C++

<colcolor=#00599c,#659AD2> C++
개발	비야네 스트로스트룹
버전	23

#!syntax cpp
import std; // 또는 import <print>;

int main() {
    std::println("Hello, world!");
}

1. 개요

1.1. C와의 차이점

#!syntax cpp
struct A { int x, y; };
struct B { struct A a; };
struct A a = {.y = 1, .x = 2}; // valid C, invalid C++ (out of order)
int arr[3] = {[1] = 5};        // valid C, invalid C++ (array)
struct B b = {.a.x = 0};       // valid C, invalid C++ (nested)
struct A a = {.x = 1, 2};      // valid C, invalid C++ (mixed)

클래스 비교 코드

#!syntax cpp
// C 스타일
typedef struct GameObjectTag { long id; float x, y, z; } GameObject;

static GameObject* CreateObject() {
    static long __gobject_id = 1;
    GameObject* result = (GameObject*) malloc(sizeof GameObject);
    if (result) {
        result->id = __gobject_id++;
    }

    return result;
}
static void InitObject(GameObject* obj, long id) { obj->id = id; obj->x = 0; obj->y = 0; obj->z = 0; }
static void InitObject(GameObject* obj, long id, float x, float y, float z) { obj->id = id; obj->x = x; obj->y = y; obj->z = z; }
static void MoveObject(GameObject* obj, float x, float y, float z) { obj->x = x; obj->y = y; obj->z = z; }

#include <iostream>
 
struct Foo
 { 
    int n ; 
    Foo ( ) 
    { 
        std :: cout  <<  "statikus konstruktor \n " ; 
    } 
    ~Foo ( ) 
    { 
        std :: cout  <<  "statikus destruktor \n " ; 
    } 
} ;
 
Foo f ;  // statikus objektum
 
int main ( ) 
{ 
    std :: cout  <<  "főfüggvény \n " ; 
}

// C++ 스타일
class GameObject
{
public:
    constexpr GameObject(const long& new_id, const float& cx = 0, const float& cy = 0, const float& cz = 0) noexcept
        : id(new_id), x(cx), y(cy), z(cz)
    {}
    
    constexpr void Move(const float& x= 0, const float& y = 0, const float& z = 0) noexcept
    {
        this->x = x;
        this->y = y;
        this->z = z;
    }

    [[nodiscard]]
    constexpr std::tuple<float&, float&, float&> GetPosition() noexcept { return std::tie(x, y, z); }

    [[nodiscard]]
    constexpr std::tuple<const  float&, const  float&, const  float&> GetPosition() const noexcept { return std::tie(x, y, z); }

    long myID = -1; // 기본값
    float x, y, z;
}

#!syntax cpp
    std::ios_base::sync_with_stdio(false);

1.2. 객체 지향 프로그래밍

1.3. 일반화 프로그래밍

1.4. 메타 프로그래밍

• SFINAE(Substitution Failure Is Not An Error): 함수를 오버로딩 하는데 있어 조건에 따라 일부러 오류가 발생하는 템플릿의 구현 코드를 발생시켜 틀리지 않은 특정 구현만 선택되게 만드는 테크닉이다. C++의 템플릿은 자료형의 상태를 서술하기 위해 분명히 존재하지만, 실제로 인스턴스화되는 시점은 런타임 직전 사용자의 코드에서 실제 자료형을 가져와야 한다. C++ 문법의 틈새에 존재하는 문법 오류이지만 런타임 오류가 아닌 상황을 적극 활용하는 것이다. 직역하면 '대입 실패는 오류가 아니다'라는 뜻이다.

#!syntax cpp
constexpr size_t fibonacci(size_t n) noexcept
{
	return (n < 2) ? n : fibonacci(n - 1) + fibonacci(n - 2);
}

constexpr size_t result = fibonacci(7); // 13

템플릿 코드

#!syntax cpp
template <size_t N>
struct Fibonacci
{
	static constexpr size_t Value = Fibonacci<N - 1>::Value + Fibonacci<N - 2>::Value;
};

template<>
struct Fibonacci<0>
{
	static constexpr size_t Value = 0;
};

template<>
struct Fibonacci<1>
{
	static constexpr size_t Value = 1;
};

int arr[Fibonacci<7>::Value];

C++17의 if constepxr 또는 C++20의 consteval을 활용하면 더 간결하게 쓸 수 있다.

