Item 32 - move에는 init capture

마지막 수정 시각: 2020-10-26 22:03:12

가끔 by-value 캡쳐도, by-reference 캡쳐도 마음에 안 들 때가 있다. move-only 객체(std::unique_ptr이나 std::future 등)를 클로져 내부로 이동시키고 싶은 경우가 바로 그런 경우인데, 문제는 C++11은 이런 경우에 대한 방법을 지원하지 않는다. 클로져 내부로 복사는 비싸지만 이동은 싼(vector 같은 컨테이너) 객체를 이동시키고 싶은 경우에도 마찬가지로 C++11에서는 언어적 차원의 기능 지원이 없다. 하지만 C++14는 다르다. C++14에서는 이런 경우에 클로져 내부로 객체를 이동시키는 방법을 제공한다.

init capture

C++14에 추가된 init capture 기능을 이용하면 외부의 객체를 클로져 내부로 이동시킬 수 있다. init capture를 사용하면 C++11 의 캡쳐가 할 수 있는 거의 모든 것들 이상의 기능을 구현할 수 있다. init capture는

람다로부터 생성되는 클로져 클래스 내부의 데이터 멤버 이름
해당 데이터 멤버를 초기화하기 위한 표현식(expression)

을 기술함으로써 사용할 수 있다. 아래는 std::unique_ptr을 클로져 내부로 이동시키기 위해 init capture를 사용하는 예제다.

class Widget
{
public:
    bool isValidated() const;
    bool isProcessed() const;
    bool isArchived() const;

private:
};

auto pw = std::make_unique<Widget>();

//closure 내부의 멤버 pw를 std::move(pw)로 초기화
auto func = [pw = std::move(pw)]
            { return pw->isValidated()
                     && pw->isArchived(); };

init capture에서 = 왼쪽은 클로져 클래스 내부의 멤버 이름이고, 오른쪽은 해당 멤버를 초기화하기 위한 표현식이다. 이 때 =의 왼쪽과 오른쪽의 scope가 다르다는 것이다. = 왼쪽의 scope는 해당 람다 표현식으로 만들어지는 클로져 클래스의 내부이고, =의 오른쪽 편은 람다가 정의된 영역과 같은 scope를 가진다. 이런 특성을 이용해서 위와 같이 표현식으로부터 클로져 클래스 내부 멤버의 초기화를 할 수 있는 것이다. 이렇게 표현식의 결과로도 내부 멤버를 초기화할 수 있게 해주는 특성 때문에 init capture는 일반화된 람다 캡쳐(generalized lambda capture)라고도 불린다.

In C++ 11

하지만 이건 어디까지나 C++14에서의 이야기다. C++11에서는 언어적으로 이런 기능을 지원해주지 않는데, 그런 상황에서 위와 같은 기능을 구현하려면 어떻게 해야할까? 가장 간단한 방법은 직접 함수 객체를 구현하는 것이다.

class IsValAndArch
{
public:
    using DataType = sstd::unique_ptr<Widget>;

    explicit IsValAndArch(DataType&& ptr)
    : pw(std::move(ptr)){}

    bool operator()() const
    { return pw->isValidated() && pw->isArchived(); }

private:
    DataType pw;
};

auto func = IsValAndArch(std::make_unique<Widget>());

어차피 람다 표현식의 목적 자체가 함수 객체를 쉽게 만들기 위한 것이므로 정 방법이 없다면 이렇게 해결하는 것도 나쁘지 않다. 타이핑을 좀 많이해야하긴 하지만 어쨌든 원래의 목적은 달성했으니까. 하지만 꼭 람다를 이용하고 싶고 저렇게 긴 코드를 쓰는게 싫다면 조금 다른 방법도 있다. 람다 표현식과 std::bind를 적절히 응용하면 C++11에서도 C++14 스타일의 캡쳐를 흉내낼 수 있다. 그 방법은 다음과 같다.

