C++ 클래스 템플릿 (Class Templates)

클래스 템플릿 (Class Templates)

• 클래스에도 템플릿을 적용할 수 있다.

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예제

• 템플릿을 사용하지 않은 예제

  main.cpp

  #include "MyArray.h"
  
  int            main()
  {
    MyArray my_array(10);
  
    for (int i = 0; i < my_array.getLength(); ++i)
      my_array[i] = i * 10;
  
    my_array.print();
  }
  
  /* stdout
  0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
  */

  MyArray.h

  #pragma once
  #include <iostream>
  #include <cassert>
  
  class MyArray
  {
    int  length_;
    int* data_;
  
  public:
    MyArray()
    {
      length_ = 0;
      data_ = nullptr;
    }
  
    MyArray(const int& length_in)
    {
      data_ = new int[length_in];
      length_ = length_in;
    }
  
    ~MyArray()
    {
      reset();
    }
  
    void reset()
    {
      delete[] data_;
      data_ = nullptr;
      length_ = 0;
    }
  
    int& operator[](int index)
    {
      assert(index >= 0 && index < length_);
      return data_[index];
    }
  
    int getLength()
    {
      return length_;
    }
  
    void print()
    {
      for (int i = 0; i < length_; ++i)
        std::cout << data_[i] << ' ';
      std::cout << std::endl;
    }
  };

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• 템플릿을 적용한 예제

  main.cpp

  #include "MyArray.h"
  
  int            main()
  {
    MyArray<int> my_array(10);
  
    for (int i = 0; i < my_array.getLength(); ++i)
      my_array[i] = i * 10;
  
    my_array.print();
  }
  
  /* stdout
  0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
  */

  MyArray.h

  #pragma once
  #include <iostream>
  #include <cassert>
  
  template<typename T>
  class MyArray
  {
    int        length_;
    T*        data_;
  
  public:
    MyArray()
    {
      length_ = 0;
      data_ = nullptr;
    }
  
    MyArray(const int& length_in)
    {
      data_ = new T[length_in];
      length_ = length_in;
    }
  
    ~MyArray()
    {
      reset();
    }
  
    void reset()
    {
      delete[] data_;
      data_ = nullptr;
      length_ = 0;
    }
  
    T& operator[](int index)
    {
      assert(index >= 0 && index < length_);
      return data_[index];
    }
  
    int getLength()
    {
      return length_;
    }
  
    void print()
    {
      for (int i = 0; i < length_; ++i)
        std::cout << data_[i] << ' ';
      std::cout << std::endl;
    }
  };

  • main.cpp 에서 다른 자료형을 넣어도 작동한다.

    #include "MyArray.h"
    
    int            main()
    {
      MyArray<double> my_array(10);
    
      for (int i = 0; i < my_array.getLength(); ++i)
        my_array[i] = i * 0.5;
    
      my_array.print();
    }
    
    /* stdout
    0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5
    */

    #include "MyArray.h"
    
    int            main()
    {
      MyArray<char> my_array(10);
    
      for (int i = 0; i < my_array.getLength(); ++i)
        my_array[i] = i + 65;
    
      my_array.print();
    }
    
    /* stdout
    A B C D E F G H I J
    */

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헤더 파일과 .cpp 파일의 분리

• 헤더에 함수를 정의했는데, 이를 .cpp 파일로 분리해야 한다.

• 템플릿을 사용하면 이 과정이 살짝 번거롭다.

• 일단 헤더 파일에서만 print 함수를 분리해보면 다음과 같다.

  MyArray.h

  #pragma once
  #include <iostream>
  #include <cassert>
  
  template<typename T>
  class MyArray
  {
    int        length_;
    T*        data_;
  
  public:
    MyArray()
    {
      length_ = 0;
      data_ = nullptr;
    }
  
    MyArray(const int& length_in)
    {
      data_ = new T[length_in];
      length_ = length_in;
    }
  
    ~MyArray()
    {
      reset();
    }
  
    void reset()
    {
      delete[] data_;
      data_ = nullptr;
      length_ = 0;
    }
  
    T& operator[](int index)
    {
      assert(index >= 0 && index < length_);
      return data_[index];
    }
  
    int getLength()
    {
      return length_;
    }
  
    void print();
  };
  
  template<typename T>
  void MyArray<T>::print()
  {
    for (int i = 0; i < length_; ++i)
      std::cout << data_[i] << ' ';
    std::cout << std::endl;
  }

  • 이대로 컴파일하면 아무 문제가 없다.

• 다음은 MyArray.cpp 파일로 옮기는 과정이다.

  • 헤더 파일에서 분리한 함수 정의 부분을 잘라내서, .cpp 파일에 그대로 붙여넣기한다.

    MyArray.cpp

    #include "MyArray.h"
    
    template<typename T>
    void MyArray<T>::print()
    {
      for (int i = 0; i < length_; ++i)
        std::cout << data_[i] << ' ';
      std::cout << std::endl;
    }

    error LNK2019: unresolved external symbol "public: void __cdecl MyArray<char>::print(void)" (?print@?$MyArray@D@@QEAAXXZ) referenced in function main

    • main.cpp에서 MyArray.cpp에 정의된 함수의 body 내용을 알 수 없기 때문에 발생하는 문제라고 한다.

      • 템플릿의 작동 원리를 알아야 완벽하게 파악할 수 있을 것 같다.

    • main.cpp에서 MyArray.cpp를 include 하면 해결되긴 하는데, 이렇게 하는 것은 좋지 않다고 한다.

    • 대신 explicit instantiation을 해야하는데, 명시적으로 템플릿을 적용하는 것이다.

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Explicit Instantiation

• 클래스나 함수에 적용할 템플릿을 명시해주는 것이다.

  MyArray.cpp

  #include "MyArray.h"
  
  template<typename T>
  void MyArray<T>::print()
  {
    for (int i = 0; i < length_; ++i)
      std::cout << data_[i] << ' ';
    std::cout << std::endl;
  }
  
  template class MyArray<char>;
  template void MyArray<double>::print();