#!syntax cpp
template<size_t N>
constexpr size_t Fibonacci() noexcept // C++20 이후에는 consteval로 지정해도 문제없다.
{
	if constexpr (N < 2) return N;
	else return Fibonacci<N - 1>() + Fibonacci<N - 2>();
}

int arr[Fibonacci<7>()];

CRTP 예제 코드

#!syntax cpp
template <typename Derived>
class Base
{
    constexpr void Function() noexcept(noexcept(Cast()->Function()))
    {
        Cast()->Function();
    }

protected:
     constexpr Derived* Cast() noexcept
     {
         return static_cast<Derived*>(this);
     }

     constexpr const Derived* Cast() const noexcept
     {
         return static_cast<const Derived*>(this);
     }
};

class CRTPDerived1 : public Base<CRTPDerived1>
{
public:
    void Function() noexcept // Base::Function은 상수식이 아니고 noexcept(true)
    {
        std::print("CRTPDerived1");
    }
};

template <typename... Ts>
class CRTPDerived2 : public Base<CRTPDerived2<Ts...>>
{
public:
    constexpr void Function() // Base::Function은 상수식이지만 noexcept(false)
    {
        throw "CRTPDerived2";
    }
};

1.5. 용도

2. 문법

3. 언어 명세

4. 표준 라이브러리

5. 역사

5.1. 모던 C++

5.1.1. C++26

5.1.2. C++23

1. 개별 헤더가 아닌 표준 라이브러리 전체에 대해 모듈 지원. import std; 또는 호환성을 위해 import std.compat;으로 사용 가능함
2. 정적 [] 연산자
3. 정적 () 연산자
4. 인덱스 참조 연산자 [] 에 여러 개의 인자를 전달할 수 있음
5. 람다 표현식에 특성을 사용할 수 있음
6. constexpr 함수 안에서 goto문을 포함하여 상수 평가식이 아닌 구문을 사용할 수 있음. 왜냐하면 C++23에 와서는 constexpr는 반드시 상수 평가식이 아니라, 컴파일 시간에 실행될 수도 있는 표현식이기 때문임. 대신 문맥 구분을 위해 반드시 std::is_constant_evaluated()를 사용해야함
7. 완벽한 인자 전달 (Perfect Forwarding)을 위해 std::forward 대신에 auto(glvalue), auto{glvalue}를 사용할 수 있음
8. 새로운 특성 [[assume(expression)]]

5.1.3. C++20

1. 모듈 지원. 표준 라이브러리는 개별 헤더만 지원함
2. 부동 소수점에 대해 원자 클래스 std::atomic 지원
3. 노가다를 줄여주는 std::remove_cvref
4. 컴파일 시간에 힙 메모리 할당과 소멸이 가능함
1. constexpr std::allocator, std::construct_at, std::destroy, std::destroy_at
2. constexpr std::vector
3. constexpr std::string
5. std::is_constant_evaluated(); 함수를 통해 현재 컴파일 시점인지 아닌지 알 수 있음
6. 가상, 추상 함수도 constexpr이 될 수 있음
7. 소멸자도 constexpr이 될 수 있음. 기본 생성자, 소멸자가 모두 constexpr라면 자명 (Trivial)한 클래스가 되고 consteval 함수의 반환 값, 각종 상수 평가식, 그리고 템플릿 매개변수로 사용할 수 있음
8. constexpr 함수에 try 문을 사용할 수 있음. 만약 상수 시간에 오류가 발생하면 즉시 알 수 있음
9. consteval로 이젠 모든 것이 다 되는 constexpr 특유의 모호성을 제거하고 반드시 상수 시간에 평가하도록 설정할 수 있음
10. constinit를 통해 static 변수를 컴파일 시간에 초기화할 수 있음
11. 함수를 정의할 때 noexcept(상수 bool 평가식)와 같이 선택적으로 noexcept를 지정할 수 있음
12. <chrono>에서 년월일, 요일, 주말, 날짜, C 라이브러리를 대체하는 시간대 권역 지원
13. <thread>에서 소멸자에서 자동으로 join()을 실행하는 std::jthread 클래스가 추가됨. 그리고 std::stop_token, std::stop_source를 이용해 스레드 진행을 원격으로 멈출 수 있음 [30]
14. 새로운 특성 [[no_unique_address]]
15. 새로운 특성 [[likely]], [[unlikely]][31]

5.1.4. C++17

1. 템플릿 인자 추론

{{{#!syntax cpp template<typename T> class Aaa {};