캡쳐할 객체를 std::bind로 생성된 함수 객체로 이동시키고
람다에 캡쳐된 객체에 대한 레퍼런스를 주기

std::bind에 익숙하다면 코드가 굉장히 깔끔해 보이겠지만 익숙하지 않다면 조금 헷갈릴 수도 있다. 일단 std::vector 컨테이너를 클로져 내부로 이동시키는 예제부터 시작해보자.

std::vector<double> data;

auto func = [data = std::move(data)]{};

C++14의 경우 위와 같이 init capture를 이용해 간단히 해결할 수 있다. C++11에서는 이를 아래와 같은 방식으로 흉내낸다.

std::vector<double> data;

auto func =
    std::bind(
        [](const std::vector<double>& data)
        { }, std::move(data));

람다 표현식과 비슷하게 std::bind 역시 함수 객체를 리턴한다. std::bind가 리턴하는 함수 객체를 bind object라고 하자. std::bind의 첫번째 인자는 호출 가능한 오브젝트이다. 그 뒤에 오는 인자들은 해당 오브젝트로 pass될 값들을 나타낸다.

bind object는 std::bind로 넘어간 모든 인자들의 복사본을 포함하고 있다. 각각의 lvalue 인자들에 대해, bind object는 그걸 복사해서 들고 있게 되고, rvalue 오브젝트에 대해서는 그걸 이동시켜 들고 있게 된다. 위 예제에서 두 번째 인자는 rvalue이므로 bind object는 data 값을 이동시켜 들고 있게 된다. 이게 C++11에서 클로져 내부로 멤버를 이동시키기 위한 핵심적인 아이디어다. bind 객체는 호출될 때 처음 std::bind에서 인자로 넘겼던 이들을 그대로 인자로 해서 함수를 호출한다. 위 코드를 예제로 들자면 func이 호출될 때 첫번째 인자로 넘긴 람다에 두번째 인자로 넘긴 값(std::move(data))이 이동 생성되어 람다의 인자로 넘어간다는 것이다. 그래서 람다 객체가 인자로 move capture하고 싶은 값의 const reference를 취해야만 한다.

람다 표현식으로 인해 클로져 클래스 내부에 생성되는 operator() 함수는 기본적으로 const이다. 이 특성 때문에 클로져 내부의 모든 데이터 멤버들은 람다의 body에서 const로 취급된다. 하지만 bind object안에 이동 생성된 data의 복사본은 const가 아니다. 이 때문에 라다 내부에서 data가 수정되는걸 막기 위해 인자를 const로 설정해야했다. 하지만 람다가 mutable로 선언된다면, 클로져 클래스 내부의 operator()는 const로 선언되지 않는다. 따라서 이 땐 람다의 매개변수 선언에 const를 빼도 된다.

auto func =
    std::bind(
        [](std::vector<double>& data) mutable
        { }, std::move(data));

std::bind는 자신의 인자로 넘어온 모든 인자들을 bind object에 저장하기 때문에, 첫번째 인자로 넘어온 클로져도 내부적으로 저장하게 된다. 따라서 클로져의 생명 주기는 bind object와 같아진다. 이 말인즉슨 클로져가 존재하는한 move capture를 흉내낸 방식으로 저장한 해당 객체 역시 사라지지 않고 존재한다는 뜻이기 때문이다(즉 댕글링이 절대 발생하지 않는다).

요약하자면 다음과 같다.

C++11에서 클로져 내부로 객체를 이동시키는 건 불가능하다. 대신에 bind object를 이용하면 흉내는 낼 수 있다.
move capture를 C++11에서 흉내내려면 이동시키려는 객체를 bind object 내부로 이동시키고, 람다가 해당 객체에 대한 람다를 인자로 받도록 만들자.
bind object의 생명주기가 클로져와 같기 때문에, 해당 bind object안에 있는 객체들을 클로져안에 있는 객체인 것마냥 대해도 상관없다.

std::bind를 이용해 move capture를 흉내내는 두번째 예제는 다음과 같다. C++14 버젼과 비교해보자.

//C++14
auto func = [pw = std::make_unique<Widget>()]
            { return pw->isValidated()
                     && pw->isArchived(); };

//C++11
auto func = std::bind(
              [](const std::unique_ptr<Widget>& pw)
              {return pw->isValidated()
                      && pw->isArchived(); },
              std::make_unique<Widget>());