c++ static

 C++을 처음 배울 때 사람들이 많이 헷갈리는 것 중 하나가 static 이다. 사실 이건 배우는 사람의 문제도 아니고 가르치는 방법의 문제도 아니다. 그저 C++에서 static 을 다양한 용도로 사용하고 있기 때문이다. static storage  static 키워드를 사용하는 한 가지 목적은 지역 변수에 할당할 객체를 static storage 로 만들기 위해서다. C++에서 block scope에 선언되는 변수가 가지는 객체는 기본적으로 automatic storage에 선언되어 block이 끝나면 자동으로 소멸한다. 하지만 간혹 특정한 범위 내에서만 접근할 수 있으면서 프로그램이 끝날 때까지 살아있는 객체, 다시 말해 지칭하는 변수는 block scope에 선언됐지만, static storage duration을 가지는 객체가 필요할 때가 있다. 이럴 때 static 한정자를 사용하면 된다. block scope에 선언되는 지역 변수에 static 한정자를 붙이면 이 변수가 가리키는 객체는 static storage duration을 가지고, block이 종료돼도 소멸하지 않는다. internal linkage   static 한정자는 namespace scope에 선언되는 변수에도 사용될 수 있다. 하지만 namespace scope에 선언된 변수가 가지는 객체는 기본적으로 static storage에 할당된다. 따라서 namespace scope에 선언된 변수에 붙은 static 한정자는 객체가 할당될 storage에 영향을 주지 않는다. 여기서 static 은 다른 의미를 가진다.   static 한정자는 namespace scope에서는 변수뿐 아니라 함수 선언에도 붙일 수 있다. 이 경우 선언된 변수나 함수의 linkage를 internal linkage 로 바꿔서 translation unit 밖으로 나가지 않도록 해준다. static member  C++에서 static 이 가지는 마지막 의미는 클래스의 멤버

[C++] internal linkage와 external linkage의 차이

 보통 프로그램은 하나의 소스가 아닌 여러 개의 소스로 구성된다. 이 소스를 C++ 표준에서는 translation unit이라고 하고, 소스를 컴파일하는 과정을 translation이라고 한다. translation의 마지막 단계는 link인데, 이 과정을 제외하고는 모든 translation은 독립적으로 진행된다. 이때 translation unit 내에서 이름이 어느 범위까지 사용될 수 있는가를 정하는 것이 지난번 글 에서 설명한 스코프이다.  이번에 설명할 linkage는 같은 이름이 같은 entity를 지칭하는 범위를 정하는 것이다. 각 이름은 어떤 linkage를 가지는가에 따라서 translation의 마지막 단계에서 어떻게 link 될지 달라진다.  linkage에는 internal linkage와 external linkage 두 가지 종류의 linkage가 있다. 하지만 모든 이름이 linkage를 가지는 것은 아니다. 우선은 linkage를 가지지 않는 이름에 대해 알아보도록 하겠다. no linkage  영어로는 has no linkage 라고 하여 has internal/external linkage 와 자연스럽게 대구가 된다. 하지만 한국어로 말하면 no linkage를 가진다고 하는 것은 어색하므로 그냥 linkage를 가지지 않는다고 하는 것이 적당해 보인다.  어찌 됐든 모든 이름이 linkage를 가지는 것은 아니다. block scope에 선언된 이름은 함수와 extern으로 선언된 변수를 제외하면 전부 linkage를 가지지 않는다. 따라서 함수 안에서 선언한 로컬 클래스, enumeration, enumerator, 타입 등은 전부 linkage를 가지지 않는다.  linkage를 가지지 않는 이름은 선언된 스코프에서밖에 접근할 수 없고, 스코프 밖에서 그 이름을 다시 사용해도 그건 다른 entity를 지칭하는 것이 된다. static 한정자를 사용하여 static storage에 저장한 경우도 마찬가지다.

