#14. [레거시 C++ 가이드] 초기화
모던 C++
- (C++11~) 중괄호 초기화를 제공하여 클래스인지, 배열인지, 구조체인지 구분없이 중괄호(
{})를 이용하여 일관성 있게 초기화 할 수 있으며, 초기화 파싱 오류도 해결했습니다.- (C++11~) 멤버 선언부 초기화가 추가되어 비정적 멤버 변수의 초기화가 쉬워졌습니다.
- (C++17~) 임시 구체화와 복사 생략 보증을 통해 컴파일러 의존적이었던 생성자 호출 및 함수 인수 전달 최적화, 리턴값 최적화등이 표준화 되었습니다.
- (C++17~) 인라인 변수가 추가되어 헤더 파일에 정의된 변수를 여러개의 cpp에서 #include 하더라도 중복 정의 없이 사용할 수 있습니다. 또한, 클래스 정적 멤버 변수를 선언부에서 초기화 할 수 있습니다.
- (C++20~) 지명 초기화가 추가되어 중괄호 집합 초기화시 변수명을 지명하여 값을 초기화 할 수 있습니다.
개요
생성 후 대입하는 건, 생성과 대입의 2개 과정을 거쳐서 낭비입니다. 또한 예외 보증에도 좋지 않습니다. 생성 후 대입 과정에서 예외가 발생하면 난감해지니까요.(swap을 이용한 예외 보증 복사 대입 연산자 참고)
또한, 개체 생성시 초기화를 하지 않으면, 초기화되지 않은 개체를 사용하는 실수를 할 수 있습니다. 그러니 항상 생성과 동시에 초기화 하는 것이 좋습니다.
하지만 초기화 방법은 다른 언어에 비해 난해합니다.
T obj = val;과 같은 직관적이고 단순한 표현이, 조금 파보면 숨은 의미들이 생겨납니다.(사실 이런게 C++의 재미죠.)
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위치가 전역인지, 정적인지, 멤버인지, 지역인지에 따라 불법이 될 수도 있고 아닐 수도 있습니다.(정적 멤버 변수, 개체의 멤버 변수는 선언과 동시에 초기화하는게 불법입니다.)
(C++11~) 멤버 선언부 초기화가 추가되어 비정적 멤버 변수의 초기화가 쉬워졌습니다.
(C++17~) 인라인 변수가 추가되어 헤더 파일에 정의된 변수를 여러개의 cpp에서 #include 하더라도 중복 정의 없이 사용할 수 있습니다. 또한, 클래스 정적 멤버 변수를 선언부에서 초기화 할 수 있습니다. -
또한 클래스나 구조체 세계로 가면, 형변환으로 해석될 수도 있고, 함수 선언으로 해석될 수도 있고, 비효율적일 수도 있고, 비효율적이라 생각했는데 컴파일러가 알아서 최적화 해줄 수도 있습니다.
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구조체 정의를 어떻게 했으냐에 따라 중괄호 집합 초기화를 사용할 수도, 사용하지 못할 수도 있습니다.
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위치가 전역인지, 정적인지, 멤버인지, 지역인지와 생성자를 어떻게 호출했는지에 따라 자동 제로 초기화가 될수도, 안될 수도 있습니다.
이모든 것들을 이해하고 복사 부하 없이 효율적으로 초기화 할 수 있다면, C++ 마스터입니다.
초기화에는 다음과 같은 방법들이 있습니다.
| 항목 | 내용 |
|---|---|
| 기본 초기화 | T obj; |
| 값 초기화 | T obj(); |
| 복사 초기화 | T obj = other; 또는T obj(other); |
| 생성 후 대입(불필요한 부하) | T obj;obj = other; |
| 배열 초기화 | T arr[] = {};,char str[] = "abc"; |
| 구조체 초기화 | struct T {int x;int y;};T t = {0, 10}; |
다음은 초기화 테스트용 클래스입니다. 기본 생성자, int를 전달받는 값 생성자(형변환이 되지 않게 explicit로 정의했습니다. 명시적 변환 생성 지정자(explicit) 참고하세요.), 복사 생성자, 복사 대입 연산자를 정의하였습니다.
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class T {
public:
T() {} // 기본 생성자
explicit T(int t) {} // int를 전달받는 생성자. explicit를 주어 암시적 형변환을 막음
T(int x, int y) {} // 값 2개를 전달받는 생성자
T(const T& other) {} // 복사 생성자
void operator =(const T& other) {} // 복사 대입 연산자
};
기본 초기화
T obj; 와 같이 생성하면, 기본 생성자가 호출되어 기본 초기화를 수행합니다.
