[Effective Modern C++] 2. auto의 타입 추론 규칙을 숙지하자

항목 1에서 템플릿 타입 추론은 아래의 함수 템플릿을 사용하여 설명한다.

template<typename T>
void f(ParamType param);

f(expr); // 호출

 

auto를 이용해서 변수를 선언할 때 auto는 템플릿의 T와 동일한 역할을 하며, 변수의 타입 지정자(type specifier)는 ParamType과 동일한 역할을 한다.

아래의 예시를 보자.

// 여기서 x의 타입 지정자는 그냥 auto 자체이다. 반면, 다음 선언에서
auto x = 27;
 
// 타입 지정자는 const auto이다.
const auto cx = x;

// 타입 지정자가 const auto&이다.
const auto& rx = x;

// 이 예들에서 x와 cx, rx의 타입들을 추론할 때, 컴파일러는 마치 선언마다 템플릿 함수 하나와 해당 초기화 표현식으로 그 템플릿 함수를 호출하는 구문이 존재하는 것처럼 행동한다. 즉,

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// x의 타입을 추론하기 위한 개념적인 템플릿
template <typename T>
void func_for_x(T param); 

func_for_x(27); // 개념적인 호출: param에 대해 추론된 타입이 바로 x의 타입이다.

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// cx의 타입을 추론하기 위한 개념적인 템플릿
template <typename T>
void func_for_cx(const T param); 
 
func_for_cx(x); // 개념적인 호출: param에 대해 추론된 타입이 곧 cx의 타입이다.

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// rx의 타입을 추론하기 위한 개념적인 템플릿
template <typename T>
void func_for_rx(const T& param); 
 
func_for_rx(x); // 개념적인 호출: param에 대해 추론된 타입이 바로 rx의 타입이다.
 
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// 경우 1: 타입 지정자가 포인터나 참조 타입이지만 보편 참조(universal reference)는 아닌 경우.
// 경우 2: 타입 지정자가 보편 참조(universal reference)인 경우.
// 경우 3: 타입 지정자가 포인터도 아니고 참조도 아닌 경우.
 
// 경우 1과 3의 예는 앞에서 이미 보았다. 
auto x = 27; // 경우 3(x는 포인터도 아니고 참조도 아님) 
const auto cx = x; // 경우 3(cx는 포인터도 아니고 참조도 아님) 
const auto& rx = x; // 경우 1(rx는 보편 참조(universal reference)가 아닌 참조)
 
// 경우 2도 예상대로 작동한다. 
auto&& uref1 = x; // x는 int이자 lvalue이므로 uref1의 타입은 int&
auto&& uref2 = cx; // cx는 const int이자 lvalue이므로 uref2의 타입은 const int& 
auto&& uref3 = 27; // 27은 int이자 rvalue이므로 uref3의 타입은 int&&
 
// 마지막으로, 항목 1에서는 비참조 타입 지정자의 경우 배열과 함수 이름이 포인터로 붕괴(decay)하는 방식을 얘기했다.
// auto 타입 추론에 대해서도 그러한 붕괴(decay)가 일어난다.
 
const char name[] = "R. N. Briggs"; // name의 타입은 const char [13]
 
auto arr1 = name; // arr1의 타입은 const char*
 
auto& arr2 = name; // arr2의 타입은 const char (&)[13]
 
void someFunc(int, double); // someFunc는 함수, 그 타입은 void(int, double)
 
auto func1 = someFunc; // func1의 타입은 void (*)(int, double)
 
auto& func2 = someFunc; // func2의 타입은 void (&)(int, double)

// 위의 예들에서 보듯이, auto의 타입 추론은 템플릿 타입 추론과 똑같이 작동한다.
 
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// 그러나 다른 점이 하나 있다. 
// 우선, 27을 초기 값으로 해서 int 변수를 선언하는 예를 살펴보자.