[C++] 이름과 스코프

 C++에서는 많은 것들이 이름을 가질 수 있다. 변수는 모두 이름을 가지고, 객체는 변수를 통해서 이름을 가질 수 있다. 타입도 이름이 있고, 함수도 이름이 있다. 람다 함수는 익명 함수라는 번역 그대로 이름이 없지만, 변수에 할당하여 이름을 통해 접근할 수도 있다.  이 이름을 어디서부터 어디까지 사용할 수 있는가를 그 이름의 스코프라고 하는데, C++은 상황에 따라 다른 스코프를 사용한다. 이번 글에서는 C++의 이름이 가지는 스코프에 관해서 설명하도록 하겠다. block scope  block scope는 선언된 문장부터 선언된 block이 끝날 때까지 사용할 수 있다. block 밖에서 선언된 같은 이름이 있으면 이름이 선언되기 전까지는 block 밖에서 선언된 이름을 그대로 가지고, 선언된 문장부터 새로 선언한 의미를 가진다.  예를 들어 위와 같은 코드가 있을 때 4번째 줄까지 a는 2번째 줄에서 선언된 a이지만, 4번째 줄부터 block이 끝나는 10번째 줄까지는 4번째 줄에서 선언된 a이다. 또한, block scope를 가지는 이름은 같은 block 안에서 다른 의미를 가지기 위해 다시 사용될 수 없다. 즉, 위에서 5번째 줄에서 10번째 줄까지 사이에서는 a를 다른 의미로 사용할 수 없다.  스코프를 가지는 이름의 대표적인 예제로는 함수 안에서 선언된 변수인 지역 변수(local variable)가 있다. 이때 지역 변수와 automatic storage 에 저장되는 지역 객체를 혼동하면 안 된다. 스코프는 어디까지나 컴파일 시 그 이름을 어디까지 사용할 수 있는가 하는 것이지 객체의 라이프타임과는 상관없다. 지역 변수 중에서도 static 이나 thread_local 같은 storage를 지정해주는 specifier가 붙은 경우 이 객체들은 automatic storage에 저장되지 않는다.  지역 변수 외에도 typedef 나 using 으로 선언되는 type alias, 함수 안에서 선언되는 class와 enum 같은

[C++] object는 언제 생성돼서 언제 소멸되는가 - storage

 C++에서는 타입을 가지는 일정 크기의 값을 object라고 한다. object의 중요한 특징 중 하나는 lifetime. 즉, object가 언제 소멸하는가 하는 것이다. 이 object는 객체 지향 프로그래밍에서 말하는 객체와는 살짝 다른 개념이다. C++ 표준에서 object는 타입, alignment, lifetime 등의 특성을 가지는 일정 크기의 연속된 값을 의미한다. 이는 객체 지향 프로그래밍에서 말하는 객체와는 약간 다른 의미이지만 이 글에서는 그냥 객체라고 부르도록 하겠다.  C++에서 객체의 lifetime을 알기 위해서는 우선 객체가 어디에 생성되는지를 알아야 한다. 일반적으로 C++ 개발자에게 객체가 어디에 생성되는지를 물으면 다음과 같이 대답할 것이다.  로컬 객체는 stack에, new로 생성된 객체는 heap에 저장되는데 stack과 heap은 같은 메모리 영역을 공유하며 stack은 메모리가 감소하는 방향으로 커지고, heap은 메모리가 증가하는 방향으로 커진다. 또한, 전역 변수 중 initialize 되지 않은 것은 bss에 initialize 된 것은 data 섹션에 저장된다.  이 대답은 기술적으로 맞는 대답이다. 사실 매우 훌륭한 대답이다. 실질적으로 대부분의 머신에서 대부분의 컴파일러는 위와 같은 방식으로 코드를 컴파일한다. 하지만 다시 한번 생각해보자. stack과 heap이 같은 메모리를 나누어 쓰는 이유는 한정된 크기의 메모리에서 컴파일 타임에 알 수 없는 두 종류의 동적 메모리를 할당하기 때문이고, bss 영역과 data 영역이 나누어지는 이유는 바이너리 파일의 크기를 줄이기 위한 최적화 때문이다. 즉, stack, heap, data, bss 등의 메모리 영역 등은 구현에 관련된 것일 뿐이다. 그렇다면 C++ 표준 문서에서는 이에 대해서 어떻게 기술하고 있을까?  C++ 표준에서는 객체가 메모리에 생성된다고 하지 않고, 스토리지에 생성된다고 한다. 구현과 표준을 분리하기 위한 결정으로 구체적인 메모리 레이

[C++] glvalue와 prvalue

  지난번 글 에서 lvalue와 rvalue의 특징을 설명하면서 예고했듯이 이번에는 glvalue와 prvalue의 특징에 관해서 설명하도록 하겠다.  전에도 말했듯이 C++의 value category의 최하단에 있는 lvalue, xvalue, prvalue 중에서 lvalue와 xvalue가 glvalue에 포함된다. lvalue는 iM, xvalue는 im이고, prvalue는 Im이므로 glvalue와 prvalue를 나누는 기준은 i인지 아닌지. 즉, identity를 가지는지 여부이다. identity를 가진다는 것은 그 값이 expression을 넘어서까지 살아있다는 것이다. 그래서 identity를 가진다는 것은 그 값이 persist하다고 말하기도 한다. temporary object  prvalue는 persist 하지 않다. 이는 prvalue인 expression이 의미하는 object가 특정한 스토리지를 점유하지 않는다는 것이다. 만약 스토리지에 할당될 필요가 있으면 prvalue는 temporary object를 생성한다. 생성된 temporary object는 레퍼런스 변수에 할당되지 않으면, expression이 끝나고 소멸한다. incomplete type  prvalue는 구체화할 때 temporary object를 생성하므로, 컴파일 타임에 expression의 타입을 정확히 알아야 한다. 따라서 전방 선언만 돼있는 incomplete type인 prvalue는 있을 수 없다. 하지만 실행될 일 없는 decltype 안에 있는 expression의 경우 incomplete type인 prvalue가 있을 수 있다. polymorphic  incomplete type의 prvalue가 있을 수 없는 것과 비슷하게 prvalue는 polymorphic 할 수 없다. 다시 말해서 prvalue인 object의 dynamic type은 그 expression의 static type과 항상 같다. persist