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T obj; // (O) 기본 생성자 호출
T obj();와 같이 괄호로 정의하면, 개체 생성이 아니라 T를 리턴하는 obj() 함수 선언으로 인식되니 주의하세요. (초기화 파싱 오류 참고)
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T obj(); // (△) 비권장. 초기화 아님. T를 리턴하는 obj 함수 선언임
값 초기화
값 초기화는 값 생성자를 이용하여 특정한 값으로 생성할 때 사용합니다.
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T obj(1); // (O) int를 전달받는 생성자 호출
T obj(1, 2); // (O) 값 2개를 전달받는 생성자 호출
특별히 값이 1개이면, 형변환 생성자라고 하는데요, 복사 대입 연산자(=) 형태로 표현할 수 있습니다. 하지만 이게 프로그래머의 의도인지, 실수인지 헷갈릴때가 있습니다.
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T obj = 1; // (△) 비권장. T t(int x); 를 호출을 위한 것인지, 정수 1을 T에 잘못 대입한 것인지 헷갈립니다.
그래서 복사 대입 연산자(=) 형태로 사용하는 것은 형변환이 되지 않도록 explicit를 사용하여 막아주는게 좋습니다. 컴파일 오류로 알려 주거든요.
대신 T obj = T(1);와 같이 명시적으로 생성한 개체를 대입하는 형태로 표현할 수도 있는데요, 이 방식은 T(1)로 생성한 개체를 T obj 의 복사 생성자로 생성하는 구문이어서 생성자를 2회 호출합니다. 개체 1개를 생성하기 위해 생성자를 2회 호출하니 비효율적이죠.(사실 컴파일러 최적화에 의해 생성자를 1회 호출하기는 합니다. 생성자 호출 및 함수 인수 전달 최적화 참고)
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T obj = T(1); // (△) 비권장. T(1)로 생성한 개체를 T obj 의 복사 생성자를 호출하여 생성합니다.
그리고, T obj(T(1));와 같이 명시적으로 값 생성자와 복사 생성자를 호출하는 표현이 있을 수 있습니다. 이 또한 T obj = T(1); 와 동일하게 생성자가 2회 호출하므로 비효율적입니다.(사실 컴파일러 최적화에 의해 생성자를 1회 호출하기는 합니다. 생성자 호출 및 함수 인수 전달 최적화 참고)
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T obj(T(1)); // (△) 비권장. T(1)로 생성한 개체를 T obj 의 복사 생성자를 호출하여 생성합니다.
상기와 여러가지 가능한 표현 방식이 있습니다만, 다음과 같이 생성자를 직접 호출하는게 암시적 형변환에 안전하고 생성자를 1회만 호출하므로 효율적입니다.(자꾸 쓰다보면 가독성도 좋아지더라구요.)
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T obj(1); // (O) int를 전달받는 생성자 호출
T obj(1, 2); // (O) 값 2개를 전달받는 생성자 호출
(C++17~) 임시 구체화와 복사 생략 보증을 통해 컴파일러 의존적이었던 생성자 호출 및 함수 인수 전달 최적화, 리턴값 최적화등이 표준화 되었습니다.
복사 초기화
값 초기화에서 특별히 같은 타입을 전달한다면 복사 생성자를 호출해 주며, 복사 초기화 라고 합니다. 복사 생성자도 복사 대입 연산자(=) 형태로 사용하는 것을 explicit를 사용하여 막을 수 있습니다만, 형변환이 되는게 아니므로, 굳이 막을 필요는 없습니다.
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T other;
T obj1 = other; // (O) 타입이 같다면 복사 생성자가 호출됨
T obj2(other); // (O) 명시적으로 복사 생성자 호출됨
초기화 파싱 오류
안타깝게도 함수 선언의 문법과 생성자 호출의 문법이 유사하여 컴파일러가 이 둘을 구분하지 못합니다. 따라서, C언어와의 호환성을 위해 그냥 함수 선언으로 해석합니다.
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T f(); // T 타입을 리턴하는 함수 f()를 선언합니다.