1. 구조적 바인딩: 튜플 또는 집합 구조체를 풀어쓰는 기능을 제공함. 가령 auto [a, b, c] = std::tuple(4, 5, 6);에서 a는 4, b는 5, c는 6이 됨
2. 클래스의 객체를 생성하기 위해 생성자에 바로 같은 클래스 객체를 전달했을때, 해당 클래스의 이동 생성자가 존재한다면 순수한 R-Value가 되어 마치 존재하지 않은 것처럼 처리됨. 예를 들어 이동 생성자가 있는 클래스 A를 생성할 때 A aaa{A{}};에서 안쪽의 A{}는 코드 상에만 보이고 실행 시점에는 보이지 않는 존재가 됨
3. noexcept 속성이 함수의 자료형에 포함됨. 함수 포인터, 람다 표현식, 함자 객체에서 noexcept를 명시한 것과 하지 않은 것이 다른 함수로 취급됨
4. 람다 표현식의 문맥 캡처 부분에 this를 사용할 수 있음. 이를 통해 자신의 메서드, 필드만 캡처할 수도 있음
5. constexpr 람다 표현식
6. if constexpr if문과 사용법은 같지만, 평가되고 실행되는 내용은 컴파일 시점에 즉시 결정됨. 실행되지 않는 쪽은 아예 코드에서 제거됨. 이를 이용해 오버로딩 없이 완전 다른 자료형을 반환하는 함수를 만들 수 있음
7. inline을 변수 선언에 사용할 수 있음. static inline 필드는 선언 즉시 값을 할당할 수 있음. 어떤 이름공간 안에 있는 inline constexpr 변수는 static 변수처럼 중복 선언이 일어나지 않으며 항상 단일하게 존재하는 이름이 됨. 템플릿 inline constexpr 변수는 늦게 평가되며 컴파일 시점에 값이 그대로 대입됨. 그리고 static constexpr의 경우 자동으로 static inline constexpr로 연역됨
8. 중첩되는 이름공간을 namespace ns1::ns2 { ...; }와 같이 바로 선언할 수 있음
9. 이름없는 매개 변수가 가능해짐. 함수에 std::in_place, std::in_place_type<T> 같은 메타 인자를 전달할 때 유용함
10. Enum en{ value };과 같이 열거형의 생성, 대입을 형변환 없이 바로 할 수 있음. 이는 enum class에도 적용됨
11. 번거롭게 alignas를 클래스에 붙일 필요 없이 std::aligned_alloc로 동적으로 메모리 할당과 동시에 정렬이 가능해짐
12. 새로운 특성 [[fallthrough]]
13. 새로운 특성 [[maybe_unused]]
14. 새로운 특성 [[nodiscard]], [[nodiscard(message)]]

5.1.5. C++14

1. 템플릿 변수 #
2. auto를 사용한 함수의 반환형 추론
3. auto를 사용한 일반화된 람다 표현식
4. constexpr 함수에서 static_assert, typedef와 using을 사용한 자료형 별칭 선언, using namespace, using type::필드, 메서드, 생성자 등을 사용할 수 있음
5. 아무것도 안하거나, 아무것도 반환하지 않는 constexpr 함수가 허용됨
6. 1'000'000'000와 같이 '를 사용하여 자리수를 구분할 수 있음
7. 0b011101101와 같이 두문자 0b를 붙여 2진수를 사용할 수 있음. '도 사용 가능함

5.1.6. C++11

5.2. 클래식 C++

6. 평가

6.1. 장점

6.1.1. 무비용 추상화

6.1.2. 많은 시스템에서 지원하는 언어

6.1.3. 수많은 기능

6.2. 단점

6.2.1. 높은 학습 난이도

6.2.2. 메모리 관리 & 보안

6.2.3. 애매한 위치

6.2.3.1. C언어와의 호환성

6.2.3.2. 템플릿의 난해성

6.2.4. 성능 저하 요소

6.2.4.1. RTTI

• dynamic_cast
• virtual

6.2.4.2. 예외

6.2.5. 패키지 관리자

Conan의 로고 이미지

7. 학습 자료

8. 방언 및 확장

8.1. GPGPU를 위한 확장

8.1.1. CUDA

8.1.2. OpenCL

8.2. 마이크로소프트의 방언

8.2.1. C++/CLI

8.2.2. C++/CX

8.2.3. C++/CL

9. 관련 문서

• C(프로그래밍 언어)
• 인라인 함수
• 표준 라이브러리
• Boost
• 템플릿
• 컴퓨터공학과[66]
• 객체 지향 프로그래밍
• Carbon[67]
• F-35 - F-35의 소프트웨어는 예외적으로 Ada가 아닌 C++로 프로그래밍 되어있다.

10. 외부 링크

• 레퍼런스 위키 사이트
• 비아르네 스트로우스트루프의 C++11 FAQ
• Classpert C++ 과정
• 가장 최근에 나온 C++을 기준으로 계속 업데이트되는 가이드라인