[C++] lvalue와 rvalue

  지난번 글 에서 C++의 value category에 관하여 설명하였다. 요약하면 다른 값으로 move될 수 있는지와 identity를 가지는지에 따라서 lvalue, xvalue, prvalue로 나뉘고, lvalue와 xvalue를 합쳐서 glvalue, xvalue와 prvalue를 합쳐서 rvalue라고 부른다는 것이다.  앞에서도 말했듯이 C++의 value category를 나누는 기준은 move 될 수 있는지와 identity를 가지는지 여부이다. 이중 iM 은 lvalue라고 부르고, im 인 xvalue와 Im 인 prvalue를 합쳐 rvalue라고 부른다. identity를 가지지도 않고, move 될 수도 없는 IM 은 C++에 존재하지 않기 때문에 사실상 lvalue와 rvalue를 나누는 기준은 move 될 수 있는지 아닌지이다. 따라서 move 될 수 없으면 lvalue이고, move될 수 있으면 rvalue이다. 이번 글에서는 그래서 lvalue와 rvalue가 구분되는 특성을 설명할 것이고 다음 기회에 glvalue와 prvalue가 구분되는 특성을 설명하도록 하겠다. overloaded function  우선 lvalue와 rvalue의 가장 중요한 차이는 overload 된 함수가 있을 때 어떤 함수가 호출될지가 달라진다는 것이다. 위처럼 같은 타입의 lvalue reference를 받는 함수와 rvalue reference를 받는 함수가 overload돼있을 때, argument가 lvalue이면 lvalue reference를 받는 함수가 호출되고, rvalue이면 rvalue reference를 받는 함수가 호출된다. 따라서 위와 같이 사용했을 때, func(a) 는 a 가 lvalue이므로 0 이 리턴되지만, std::move(a) 는 xvalue이고 1 은 prvalue 이므로 func(std::move(a)) 와 func(1) 은 1 이 리턴된다. universal reference  rvalue

왜 c++은 복잡한 value category를 가지게 됐는가

 C++11이 나오기 전, C++의 value category는 lvalue와 rvalue만으로 이루어진 단순한 분류체계를 가지고 있었다. 하지만 C++11이 나오면서 xvalue, glvalue, prvalue가 추가되면서 복잡한 분류체계를 가지게 됐다. 이번 글에서는 C++11에서 변경된 value category에 대해서 알아보도록 하겠다. until c++03  C++11에서 새로 추가된 value들을 알기 전에 C++03 이전에도 있었던 lvalue와 rvalue가 뭔지부터 확실히 하고 넘어가야 한다. 흔히들 많이 실수하는 것이 lvalue는 assign operator(operator =)의 왼쪽에 올 수 있는 값이고, rvalue는 올 수 없는 값이라고 생각하는 것이다. C에서 lvalue라는 개념이 처음 나왔던 시절에는 assign operator를 기준으로 lvalue인지 아닌지를 구분하는 것이 맞았다. 하지만 C89에서 const 한정자가 추가되면서 더는 맞지 않다. const variable은 lvalue이지만 assign operator의 왼쪽에 올 수 없기 때문이다.  따라서 C89에서는 lvalue를 left value가 아닌 locator value. 즉, 실제 값이 아닌 값이 있는 주소를 지칭하는 locator value라고 정의했다. 즉, 변수는 locator이기 때문에 lvalue이고, 1, 2 같은 숫자 리터럴이나 'a', 'b' 같은 문자 리터럴, 혹은 함수의 실행 결괏값 같은 경우 특정한 주소를 지칭하는 locator가 아니므로 lvalue가 아니다. 이 중에서 const 한정자가 붙지 않은 경우를 modifiable lvalue라고 따로 분류하여, modifiable lvalue만 assign operator의 왼쪽에 올 수 있다. 후에 나온 C++98도 C89의 lvalue 정의를 따랐기 때문에 C++98에서의 lvalue도 locator 라고 보면 된다. 다만 C89와 다르게 레퍼런