T obj(); // T 타입의 obj 개체를 기본 생성자로 생성하고 싶지만, 사실은 T 타입을 리턴하는 함수 obj()를 선언합니다.
| 항목 | 의도 | 컴파일러 해석 |
|---|---|---|
T obj(); |
T 타입의 obj 개체를 기본 생성자로 생성하고 싶습니다. |
T 타입을 리턴하는 함수 obj()를 선언합니다. |
T obj(T()); |
T 타입의 기본 생성자로 생성한 것을 obj에 복사 생성하고 싶습니다. |
T 타입을 리턴하고, T(*)() 함수 포인터를 인자로 전달받은 함수 obj()를 선언합니다. |
따라서 상기 의도에 따른 표현은 다음과 같이 해야 합니다.
| 항목 | 바른 표현 | 내용 |
|---|---|---|
T obj(); |
T obj; |
단, 자동 제로 초기화가 안됩니다. |
T obj(); 또는T obj(T()); |
T obj = T(); |
자동 제로 초기화가 됩니다. 다만 기본 생성자로 생성한 것을 복사 생성자로 한번더 생성하는 것이므로, 생성자를 2회 호출하는 표현인데요, 다행스럽게도 컴파일러에 따라 1회로 최적화 해줍니다.(생성자 호출 및 함수 인수 전달 최적화 참고) |
(C++11~) 중괄호 초기화가 추가되어
T obj{};와 같이 기본 생성자를 호출할 수 있습니다.
(C++17~) 임시 구체화와 복사 생략 보증을 통해 컴파일러 의존적이었던 생성자 호출 및 함수 인수 전달 최적화, 리턴값 최적화등이 표준화 되었습니다.
생성자 호출 및 함수 인수 전달 최적화
생성자 호출이나 함수 인자 전달시 다음 초기화 사례들은 컴파일러에 따라 1회 생성자 호출로 최적화 해줍니다.(상황에 따라 최적화가 안되면 비효율적인 코드가 될 수 있습니다.)
| 항목 | 의도 | 컴파일러 최적화 |
|---|---|---|
T obj = T(); |
기본 생성자로 생성한 것을 복사 생성자를 호출하여 전달합니다. | obj의 메모리 위치에 기본 생성자를 호출합니다. |
T obj = T(arg); |
T(arg)로 생성한 것을 복사 생성자를 호출하여 전달합니다. |
obj의 메모리 위치에 T(arg) 생성자를 호출합니다. |
T obj(T(arg)); |
T(arg)로 생성한 것을 복사 생성자를 호출하여 전달합니다. |
T obj = T(arg);과 동일합니다. |
(C++17~) 임시 구체화와 복사 생략 보증을 통해 컴파일러 의존적이었던 생성자 호출 및 함수 인수 전달 최적화, 리턴값 최적화등이 표준화 되었습니다.
생성 후 대입 : 하지 마라.
생성 후 대입을 할 수 있습니다만, 서두에 말씀드렸듯이 하지 마십시요.
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T other;
T obj; // 기본 생성자
obj = other; // (△) 비권장. 생성하고 대입하지 말고, 완전하게 생성하세요. T obj(other); 가 낫습니다.
배열 초기화
배열 정의시 배열 요소의 갯수가 유추될 수 있도록 중괄호 집합 초기화를 사용할 수 있으며, 문자열 상수로 초기화 할 수 있습니다.(더 자세한 내용은 배열 초기화를 참고하세요.)
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int arr1[3]; // (△) 비권장. int 형 3개 정의. 초기화 되지 않아 비권장
// int arr1[]; // (X) 컴파일 오류. 갯수가 지정되지 않음. 오류
// int arr1[] = {}; // (X) 컴파일 오류. 갯수가 지정되지 않음. 오류
int arr2[] = {0, 1, 2}; // (O) 갯수만큼 초기화
int arr3[3] = {}; // (O) 3개 모두 0으로 초기화
int arr4[3] = {0, 1, }; // (O) 갯수가 적거나 같아야 함. 모자라면 0
EXPECT_TRUE(arr2[2] == 2);
EXPECT_TRUE(arr3[0] == 0 && arr3[1] == 0 && arr3[2] == 0);
EXPECT_TRUE(arr4[2] == 0);
char str1[] = "abc"; // (O) {'a', `b`, 'c', '\0'};
EXPECT_TRUE(str1[0] == 'a');
EXPECT_TRUE(str1[1] == 'b');
EXPECT_TRUE(str1[2] == 'c');
EXPECT_TRUE(str1[3] == '\0'); // 널문자가 추가됨
wchar_t str2[] = L"abc"; // (O) {L'a', L`b`, L'c', L'\0'};
EXPECT_TRUE(str2[0] == L'a');
EXPECT_TRUE(str2[1] == L'b');
EXPECT_TRUE(str2[2] == L'c');
EXPECT_TRUE(str2[3] == L'\0'); // 널문자가 추가됨
(C++11~) 중괄호 집합 초기화가 개선되어
=없이 사용 가능합니다.
