C++ 함수(inline, 재귀, lambda)와 함수 포인터, 인자의 유형과 전달 방식

함수의 정의

 

- 함수의 이름은 함수가 수행하는 기능의 최종(전체) 결과를 뜻하도록 한다.

- 변수, 함수, enum, 클래스 등은 사용되기 전에 선언한다.

- 정의는 오직 1회만 가능하다(One Definition Rule) <-> 선언은 여러 회 허용된다

 

 

 

 

inline 함수

 

- inline 함수는 헤더 파일에서 선언하고 정의해야 하며, 이를 여러 파일에서 사용할 수 있다.

- inline 함수는 함수 호출을 하지 않고, 함수의 본문을 호출 위치에 직접 삽입하는 방법을 제안하는 C++의 최적화 기법

- 컴파일러에게 함수를 인라인 처리할 가능성을 고려해달라는 힌트를 주며, 함수 호출을 최적화하려는 의도를 전달

- 일반적으로 함수가 호출되면, 스택에 스택프레임이 생성되는데 스택 프레임을 생성하고 제거하는 과정에는 오버헤드가 발생한다. 이는 특히 작은 함수가 반복적으로 호출될 때 성능에 부정적인 영향을 줄 수 있다.

-  inline 함수를 사용하면, 컴파일러는 함수를 호출하는 대신 해당 함수의 코드를 직접 호출 위치에 삽입하기 때문에 함수 호출을 위한 스택 프레임 생성이 불필요해지므로, 스택을 사용하는 오버헤드가 제거될 수 있다.

- non-static 인라인 함수가 서로 다른 파일에 여러 번 선언될 때, 모두 inline 선언해야 하고, 모든 정의는 동일해야 하고, 동일한 주소를 가진다

-  inline 함수가 여러 소스 파일에서 정의되더라도 모든 정의가 동일하다고 확인하면, 오류를 발생시키지 않음

- 모든 정의가 동일하기 때문에 각 소스 파일에서의 함수 정의는 동일한 메모리 위치를 가리킴

 

 

<매크로와 인라인 함수>

 

 

 

 

 

재귀적 함수

 

- 재귀적 함수는 자기 자신을 호출하는 함수. factorial은 재귀적 함수의 좋은 예이다.

- stack overflow의 위험이 있으므로 반복문이 좋을 수 있음 ( 잘못된 재귀 호출로 인해 무한 루프에 빠질 수 있기 때문에 )

 

long factorial(const int number){

    if (number == 1) return 1;
    return number * factorial(number-1);

}

 

 

 

 

 

Lambda 함수

 

람다 함수는 이름이 없는 함수 객체를 의미한다. 이름 없이 간단하게 정의할 수 있는 함수라고 할 수 있다.

함수와 비슷하게 동작하지만 익명 함수(anonymous function)로 사용할 수 있다.

 

 

 

 

Lambda 함수의 필요성

 

 

(1)

리스트나 배열을 정렬할 때, 정렬 기준을 함수로 만들어서 사용한다면 보통은 정렬 함수에 기준을 정해주는 함수를 따로 정의해야 하지만, 람다 함수를 사용하면 정렬할 때 간단하게 그 자리에서 기준을 정의할 수 있다. 즉, 코드가 간결해지고, 특정 작업을 위해 불필요한 함수 정의를 줄일 수 있다. 즉, 람다 함수는 코드 내에서 일시적으로 간단한 함수를 작성할 때 유용하게 사용된다.

 

(2)

또한 현재 스코프에 있는 변수들을 캡처(capture)하여 사용할 수 있다는 점에서 일반적인 함수와 다르다.

기존의 함수 포인터 대신 사용하거나, 특정 범위 내의 변수를 캡처하여 사용하는 경우에 강력한 기능을 제공한다.

캡처를 사용하는 이유는 람다 함수가 정의된 외부 범위에 있는 변수들을 람다 함수 내부에서 사용할 수 있도록 하기 위해서이다. 쉽게 말해, 람다 함수는 보통 코드 내부에서 정의되는데, 그 람다 함수가 외부에 있는 변수를 필요로 할 때 그 변수를 캡처하여 사용한다.

 

 

 

<내림차순 정렬 람다함수 사용 예제>

#include <algorithm>
#include <vector>
#include <iostream>

int main() {
    std::vector<int> numbers = {5, 2, 8, 1, 3};

    // 내림차순으로 정렬
    std::sort(numbers.begin(), numbers.end(), [](int a, int b) {
        return a > b;
    });

    for (int n : numbers) {
        std::cout << n << " ";
    }
    // 출력: 8 5 3 2 1

    return 0;
}

 

• 캡처(Captures) [ ]:
  • 람다 함수가 정의된 스코프에서 사용 중인 변수들을 캡처하여 사용할 수 있게 해준다.
  • 예를 들어 [&]는 참조로 캡처하고, [=]는 값으로 캡처한다.

 

• 매개변수(Parameters) ( ):
  • 함수와 동일하게 람다 함수가 호출될 때 전달되는 인자들을 정의한다
  • 예시: (int a, int b)는 두 개의 정수형 매개변수를 받는 람다 함수를 나타낸다

 

• 반환 타입(Trailing-Return-Type) -> return type:
  • 람다 함수의 반환 타입을 지정합니다.
  • 이 부분은 생략할 수 있으며, 컴파일러가 자동으로 반환 타입을 유추할 수도 있다.

 

• 함수 구현(Definition) { }:
  • 함수의 본체로, 실제로 실행되는 코드가 들어간다.
  • 예시: { return a > b; }는 a가 b보다 클 때 참을 반환하는 람다 함수를 나타낸다.

