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[UPDATE] 템플릿과 일반화 프로그래밍 #10
Jun 7, 2021
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항목 44. 매개변수에 독립적인 코드는 템플릿으로부터 분리시키자

  • 템플릿은 코딩 시간 절약, 코드 중복 회피 모두 한꺼번에 잡아주는 좋은 도구이다.
  • 아무 생각 없이 템플릿을 사용하면 템플릿의 적인 코드 비대화가 초래될 수 있다.
  • 템플릿의 코드 중복은 암시적이다.
    • 소스 코드에는 템플릿이 하나밖에 없기 때문에 템플릿이 여러 번 인스턴스화 될 때 발생할 수 있는 코드중복을 감각으로 알아내야 한다.

템플릿을 포함한 프로그램이 코드 비대화를 일으키는 상황

  • 고정 크기의 정방행렬을 나타내는 클래스 템플릿
template<typename T, std::size_t n>
class SquareMatrix{
public:
    void invert();            // 주어진 행렬을 저장 공간에서 역행렬로 만든다.
};

SquareMatrix<double, 5> sm1;  // SquareMatrix<double, 5>::invert 호출
sm1.invert();

SquareMatrix<double, 10> sm2; // SquareMatrix<double, 10>::invert 호출
sm2.invert();
  • T라는 타입 매개변수도 받지만, size_t 타입의 비타입 매개변수인 n도 받는다.
  • 함수 invert의 사본이 인스턴스화 되는데, 만들어지는 사본의 개수가 두 개이다.
    • 둘은 같은 함수일 수가 없다.
    • 행과 열 크기를 나타내는 상수만 빼면 두 함수는 완전히 같다.
  • 템플릿으로 인해 코드 비대화가 일어난다.

코드 비대화를 줄이기 위한 노력

함수로 분할하기

template<typename T>
class SquareMatrixBase{
protected:
    void invert(std::size_t matrixSize);          // 주어진 크기의 행렬을 역행렬로 만든다.
};

template<typename T, std::size_t n>
class SquareMatrix: private SquareMatrixBase<T>{
private:
    using SquareMatrixBase<T>::inmvert;           // 기본 클래스의 invert가 가려지는 것을 막기 위한 문장
public:
    void invert() {this->invert(n);}              // invert의 기본 클래스 버전에 대해 인라인 호출 수행
};
  • 같은 타입의 객체를 원소로 갖는 모든 정방행렬은 오직 한 가지의 SquareMatrixBase 클래스를 공유한다.
    • 기본 클래스 버전의 invert 함수도 오직 한개의 사본이다.
  • SquareMatrixBase::invert 함수는 파생 클래스에서 코드 복제를 피할 목적으로만 마련한 장치이기 때문에, protected 멤버로 선언한다.
    • 함수 호출에 추가 비용이 없어야 한다.(this를 쓰는 이유)

메모리 할당 방법의 결정 권한을 파생 클래스로 넘기는 방법

template<typename T>
class SquareMatrixBase{
protected:
    SquareMatrixBase(std::size_t m, T *pMem) : size(n), pData(pMem){} // 행렬 크기를 저장하고 행렬 값에 대한 포인터를 저장
    void setDataPtr(T * ptr) {pData = ptr;}                           // pData에 다시 대입
private:
    std::size_t size;                                                 // 행렬의 크기
    T *pData;                                                         // 행렬 값에 대한 포인터
};

template<typename T, std::size_t n>
class SquareMatrix: private SquareMatrixBase<T>{
public:
    SquareMatrix() : SquareMatrixBase<T>(n, data) {}                  // 행렬의 크기 및 데이터 포인터를 기본 클래스로 올려 보낸다.
private:
    T data[n*n];
}
  • 행렬 값을 담을 메모리 할당 방법의 결정 권한이 파생 클래스 쪽으로 넘어간다.
  • 동적 메모리 할당이 필요 없는 파생 클래스가 되지만, 객체 자체의 크기가 커질 수 있다.
    • 행렬의 데이터를 힙에 두면 된다.

데이터를 힙에 두는 방법

template<typename T, std::size_t n>
class SquareMatrix: private SquareMatrixBase<T>{
public:
    SquareMatrix() : SquareMatrixBase<T>(n, 0), pData(new T[n*n]) { this->setDataPtr(pdData.get());}
private:
    boost::scoped_arrayt<T> pData;
};

  • SquareMatrix에 속해 있는 멤버 함수 중 상당수가 기본 클래스 버전을 호출하는 단순 인라인 함수가 될 수 있다.

  • 똑같은 타입의 데이터를 원소로 갖는 모든 정방행렬들이 행렬 크기에 상관없이 기본 클래스 버전의 사본 하나를 공유한다.

  • 행렬 크기가 다른 SquareMatrix 객체는 저마다 고유의 타입을 갖고 있다.

    • SquareMatrix<double, 5>, SquareMatrix<double, 10>객체가 SquareMatrixBase<double> 클래스의 멤버 함수를 사용하고 있다 하더라도 둘의 타입이 다르기 때문에 다른 타입의 함수 호출을 컴파일러가 막아준다.

  • 크기별 고정 버전의 경우 행렬 크기가 컴파일 시점에 투입되는 상수이기 때문에 상수 전파등의 최적화 하기에 좋다.

  • 행렬 크기에 대해 한 가지 버전의 invert를 두도록 만들면 실행 코드의 크기가 작아진다.

    • 프로그램의 작업 세트 크기가 줄어들면서 명령어 캐시 내의 참조 지역성도 향상된다.
    • 프로그램 실행 속도가 더 빨라질 수 있다.