// C++98에서는 다음 두 가지 구문이 가능했다. 
int x1 = 27;
int x2(27);
 
// 균일 초기화(uniform initialization)를 지원하는 C++11에서는 위의 두 구문과 더불어 다음과 같은 구문들을 사용할 수도 있다.
int x3 = { 27 };
int x4{ 27 };
 
// 총 네 가지 구문이 존재한다. 결과적으로 값이 27인 int가 생긴다는 점은 모두 동일하다.
// 하지만 int 대신 auto를 사용하면 아래처럼 의미가 좀 달라진다.

auto x1 = 27; // 타입 int, 값 27
auto x2(27); // 타입 int, 값 27
auto x3 = { 27 }; // 타입 std::initializer_list<int>, 값 27
auto x4{ 27 }; // 타입 std::initializer_list<int>, 값 27

// 이는 auto에 대한 특별한 타입 추론 규칙 때문이다. 
// auto로 선언된 변수의 초기치(initializer)가 중괄호 쌍으로 감싸인 형태이면, 추론된 타입은 std::initializer_list이다.
// 만일 그런 타입을 추론할 수 없으면 (이를테면 중괄호 초기치의 값들의 타입이 서로 달라서) 컴파일이 거부된다.
 
auto x5 = { 1, 2, 3.0 }; // Error! std::initializer_list<T>의 T를 추론할 수 없음
 
// 이 예에서 사실은 두 종류의 타입 추론이 진행된다.

// 첫 번째는 변수 선언에 auto를 사용했다는, 따라서 x5의 타입을 추론해야 한다는 사실에서 비롯된 타입 추론이다.
// x5의 초기치가 중괄호 형태이므로 x5의 타입은 반드시 std::initializer_list로 추론된다.
// 그런데 std::initializer_list는 템플릿이다.
// 이 템플릿의 인스턴스는 이떤 타입 T에 대한 std::initializer_list<T>이며, 선언을 완성하기 위해 컴파일러는 T의 타입도 추론해야 한다.
 
// 해당 템플릿 함수에 동일한 중괄호 초기치를 전달하면 타입 추론이 실패해서 컴파일이 거부된다.
auto x = { 11, 23, 9 }; // x의 타입은 std::initializer_list<int>

// x의 선언에 해당하는 매개변수 선언을 가진 템플릿
template <typename T>
void f(T param); 
 
f({ 11, 23, 9 }); // Error! T에 대한 타입을 추론할 수 없음

// 하지만 param의 타입이 어떤 알려지지 않은 T에 대한 std::initializer_list<T>인 템플릿에 그 중괄호 초기치를 전달하면 템플릿 타입 추론 규칙들에 의해 T의 타입이 제대로 추론된다.
template <typename T>
void f(std::initializer_list<T> initList);

f({ 11, 23, 9 }); // T는 int로 추론되며, initList의 타입은 std::initializer_list<int>로 추론된다.

 

C++14에서는 함수의 반환 타입을 auto로 지정해서 컴파일러가 추론하게 만들 수 있으며(항목 3 참고), 람다의 매개변수 선언에 auto를 사용하는 것도 가능하다.

그러나 이런 auto의 용법들에는 auto타입 추론이 아니라 템플릿 타입 추론의 규칙들이 적용된다.

그래서 중괄호 초기치를 돌려주는 함수의 반환 타입을 auto로 지정하면 컴파일이 실패한다. C++14 람다의 매개변수 타입 명세에 auto를 사용하는 경우에도 마찬가지로 컴파일이 실패한다.

// 반환 타입이 auto인 경우 
auto createInitList(void)
{
    return { 1, 2, 3 }; // 오류! { 1, 2, 3 }의 타입을 추론할 수 없음
}

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// 람다의 매개변수 타입 명세에 auto를 사용하는 경우 
std::vector<int> v;
...
 
auto resetV = [&v](const auto& newValue) { v = newValue; }; // C++14
...
reserV({ 1, 2, 3 }); // 오류! { 1, 2, 3 }의 타입을 추론할 수 없음

 

요약

• auto 타입 추론은 대체로 템플릿 타입 추론과 같지만, auto 타입 추론은 중괄호 초기치가 std::initializer_list를 나타낸다고 가정하는 반면 템플릿 타입 추론은 그렇지 않다는 차이가 있다.
• 함수의 반환 타입이나 람다 매개변수에 쓰인 auto에 대해서는 auto타입 추론이 아니라 템플릿 타입 추론이 적용된다.