자가 추가 인클루드를 통해 클래스의 몸체를 선언하여, 이 클래스는 단순한 놈이라는 게 알려지더라도 한번 복잡하게 결정되어 버린 타입 구조는 다시 바뀌지 않는다.
게다가 이렇게 unknown 클래스에 대한 멤버 포인터는 단순히 '가상 상속 클래스' 등급이 아니라, 메타 정보가 추가로 붙는지 비주얼 C++에서는 함수 기준으로 x86에서 무려 16바이트를 차지하며, x64에서는 24바이트를 차지하게 된다. 포인터 둘, int 둘의 합이다.

printf("%d\n", sizeof(void (UnknownDerived::*)() ));

물론, 멤버 포인터부터가 굉장한 레어템인데, 몸체도 없이 명칭 선언만 된 클래스에 대해서 멤버 포인터를 덥석 들이대는 코딩을 우리가 실생활에서 직접 할 일은 극히 드물다. 하지만 딱 machine word와 동일한 크기를 기대했던 멤버 함수 포인터가 3~4배 크기로 갑자기 뻥튀기되고 생각도 못 했던 오버헤드가 추가되는 일은 없어야 하겠기에, 비주얼 C++은 역시 비표준 확장을 통해서 이 문제에 대한 해결책을 제시하고 있다.

그것은 바로 _single_inheritance, _multiple_inheritance, _virtual_inheritance라고 참 길게도 생긴 키워드.
클래스를 명칭 선언만 할 때

class _single_inheritance UnknownDerived;

이런 식으로 써 줌으로써 “이놈은 다중 상속 같은 귀찮은 요소가 없는 클래스이다. 따라서 얘에 대한 멤버 포인터는 추가 오프셋이 없는 제일 간단한 등급으로 만들어도 OK다”라는 힌트를 컴파일러에다 줄 수 있다.
복잡한 놈이라고 예고를 해 놓고 단순한 형태로 클래스를 선언하는 건 괜찮으나, 간단한 놈이라고 예고를 해 놓고 나중에 다중 상속이나 가상 상속을 쓰면 물론 컴파일 에러가 발생하게 된다.

아마 스타크래프트를 만든 사람도 스탑 럴커 같은 전술은 생각을 못 하지 않았을까.
저런 판타지 같은 면모는 C++을 설계한 사람이나 추후에 기능을 확장한 표준 위원회 사람들도 생각을 못 했을 가능성이 높아 보인다.
그렇기 때문에 비주얼 C++처럼 단순, 다중, 가상으로 세 등급을 나눠서 포인터에다 할증 제도를 넣고, 관련 예약어까지 추가한 건 전적으로 표준이 아니라 컴파일러 구현하기 나름이다.

아, 자세한 건 이 사이트 내용을 좀 공부하고 글을 쓰려고 했는데 도저히 다 읽을 엄두가 안 난다.
관심 있는 분들은 알아서 탐독해 보시길.
언뜻 보니, 다중 상속이 멤버 포인터보다 시기적으로 나중에 등장했다. 그래서 둘을 한꺼번에 구현하는 게 이 정도로 복잡하게 꼬인 셈이다.

Posted by 사무엘

2013/04/02 08:33 2013/04/02 08:33
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