(C++20~) 지명 초기화가 추가되어 중괄호 집합 초기화시 변수명을 지명하여 값을 초기화 할 수 있습니다.
구조체 초기화
구조체는 별도로 값 초기화를 위한 값 생성자를 구현하지 않더라도 중괄호 집합 초기화를 사용하여 초기화 할 수 있습니다.
단, 모든 멤버 변수의 접근 지정자가 public이어야 하며, 선언된 순서와 초기화 순서가 일치하여야 합니다.(더 세부적인 제약 조건은 집합 타입을 참고 하세요.)
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struct T {int x; int y;}; // 멤버 변수가 public 입니다.
T t = {10, 20}; // (O) 중괄호로 초기화. 선언된 순서와 일치해야 합니다.
EXPECT_TRUE(t.x == 10 && t.y == 20);
(C++11~) 중괄호 집합 초기화가 개선되어
=없이 사용 가능합니다.
(C++20~) 지명 초기화가 추가되어 중괄호 집합 초기화시 변수명을 지명하여 값을 초기화 할 수 있습니다.
자동 제로 초기화
기본적으로 변수는 생성시 초기화하지 않으면, 기존 메모리에 있는 쓰레기 값을 갖게 되지만, 하기의 경우는 메모리 영역을 제로(0)로 만들어 초기화 합니다.
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T t;
T* ptr1 = new T; // 괄호 없이 생성합니다. 자동 초기화가 안됩니다.
T* ptr2 = new T(); // 괄호로 생성합니다. 자동 초기화가 됩니다.
EXPECT_TRUE(g_Val == 0); // 전역 변수는 0으로 자동 초기화
EXPECT_TRUE(s_Val == 0); // 정적 전역 변수는 0으로 자동 초기화
EXPECT_TRUE(T::s_m_Val == 0); // 정적 멤버 변수는 0으로 자동 초기화
EXPECT_TRUE(T::s_c_m_Val == 0); // 정적 상수 멤버 변수는 명시적 초기화
EXPECT_TRUE(ptr1->m_Val == 0 || ptr1->m_Val != 0); // new T; 로 생성하면 자동 초기화 되지 않습니다.
EXPECT_TRUE(ptr2->m_Val == 0); // new T(); 로 생성하면 자동 초기화됩니다.
EXPECT_TRUE(t.f1() == 0); // 정적 지역 변수는 0으로 자동 초기화
// EXPECT_TRUE(t.f2() != 0); // 지역 변수는 쓰레기값이 될 수도 있음
int arr[3] = {1, };
EXPECT_TRUE(arr[0] == 1 && arr[1] == 0 && arr[2] == 0); // 배열 갯수 보다 초기화 갯수가 적을때 나머지 요소는 0으로 자동 초기화
delete ptr1;
delete ptr2;
뭐는 자동으로 0이 되고, 어떻게 호출하느냐에 따라 안될 수도 있고, 복잡하죠?
복잡하니, 모든 변수를 초기화 한다는 대원칙을 가지고 작성하세요. 생성자 없이 자동 제로 초기화에 의존해서 개발했는데, 다른 누군가가 T* ptr1 = new T;와 같이 사용한다면 낭패니까요.
| 항목 | 자동 제로 초기화 지원 | 선언에서 명시적 초기화 지원 | 권장 초기화 방법 |
|---|---|---|---|
| 전역 변수 | O | O | 선언시 초기화 |
| 정적 전역 변수 | O | O | 선언시 초기화 |
| 정적 멤버 변수 | O | X | 사용 비권장. 함수내의 정적 지역 변수 사용 |
| 정적 상수 멤버 변수 | X | O | 선언시 초기화 |
| 개체의 멤버 변수 | △ | X | 기본 생성자의 초기화 리스트. (new T;와 new T();가 달라서 △로 표기했습니다. 실수할 소지가 많으니 명시적으로 초기화 하세요.) |
| 함수내 정적 지역 변수 | O | O | 선언시 초기화 |
| 지역 변수 | X | O | 선언시 초기화 |
(C++11~) 멤버 선언부 초기화가 추가되어 비정적 멤버 변수의 초기화가 쉬워졌습니다.
(C++17~) 인라인 변수가 추가되어 헤더 파일에 정의된 변수를 여러개의 cpp에서 #include 하더라도 중복 정의 없이 사용할 수 있습니다. 또한, 클래스 정적 멤버 변수를 선언부에서 초기화 할 수 있습니다.
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