 

 

 

 

 

기본 매개변수 값 규칙

 

 

 

 

 

 

 

선언과 정의의 차이

 

• 선언: 식별자의 이름과 타입만 알려준다 메모리 할당은 이루어지지 않는다.
  • 예: extern int x; (여기서 x가 어떤 곳에 정의되어 있음을 알려줍니다.)
• 정의: 실제로 메모리를 할당하고 값을 초기화함
  • 예: int x = 10; (x의 메모리가 할당되고 값이 초기화됩니다.)

 

 

 

 

함수의 반환 값

 

 

- 함수는 약속된 기능을 수행하고 그 수행결과를 호출함수에게 반환하는 것이 일반적

- 반환 값의 전달 : return으로 결과값을 반환

- 피호출 함수에서는 return문을 이용해서 호출 함수( ex   main함수)에게 자신의 수행 결과를 반환한다

- 반환한 값이 정상적인 계산/처리 결과가 아니라 비정상적인 처리 즉 오류를 뜻하는 경우에는 호출함수에서 이를 처리함

   ex) return -1  // 오류 상황이 발생했을 경우

 

반환값이 없는 **호출함수** : return문을 쓰지 않아도 된다

(1) 반환타입이 void 인 함수

(2) main 함수 : 이 호출은 반환값이 없기 때문에, 함수가 실행된 후 다음 코드로 넘어간다

 

 

 

 

 

 

함수 오버로딩

 

 

- c에서는 허용되지 않았지만 C++에서는 허용된다

 

 

 

 

 

 

 

함수 포인터(Function Pointer)

 

 

- 함수 포인터는 함수의 메모리 주소를 저장할 수 있는 포인터.

- pFunc는 일반적으로 함수 포인터를 저장하는 변수의 이름으로 사용된다 이 이름에서 p는 포인터를 의미하고, Func는 함수의 약어로 해석된다. 즉, pFunc는 함수의 주소를 저장할 수 있는 포인터를 가리킨다.

- 함수 포인터를 사용하면 함수의 주소를 변수에 저장하고, 나중에 이 변수를 통해 함수를 호출할 수 있다.

 

 

#include <iostream>

// 함수 정의
void printMessage() {
    std::cout << "Hello, World!" << std::endl;
}

// 함수 포인터를 인자로 받는 함수
void executeFunction(void (*pFunc)()) {
    pFunc();  // 함수 포인터를 통해 함수 호출
}

int main() {
    // 함수 포인터를 변수에 저장
    void (*pFunc)() = printMessage;
    
    // 함수 포인터를 인자로 전달
    executeFunction(pFunc);
    
    return 0;
}

 

 

 

 

 

 

인자의 유형

 

 

 

 

 

- const가 붙고나면 값을 변경할 수 없으므로 수정이 불가능해진다.

 

 

 

 

 

구조체의 전달

 

 

 

 

 

 

인자 전달 방식

 

 

Call by Value (값=일반변수에 의한 호출)

 

- 함수에 인수의 값을 복사해서 전달

- 함수 내부에서는 이 복사된 값으로 작업을 수행하며, 원래의 값은 변경되지 않는다

- 함수 내부에서 인수를 변경해도, 원래의 값에 영향을 미치지 않는다.

- 원래 값을 변경하지 않아야 할 때 사용

 

- ex) 함수가 단순히 데이터를 처리하고 결과만 반환하는 경우.

 

 

** 기본적으로 피호출함수에서 생성한 반환 값은 호출함수로 복사된다.(값에 의한 전달이 발생한다) **

그러나 값에 의한 전달으로 복사되는 방식은 반환 타입이 구조체/클래스와 같이 많은 메모리 사용할 때 비용이 커

=> 성능 문제를 피하기 위해 참조를 반환하는 방법이 사용될 수 있다 -> 메모리 사용을 최소화하고 성능을 개선할 수 있다.

 

 

 

Call by Reference (참조에 의한 호출)

 

 

- 인수의 값을 복사x

- 함수에 인수의 참조(주소)를 전달

- 함수 내부에서는 이 참조를 통해 원래의 값을 직접 변경할 수 있다.

- 함수 내부에서 인수를 변경하면, 원래의 값도 변경된다.

 

- 원래 값을 함수 내부에서 변경해야 할 때 사용

- ex) 함수가 입력값을 수정하거나, 여러 값을 반환해야 하는 경우.

 

=> 참조 반환 시 주의할 점: 참조로 반환하는 경우, 함수 내부에서 생성된 지역 변수의 참조를 반환하면 안 된다.

함수가 종료되면 지역 변수의 메모리가 해제되기 때문에, 이를 참조하는 것은 잘못된 메모리 접근을 초래할 수 있다.

 

 

(잘못된 예시, 불안전한 참조) : 지역변수의 참조를 반환하면 안된다.

int& badFunction() {
    int x = 10;
    return x;  // 잘못된 코드: x는 함수가 끝나면 사라짐

 

 

(안전한 참조 및 포인터 반환)

- global (전역) 변수에 대한 참조/포인터 반환

- static(정적 변수 사용한) 지역 변수에 대한 참조/포인터 반환 : 정적 변수는 프로그램이 종료될 때까지 수명이 유지되므로 안전

- 할당된 동적 메모리(new 키워드)에 대한 포인터 반환 : 동적 메모리 할당 사용

- 참조 매개변수에 대한 참조/포인터 반환

 

 

 

 

Call by Reference Pointer (포인터에 의한 호출)     vs     참조에 의한 호출

 

 

 

 

 

const 상수 매개변수

 

- 매개변수를 const로 선언함으로써 해당 매개변수의 값이 피호출함수에서 변경되는 것을 불허함

- 기본적으로 포인터와 참조는 const로 전달 (C++ Core Guidelines)

 

 

 

 

               값에 의한 호출                                    포인터에 의한 호출                              참조에 의한 호출