C에서 `constexpr` 기능을 적용하는 이유: Just Intent 또는 True Protection?

Constexpr 함수 선언: 단순한 의도를 넘어서

C 11에서는 constexpr 지정자를 도입하여 함수가 상수 표현식에 참여할 수 있도록 했습니다. 이러한 함수의 의도된 사용을 강화하는 동안 다음과 같은 질문이 생깁니다. 상수 표현식에서 함수의 적용 가능성을 보장할 책임이 여전히 프로그래머에게 있는데 왜 마커를 적용해야 할까요?

의도하지 않은 클라이언트 종속성 방지

constexpr 키워드를 적용하면 의도하지 않은 종속성으로부터 클라이언트 코드를 보호하는 중요한 목적을 달성할 수 있습니다. 이것이 없으면 클라이언트는 상수 기능이 일정하게 유지된다고 가정할 수 있지만 구현이 변경될 때 중단을 발견할 수 있습니다. 함수를 constexpr으로 표시함으로써 컴파일러는 해당 함수가 상수 표현식에 안전하게 사용될 수 있도록 보장하여 이러한 함정으로부터 클라이언트 코드를 보호합니다.

예:

원래 상수를 반환하지만 나중에 구성 파일에서 값을 반환하도록 수정되는 함수 f를 생각해 보세요.

// Original implementation
inline int f() { return 4; }

constexpr이 없는 경우, 클라이언트 코드는 무의식적으로 다음과 같이 f를 사용할 수 있습니다.

int my_array[f()]; // Non-constant array dimension

구성 파일에서 값을 검색하기 위해 f를 변경하면 클라이언트 코드가 실패합니다. 함수의 런타임 특성으로 인해 컴파일됩니다. 그러나 constexpr을 시행하면 컴파일러는 처음부터 이러한 오용을 방지할 수 있습니다.

문제 해결

비평가들은 constexpr이 잘못된 결과를 제공할 수 있다고 주장합니다. 상수 표현식에서 함수의 실제 사용성을 보장하지 않고 구문 제약 조건만 확인하므로 보안이 유지됩니다. 프로그래머가 유효성 검사의 부담을 지는 것은 사실이지만 컴파일러의 constexpr 적용은 의도된 사용을 준수하는 데 여전히 중요합니다.

비Const 멤버 함수와의 비교

constexpr 함수는 보호 장치 역할을 한다는 점에서 const가 아닌 멤버 함수와 유사합니다. 둘 다 클라이언트 코드가 미래에 변경될 수 있는 함수 동작에 대한 가정에 의존하는 것을 방지합니다. 그러나 constexpr은 함수가 동적 컨텍스트에서 사용될 때 일정하지 않은 결과를 컴파일할 수 있다는 점에서 다릅니다.

결론

constexpr 선언은 여러 가지 이유로 C에서 매우 중요합니다. 이는 잘못된 클라이언트 종속성을 방지하고 전처리기 매크로에서 벗어나는 언어의 움직임에 맞춰지며 const 인터페이스와 non-const 인터페이스를 구별하기 위한 안정적인 메커니즘을 제공합니다. 컴파일러는 함수의 불변성을 자동으로 결정할 수 없지만 constexpr 구문을 적용하면 클라이언트 코드에 대한 보호 수준이 제공되고 프로그램 전체에서 일관된 사용이 보장됩니다.

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