[STL] 2. unique_ptr (1/2)

안녕하세요. 이번 글에서는 unique_ptr에 대해서 소개드리겠습니다.

Remind

주요 변경 사항으로 소개되 내용에서, unique_ptr에 대해서 다음과 같이 설명하고 있습니다.

"auto_ptr 클래스보다 더 안전한 스마트 포인터형인 unique_ptr 클래스의 구현에도 Rvalue reference가 사용되었습니다. unique_ptr 클래스는 move는 할 수 있지만 copy는 불가능하며, safety에 영향을 미치지 않으면서 강한 소유 의미(strict ownership semantics)를 구현했습니다. 또한, unique_ptr 클래스는 rvalue references가 구현된 container들과 잘 동작합니다."

unique_ptr in MSDN Library

MSDN Library에 소개된 unique_ptr class에 관한 설명입니다.

- 소유하는 객체에 대한 포인터를 저장한다. 해당 객체는 다른 unique_ptr에 의해서 소유될 수 없다. 해당 객체는 unique_ptr이 해제될 때에 해제된다. 다음은 MSDN에 게시되어 있는 class 정의 코드입니다.

  1 template<class Type, class Del = default_delete<Type> >
  2     class unique_ptr {
  3
  4 public:
  5         typedef Type element_type;
  6         typedef Del deleter_type;
  7         typedef T1 pointer;
  8
  9         unique_ptr ();
 10         unique_ptr (
 11             nullptr_t _Nptr
 12         );
 13         explicit unique_ptr (
 14             pointer _Ptr
 15         );
 16         unique_ptr (
 17             pointer _Ptr,
 18             typename conditional<
 19                 is_reference<Del>::value, 
 20                 Del,
 21                 typename add_reference<const Del>::type
 22             >::type _Deleter
 23         );
 24         unique_ptr (
 25             pointer _Ptr,
 26             typename remove_reference<Del>::type&& _Deleter
 27         );
 28         unique_ptr (
 29             unique_ptr&& _Right
 30         );
 31         template<class Type2, Class Del2>
 32             unique_ptr (
 33                 unique_ptr<Type2, Del2>&& _Right
 34             );
 35
 36     ~unique_ptr ();
 37
 38     unique_ptr& operator= (
 39         unique_ptr&& _Right
 40     );
 41     template<class Type2, Class Del2>
 42         unique_ptr& operator= (
 43             unique_ptr<Type2, Del2>&& _Right
 44         );
 45     void swap (
 46         unique_ptr& _Right
 47     );
 48     pointer release ();
 49     void reset (
 50        pointer _Ptr = pointer()
 51     );
 52
 53     pointer get () const;
 54     Type& operator* () const;
 55     pointer operator-> () const;
 56     Del& get_deleter ();
 57     const Del& get_deleter () const;
 58     explicit operator bool () const;
 59
 60     unique_ptr(
 61         const unique_ptr& _Right
 62 ) = delete;
 63     unique_ptr& operator=(
 64         const unique_ptr& _Right
 65 ) = delete;
 66
 67 private:
 68     pointer stored_ptr;    // exposition only
 69     Del stored_deleter;    // exposition only
 70     };

왜 auto_ptr은 deprecation이 되었을까?
  C++ 0x에서 auto_ptr은 deprecation으로 결정되었습니다. C++ 0x에서는 최소한 auto_ptr과 같은 효율을 가지며 move semantics를 지워하는 unique_ptr을 추가하게 됩니다. 그렇다면 auto_ptr은 왜 deprecation이 되었을까요? 그 이유에 대해서 설명드리겠습니다.

  역사적으로 이전 버전의 C++ 표준에서, 반복된 수정과 패치를 통해서 주요 확장에서 auto_ptr은 안정성을 확보했습니다. 하지만 설계상의 심각한 결함을 극복하지는 못했습니다. 대표적으로 generic 알고리즘과 auto_ptr을 함께 사용할 때에 문제가 되었습니다. generic 알고리즘에서는 복사 연산 문법은 정말로 copy 연산이 일어난다는 것을 가정합니다. 하지만 auto_ptr에서 복사 연산자는 실제로 move와 같이 동작합니다. 이런 근본적인 차이 때문에 알고리즘의 구현에 따라서 원하는 결과를 얻지 못 할 수도 있었습니다.

 정렬 알고리즘을 통해서 예를 들겠습니다. 버블 정렬이나 선택 정렬에서는 하나의 지역변수에 한 원소를 골라서 복사를 하는 방식을 사용합니다. 이런 경우에는 완벽하게 유효한 구현이 됩니다. 하지만 빠른 정렬의 경우를 생각해보면, 구현 중에 다음과 같은 코드가 있을 겁니다.

  value_type pivot = *mid_point;

 이 경우에 알고리즘상 복사 연산자에서 실제로 복사가 일어남을 전제하는 알고리즘인 겁니다. 하지만 auto_ptr은 복사 표현을 통해서 move를 구현했기 때문에 이런 구현에서는 sort()의 결과가 안전할 것인지 보장 할 수가 없었습니다.

 수년간의 논의 끝에, C++ 표준 위원회는 auto_ptr은 deprecated로 결정했습니다. 하지만 auto_ptr의 다른 모든 장점을 수용할 수 있으며 더 안전하고 명확한 인터페이스를 C++ 0x에 추가 될 필요가 있었고, 그 대채자가 unique_ptr 입니다. unique_ptr은 복사 생성자를 private으로 선언합니다. 따라서 generic 알고리즘을 unique_ptr과 같이 사용하여 호출할 때에, 모든 generic 코드는 컴파일 타임에 에러가 나거나 그렇지 않다면 완벽하게 유효한 결과를 내게 됩니다.

 다음 글에서는 unique_ptr의 예제 코드 위주로 auto_ptr과의 차이점과 개선점을 살펴보도록 하겠습니다.