Abseil Tip 123 absl::optional과 std::unique

주간 팁 #123: `absl::optional`과 `std::unique_ptr`

원래 게시일: 2016-09-06
작성자: Alexey Sokolov (sokolov@google.com)
Etienne Dechamps (edechamps@google.com)

값을 저장하는 방법

이 팁에서는 값을 저장하는 여러 가지 방법을 다룹니다. 여기서는 클래스 멤버 변수를 예로 들지만, 아래의 많은 점은 지역 변수에도 적용됩니다.

#include <memory>
#include "absl/types/optional.h"
#include ".../bar.h"

class Foo {
  ...
 private:
  Bar val_;
  absl::optional<Bar> opt_;
  std::unique_ptr<Bar> ptr_;
};

1. 일반 객체로 저장

val_은 가장 단순한 방식입니다.

Foo의 생성자에서 초기화되고, 소멸자에서 해제됩니다.
Bar에 기본 생성자가 있으면 명시적으로 초기화하지 않아도 됩니다.

장점:

안전성: val_은 항상 유효하며 null이 될 수 없습니다. 이는 잠재적인 버그를 제거합니다.

단점:

val_의 수명은 Foo 객체의 수명에 고정됩니다.
- 교체 가능성: Bar가 이동(이사) 또는 교체 연산을 지원한다면, 기존의 참조는 여전히 유효하지만 내용은 변경할 수 있습니다.
Bar 생성자에 전달할 인수는 반드시 Foo 생성자의 초기화 리스트에서 계산되어야 합니다. 복잡한 표현식이 필요한 경우 어렵습니다.

2. `absl::optional<Bar>`로 저장

absl::optional은 일반 객체와 std::unique_ptr의 중간 수준의 유연성을 제공합니다.

객체는 Foo 내부에 저장되지만 비어 있을 수 있습니다.
필요 시 opt_ = ... 또는 opt_.emplace(...)로 값을 할당할 수 있습니다.

주의사항:

비어 있는 absl::optional도 메모리를 사용합니다. (할당된 것과 동일한 크기)
객체가 언제 생성되고 소멸되는지 명확하지 않을 수 있습니다.
비어 있는 상태에서 접근하면 문제가 발생할 수 있습니다.

3. `std::unique_ptr<Bar>`로 저장

가장 유연한 방법입니다.

객체는 Foo 외부에 저장되며, std::unique_ptr이 비어 있을 수 있습니다.
객체의 소유권을 이전하거나, 다른 곳에서 소유권을 받을 수 있습니다.

장점:

소유권 이전 및 이동 가능.
객체가 동적으로 생성되므로, 더 많은 제어가 가능.

단점:

복잡성 증가:
- 독자가 내부 구조를 이해하는 데 시간이 걸릴 수 있습니다.
- 객체 생성 및 소멸 시점이 덜 명확합니다.
CPU 캐시 비효율성:
- 추가 간접 참조로 인해 힙 할당이 발생하고 CPU 캐시 친화도가 낮아집니다.
복사 불가:
- std::unique_ptr<Bar>는 복사할 수 없으므로 Foo도 복사할 수 없습니다.

결론

가능하면 단순한 방식을 사용하세요.
- 일반 객체를 우선 사용.
- 필요하면 absl::optional을 시도.
- 마지막으로 std::unique_ptr을 사용.

비교표

	`Bar`	`absl::optional<Bar>`	`std::unique_ptr<Bar>`
지연 초기화 지원		✓	✓
항상 안전한 접근	✓
소유권 이전 지원			✓
`Bar`의 하위 클래스 저장			✓
이동 가능	`Bar`가 이동 가능할 경우	`Bar`가 이동 가능할 경우	✓
복사 가능	`Bar`가 복사 가능할 경우	`Bar`가 복사 가능할 경우
CPU 캐시 친화적	✓	✓
힙 할당 없음	✓	✓
메모리 사용량	`sizeof(Bar)`	`sizeof(Bar) + sizeof(bool)`	`sizeof(Bar*)` (null일 때)
객체 수명	포함하는 스코프와 동일	포함하는 스코프 내 제한	제한 없음
`f(Bar*)` 호출	`f(&val_)`	`f(&opt_.value())` 또는 `f(&*opt_)`	`f(ptr_.get())` 또는 `f(&*ptr_)`
값 제거 방법	N/A	`opt_.reset();` 또는 `opt_ = absl::nullopt;`	`ptr_.reset();` 또는 `ptr_ = nullptr;`

주간 팁 #123: absl::optional과 std::unique_ptr