C++ Generic Programming : 템플릿(Templates)

Templates(템플릿)

- 컴파일러를 위한 패턴의 종류

- 서로 다른 타입이나 값으로 템플릿을 인스턴스화 할 수 있음

- 템플릿은 프로그래머의 작업을 줄여주며, 약간 다른 타입 때문에 여러 번 함수를 구현하지 않아도 됨

- 템플릿은 항상 키워드 template 으로 시작됨

 

예제)

 

cout << min(i1, i2) << endl; 에서 컴파일러는 int로 min함수를 생성하고,

cout << min<float> (f1, f2) << endl;  에서 컴파일러는 float로 min함수를 생성한다

 

이처럼 여러 번 함수를 구현하지 않고도 다른 타입을 인식하게 해주는 것이 템플릿의 장점이다.

 

 

 

인스턴스화란?

 

- 템플릿을 사용하면 인스턴스(객체)화 되는데, 이는 컴파일러가 템플릿을 구체적인 인자로 대체하기 때문

- 컴파일러는 함수로 넘겨진 인자값을 이용해 템플릿을 자동으로 인스턴스화 한다

- 컴파일러가 인자를 결정하지 못하면 명시적으로 기술해야 한다

 

 

 

 

Specializations

 

템플릿 객체의 특정한 경우에 유연성이나 실행 튜닝의 중요한 툴로서 작용하기 위해

다음과 같이 템플릿을 Specializations하게 사용할 수도 있다.

cpp

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template <>
bool equal (const double& a, const double& b) {
​​​​return std::abs(a-b) < 0.00001;
}

 

 

사용할 때는, 다음과 같이 general version을 먼저 정의하고 특수 경우의 템플릿을 정의해야 한다

cpp

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// general version을 먼저 정의한다
template <class T> void sort(List<T>& v) {
...
}
// specializations를 다음에 정의한다
template <> void sort(List<char *>& v) {
...
}

 

 

 

 

 

Templates(템플릿)의 Parameter(파라미터)

 

 

 

 

 

 

<템플릿의 종류>

 

1. 함수 템플릿(Function Template)

2. 클래스 템플릿(Class Template)  : 컨테이너 클래스(List, Array, Set, Queue, Stack ...)에서 많이 사용

3. 가변 길이 템플릿(Variadic  Template) : parameter pack

4. 변수 템플릿

 

 

 

함수 템플릿 (Function Template)

- 서로 다른 타입에 대해 통일된 기능을 구현할 수 있음

- 템플릿 파라미터는 타입(types)이나 값(values)

- 타입은 typename이나 class로 시작함

- 템플릿 파라미터의 이름은 typename 뒤에 옴

- 이름은 첫 번째 파라미터는 보통 T로 두 번째 파라미터는 U를 씀  ex) template <typename T=int, typename U=double>

- 함수 안에서 이 이름을 특정 타입 대신에 사용함

 

cpp

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#include <iostream>
template <typename T>

T min(const T& a, const T& b) {
​​​​return (a < b) ? a : b
}

int main(){
​​​​const int a = 2;
​​​​const int b = 1;
​​​​std::cout << min(a, b) << std::endl;
}

 

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#include <vector>
using namespace std;

template <typename T>
const T* find(const vector<t>& data, const T& v) {
​​​​for (auto i = 0; i < data.size(); i++)
‌​​​​if(data[i] == y)
‌​​​​​​​​return &data[i];
​​​​return nullptr;
}
int main() {
​​​​vector <int> v;
​​​​//insert some elements
​​​​const int *found = find(v, 7);
​​​​if (found != nullptr)
​​​​...
}

 

 

 

클래스 템플릿 (Class Template)

- 함수 템플릿과 마찬가지로 키워드 template으로 시작함

- 함수 템플릿의 대부분 규칙이 클래스 템플릿에도 적용됨

- 멤버 함수는 클래스의 내부나 밖에서 구현 가능함

- 클래스 밖에서 구현할 때는 template-head가 필요함

 

C++ 17부터 클래스 템플릿은 인자를 자동으로 추론할 수 없음 *** (자동 인스턴스화가 불가능하다)

그러므로 개별 템플릿 인자들은 명시적으로 기술되어야 한다

cpp

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#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;
int main(){
​​​​vector vec = {1, 2, 3};
​​​​for (const auto& i : vec)
‌​​​​cout << i << " ";
}

 

 

 

Method Templates

 

클래스 템플릿의 메서드는 자신만의 템플릿을 가질 수 있음

- 메서드 템플릿은 클래스의 내부나 밖에 정의될 수 있음

- 복사 생성자와 소멸자는 템플릿이 될 수 없음

cpp

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#include <iostream>
template <typename T>                     // T 첫 번째 파라미터
class Foo {
public:
​​​​Foo(const T& x) : mX{x} {}
​​​​
​​​​template<typename U>                  // U 두 번째 파라미터
​​​​Foo<T>& operator=(const U& u){
‌​​​​mX = static_cast<T>(u);
​​​​​​​​return *this;
​​​​}
private:
​​​​T mX;
};

 

 

 

 

가변 길이 템플릿(Variadic  Template)

1. typenema... Ts : optional name을 가진 템플릿 파라미터 팩. 타입을 생성

2. Args... ts : optional name을 가진 함수 인자 파라미터 팩

3. sizeof...(ts) : 전달받은 인자의 개수를 결정

4. ts... : 함수 내부에서 인자들을 언팩(unpack)함. ts를 인수로 받아서 콤마(,)로 구분