[C++11] keyword: constexpr

1. 설명

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 constexpr 키워드는 객체나 함수 앞에 붙일 수 있는 키워드로, 해당 객체나 함수의 리턴 값을 컴파일 타임에 값을 알 수 있다는 의미를 전달한다.

 

int arr[size];

 위 배열 선언식이 컴파일되기 위해서는 size가 정수 상수 식이여야 하고

 

template <int N>
struct A {
  int operator()() { return N; }
};
A<number> a;

 템플릿 타입 인자의 경우도 마찬가지로 number가 정수 상수식이여만 한다. 그 외에도,

 

enum A { a = number, b, c };

 enum에서 값을 지정해줄 때에 오는 number 역시 정수 상수 식이여만 한다.

 

 

 constexpr은 앞서 말한 대로, 어떠한 식이 상수식이라고 명시해주는 키워드다.

#include <iostream>

using namespace std;

template <int N>
struct A 
{
	int operator()() { return N; }
};

int main() 
{
	constexpr int size = 3;
	int arr[size];  // Good!

	constexpr int N = 10;
	A<N> a;  // Good!
	std::cout << a() << std::endl;

	constexpr int number = 3;
	enum B { x = number, y, z };  // Good!
	std::cout << B::x << std::endl;
}

10
3

 

 constexpr 키워드를 활용해 컴파일 타임 상수인 객체를 만드는 함수를 작성하는 것이 가능하다.

#include <iostream>

using namespace std;

constexpr int factorial(int n) 
{
    int total = 1;
    for (int i = 1; i <= n; i++) {
        total *= i;
    }
    return total;
}

template <int N>
struct A 
{
    int operator()() { return N; }
};

int main() 
{
	A<factorial(10)> a;

    cout << a() << endl;

    return 0;
}

3628800

 

 C+11에서 constexpr이 처음 도입되었을 때는 여러 제약 조건이 많았다. 예를 들어 함수 내부에서 변수들을 정의할 수 없고, return문은 딱 하나만 있어야만 했다.

 

 하지만 C++14부터 위와 같은 제약 조건들의 완화되어 아래와 같은 제약 조건들 빼고는 모두 constexpr 함수 내부에서 수행할 수 있다.

 

• goto문 사용

• 예외 처리(try문; C++20부터 가능하게 바뀜)

• 리터럴 타입이 아닌 변수의 정의

• 초기화되지 않는 변수의 정의

• 실행 중간에 constexpr이 아닌 함수를 호출

 만일 조건을 만족하지 않는 작업을 함수 내에서 하게 된다면 컴파일 타임 오류가 발생한다.

 

 

 constexpr 함수에 인자로 컴파일 타임 상수들을 전달하면, 그 반환 값 역시 컴파일 타임 상수가 된다. 반대로 컴파일 타임 상수가 아닌 값을 전달한다면 런타임에서 함수가 작동한다. 따라서 constexpr을 함수에 붙일 수 있다면 붙여주는 것이 좋다.

 

 

 if constexpr

#include <iostream>
#include <type_traits>

using namespace std;

template <typename T>
void show_value(T t)
{
	if (std::is_pointer<T>::value) {
		std::cout << "포인터 이다 : " << *t << std::endl;
	}
	else {
		std::cout << "포인터가 아니다 : " << t << std::endl;
	}
}

int main()
{
	int x = 3;
	show_value(x);

	int* p = &x;
	show_value(p);
    
    return 0;
}

 std::is_pointer는 전달한 인자 T가 포인터라면 value가 true가 되고 아니면 false가 되는 템플릿 메타 함수다. 위와 같은 코드는 컴파일 타임에 오류가 발생한다.

 

 T에 포인터가 아닌 int가 들어간다고 가정하면, if문이 false가 되고 true구문은 실행되지 않음에도 불구하고 int타입에 *연산자가 붙게돼 오류가 발생한다.

 

 하지만 이 문제는 if constexpr를 도입하면 깔끔하게 해결된다.

#include <iostream>
#include <type_traits>

using namespace std;

template <typename T>
void show_value(T t)
{
	if constexpr (std::is_pointer<T>::value) 
    {
		std::cout << "포인터 이다 : " << *t << std::endl;
	}
	else
    {
		std::cout << "포인터가 아니다 : " << t << std::endl;
	}
}

int main()
{
	int x = 3;
	show_value(x);

	int* p = &x;
	show_value(p);
}

포인터가 아니다 : 3
포인터 이다 : 3

 if constexpr은 조건이 반드시 bool로 타입 변환될 수 있어야 하는 컴파일 타임 상수 식이 어야 한다. 조건에 해당되지 않는 문장은 컴파일되지 않고 완전히 무시한다.

 

 

 

2. 참고 및 출처

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https://modoocode.com/293