[코드 중심 C++] - 일반화, 탬플릿, 명시적 특수화, 암시적 구체화 (Generic Programming, Template, Explicit Specialization, Implicit instantiation)

일반화 : generic programming

template를 이용해서 generic programming을 할 수 있다.
template는 parameter의 별도의 함수/클래스를 만들지 않고 단 하나의 객체로 사용가능하게 해준다. 이는 곧 재사용성 극대화로 이어진다.

탬플릿 Template

탬플릿 template란, 함수나 클래스를 개별적으로 다시 작성하지 않아도, 여러 자료 형으로 사용할 수 있도록 하게 만들어 놓은 틀.

function template을 이용해서 이렇게 다양한 자료형에 대응할 수 있다. 다만 배열이나 구조체는 에러가 잘 발생한다. 구조체 연산 . ->을 연산자오버로딩을 통해 다시 정의해야한다고는 하는데 뭐 명확히 알려주진 않는다...

이렇게 함수에 대해서 탬플릿을 사용하면 함수 탬플릿이라고 부른다.

template <typename T>
T sum(T a, T b){
    return a + b;
}

여러개의 자료형에 대응하려 한다면 이렇게,

template <class T1, class T2>
void printAll(T1 a, T2 b){
    cout << "T1 : " << a << endl;
    cout << "T2 : " << b << endl;
    cout << "T1 + T2 : " << a + b << endl;
}

함수 탬플릿을 사용함으로써 각 자료형에 대해 함수가 동적 바인딩 될 것이고, 뭐 <int>, <double>이 들어가는 함수를 각각 사용하면 각 자료형에 맞게 함수가 재정의되서 따로 바인딩 될 것이다.

그리고 탬플릿 함수도 오버로딩 된다.

---

사용할 function template에 앞서 <>에 자료형을 적어줌으로써 어떤 자료형이 들어갈 지 명시해줄 수 있다.

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

template <typename T>
void change(T& a, T& b)
{
    T temp;
    temp =a;
    a = b;
    b = temp;
}


int main()
{
    string a = "Alex";
    string b = "Bob";
    change(a,b);
    cout << a << ":" << b << endl;
    // 호출시 무슨 자료형을 쓸것인지 <>안에 명시해줄수 있다. 가능하면 해주는 것이 보기에 편하다.
    change<string>(a,b); 
    cout << a << ":" << b << endl;
}

// output:
Bob:Alex
Alex:Bob

function template는 처음으로 호출될때 instance를 생성한다.
이후 생성된 instance는 해당 타입에 따라 특수화가 이루어지고, 프로그램이 완전히 종료될 때까지 계속 재사용된다.

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명시적 특수화 : Explicit Specialization

특정한 타입의 매개변수는 별도처리하고 싶을 때, 명시적 특수화를 통해 오버로딩한다.
T를 없애고 넣고싶은 데이터 타입을 넣어서 재정의하는 것이다.

template는 특정 type에 대해 explicit specialization(명시적 특수화)을 제공한다.
특정 타입에 대해 코드를 다르게 작성해서, 특수기능을 정의해줄 수 있다.
컴파일러는 특수화된 정의 발견 후에는 해당 정의만을 이용한다.

명시적 특수화는 template <>라고 써줌으로써 사용 가능하다.

함수의 경우 다른 특수화는 불가능. 명시적 특수화만 가능하다.
호출 순위 : 일반 함수 > 명시적 특수화 탬플릿 함수 > 탬플릿 함수

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

template <typename T>
void change(T& a, T& b)
{
    T temp;
    temp =a;
    a = b;
    b = temp;
}

/*명시적 특수화 부분*/
// template<>
// void change(int& a, int& b)
// 이렇게 적어도 좋다.
template <>
void change<int>(int& a, int& b)
{
    int temp;
    temp =a;
    a = b;
    b = temp;
}


int main()
{
    string a = "Alex";
    string b = "Bob";
    change(a,b); // 이렇게 특정한 데이터 타입에 해당하는 함수를 요구하는 것을 '암시적 구체화'라고한다
    cout << a << ":" << b << endl;
}

// output:
Bob:Alex

명시적 구체화의 경우 아래와 같이 따로 함수를 정의하면 된다.
template void change<int>(int& a, int& b)
<int>에 맞는 함수를 미리 구체화해놓는다는 것이다.(탬플릿 함수로 정의하면 미리 구체화는 안해놓는다.)

---

class template

클래스 템플릿은 객체를 생성할때 타입을 정해준다.

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

template <typename T>
class Data
{
private:
    T data;
public:
    Data(T data) : data(data) {}
    void setData(T data){this -> data = data;}
    T getData(){ return data; }
};

int main()
{
    Data<int> data1(1);
    Data<string> data2("Alex");    
    cout << data1.getData() << ":" << data2.getData() << "\n";

    // Data<> data3(1);
    // class template은 <>안에 아무것도 안쓰면 컴파일 에러가 난다.
    // error: wrong number of template arguments (0, should be 1)
}

다만 탬플릿의 자료형을 default하게 정해준 경우에는 <>를 써서 객체를 생성할 수 있다.

//class default template

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

// default 자료형을 지정해준다.
template <typename T = int>
class Data
{
private:
    T data;
public:
    Data(T data) : data(data) {}
    void setData(T data){this -> data = data;}
    T getData(){ return data; }
};

int main()
{
    Data<> data1(1);
    Data<string> data2("Alex");
    cout << data1.getData() << ":" << data2.getData() << "\n";

    // Data data2(1);    //error: missing template arguments before ‘data2’
}

// output:
1:Alex

---

참고

template(템플릿)

명시적 특수화(어려움 주의)

암시적 구체화

진짜 파도파도 끝이 없는 C++의 세계...

template 라고 선언해도 무방하다.
다만 구분해야하는 경우도 있다.도 있다.