[C++] 완벽한 전달과 std::forward에 대하여
개요: 완벽 전달, 왜 중요할까?
C++에서 완벽 전달(Perfect Forwarding) 은 템플릿 함수나 생성자에서 인자를 다른 함수나 생성자로 원래 형태 그대로 전달하는 것을 의미합니다. 여기서 “원래 형태”란 좌측값(l-value) 또는 우측값(r-value) 여부를 포함합니다. 완벽 전달은 제네릭 프로그래밍(Generic Programming)에서 성능 향상과 코드의 유연성을 높이는 데 매우 중요한 역할을 합니다.
완벽 전달의 필요성: 왜 원래 형태 그대로 전달해야 할까?
함수 템플릿을 사용하여 다양한 타입의 인자를 처리할 때, 인자의 좌측값/우측값 여부에 따라 다른 처리를 해야 하는 경우가 있습니다. 예를 들어, 우측값 인자를 다른 함수로 전달할 때는 이동 의미(move semantics) 를 사용하여 불필요한 복사를 피하고 성능을 향상시킬 수 있습니다. 하지만 템플릿 함수 내에서는 인자의 좌측값/우측값 여부를 알 수 없기 때문에 완벽 전달 기술이 필요합니다.
해결책 -> std::forward
std::forward는 인자의 좌측값/우측값 여부를 판단해서, l-value로 들어왔다면 l-value로 리턴, r-value로 들어왔다면 r-value로 리턴해줍니다.
std::forward 작동 방식
std::forward는 타입 추론(Type Deduction)과 SFINAE(Substitution Failure Is Not An Error) 를 활용하여 인자의 좌측값/우측값 여부를 판단하고, 이에 따라 적절한 형태로 인자를 전달합니다.
- 타입 추론: 템플릿 함수 인자의 타입을 추론하여 좌측값 참조 또는 우측값 참조 여부를 판단합니다.
- SFINAE: 타입 추론 결과에 따라 적절한 함수 오버로드를 선택적으로 활성화합니다.
std::forward: 완벽 전달의 핵심 도구
C++ 표준 라이브러리(STL)는 std::forward 함수를 제공하여 완벽 전달을 지원합니다. std::forward는 템플릿 인자를 원래 형태 그대로 다른 함수로 전달하는 역할을 합니다.
예시 코드
#include <iostream>
#include <utility>
template <typename T>
void Wrapper(T&& arg) {
// arg는 보편 참조(Universal Reference)
// std::forward를 사용하여 arg를 원래 형태대로 Foo 함수에 전달
Foo(std::forward<T>(arg));
}
void Foo(int& arg) {
std::cout << "Foo(int& ) called" << std::endl;
}
void Foo(int&& arg) {
std::cout << "Foo(int&&) called" << std::endl;
}
int main() {
int x = 10;
Wrapper(x); // Foo(int&) 호출
Wrapper(20); // Foo(int&&) 호출
return 0;
}
활용 예시
- 함수 래퍼(Function Wrapper): 함수 포인터, 함수 객체, 람다 함수 등을 래핑하는 함수 템플릿을 만들 때 완벽 전달을 사용하여 인자를 원래 형태대로 전달할 수 있습니다.
- 팩토리 함수(Factory Function): 다양한 타입의 객체를 생성하는 팩토리 함수 템플릿을 만들 때 완벽 전달을 사용하여 생성자 인자를 원래 형태대로 전달할 수 있습니다.
- 이동 생성자(Move Constructor) 및 이동 할당 연산자(Move Assignment Operator): 이동 생성자 및 이동 할당 연산자에서 다른 객체의 자원을 이동할 때 완벽 전달을 사용하여 효율적인 자원 관리를 할 수 있습니다.
주의사항
- 보편 참조(Universal Reference): 템플릿 함수 인자를 T&& 형태로 선언하면 보편 참조가 됩니다. 보편 참조는 좌측값 또는 우측값을 모두 받을 수 있습니다.
- std::forward 사용:
std::forward는 보편 참조 인자를 다른 함수로 전달할 때 반드시 사용해야 합니다. 그렇지 않으면 의도치 않은 복사 또는 이동이 발생할 수 있습니다. - 타입 추론:
std::forward는 템플릿 인자의 타입을 추론하여 인자를 전달하므로, 타입 추론 규칙을 잘 이해해야 합니다.