C++ of the Day #24 - 다시 ADL

Question

전에도 C++ of the Day #7 - ADL (Argument Dependent Lookup)글에서 ADL을 다룬 적이 있는데 이번엔 좀 더 난이도 있는 버전입니다. (그리고 더 자세한 설명이 있는 버전입니다. ;-) )

내용은 뉴스그룹에서 가져왔습니다. ((VC8 compiler behavior?))

template 
ostream& operator<<(ostream& os, const vector& v) // (1)
{
  // ...
}

namespace formatter
{
  template 
  struct bracketed
  {
    bracketed(const T& t) : value(t) {}
    T value;
  };

  template 
  ostream& operator<<(ostream& os, const bracketed& v) // (2)
  {
    return os << '[' << v.value << ']'; // (3)
  }
};

int main()
{
  using formatter::bracketed;

  int n = 21014;
  vector v;

  cout << bracketed(n) << endl; // (4)
  //cout << bracketed >(v) << endl; // (5)
} 

위와 같은 코드에서 질문은.

1. 왜 (4)번 라인은 컴파일이 될까?


2. 왜 (5)번 라인은 컴파일이 되지 않을까?

답을 보시기 전에 한번 생각해 보세요.

Answer

먼저 잠깐 ADL 규칙에서 후보 함수들을 찾아내는 규칙에 대해 간단히 살펴 보면 다음과 같습니다.

1. 호출되는 함수의 각 argument가 존재하는 class나 namespace내의 같은 이름의 함수들


2. 일반적인 name lookup 방법에 의해 찾아진 같은 이름의 함수들 ((일반적이라고 표현한 이 방법은 표준 문서에서 말하는 unqualified name lookup입니다.))
   

위의 규칙에 대해서는 표준 문서에 좀 더 자세히 정의되어 있으나 일단 이렇게만 알고 있어도 문제를 해결하는데 도움이 됩니다.

일단 (4)번 라인부터 살펴 보겠습니다. 먼저 (4)번 라인의 앞부분, 즉 << endl; 부분을 뺀 부분을 다시 써 보면 다음과 같습니다.

operator<<(cout, n)

여기서 cout argument는 std::ostream& 타입이므로 이에 의해 선택되는 후보는 std::operator<< 입니다. 그리고 n argument는 const formatter::bracketed& 타입이므로 (2)번 라인에 있는 formatter::operator<< 함수를 후보에 추가합니다. 마지막으로 일반적인 name lookup 방법에 의해 찾아진 후보는 global scope에 있는 (1)번 라인의 ::operator<<이 됩니다. 컴파일러는 당연히 이중 가장 잘 match되는 (2)번 라인의 formatter namespace안에 있는 함수를 선택합니다.

그럼 위에서 선택된 (2)번에서 호출되는 (3)번 라인으로 가보겠습니다. 이 라인에서 필요한 부분은 다음과 같습니다.

operator<<(cout, v.value)

(4)번 라인에서와 같이 먼저 cout에 의해 std namespace안에 있는 operator<<가 후보에 추가됩니다. 하지만 v.value는 int 즉 primitive type이므로 후보를 추가하지 않습니다. 마지막으로 일반적인 name lookup 방법에 의해 찾아지는 후보는 (2)번 라인 그 자체가 됩니다. 왜냐하면 일반적인 name lookup은 좀 더 작은 scope에서 찾아보고 발견되지 않으면 좀 더 큰 scope에서 찾아보는 방법인데 이 경우 자신이 존재하는 가장 작은 scope인 formatter namespace scope안에서 그 자신이 같은 이름으로 발견되기 때문에 더 이상 상위 scope를 찾지 않기 때문입니다. 이 경우 컴파일러는 ambiguity 없이 std 안의 operator<<을 선택하게 되며 따라서 정상적으로 컴파일됩니다.

그럼 이제 문제가 되는 (5)번 라인을 살펴보겠습니다. 먼저 (5)번 라인은 (4)번 라인과 같은 규칙에 의해 formatter namespace안의 operator<< 함수가 선택됩니다. 다음으로 (3)번 라인에서 필요한 부분은 다음과 같습니다.

operator<<(cout, v.value)

여기서 먼저 cout에 의해 std::operator<<이 선택됩니다. 두번째로 v.value는 const std::vector& 타입으로 먼저 std::operator<<이 선택됩니다. 하지만 이것은 이미 선택되었죠. 다음으로 template argument인 int는 primitive 타입이므로 더이상 후보를 추가하지 않습니다. 다음으로 일반적인 name lookup 방법에 의해 다시 (2)번 라인 자신을 추가합니다. 하지만 이 경우에는 두 후보, 즉 std::operator<< 와 formatter::operator<< 함수 모두 vector를 처리할 수 없으므로 컴파일 에러가 발생하게 됩니다.

그렇다면 어떻게 컴파일 에러 문제를 해결할 수 있을까요?

위에서 알아본대로 이 경우 ADL에 함수가 선택되는 scope는 std 아니면 formatter가 됩니다. 따라서 global scope에 있는 함수를 std 혹은 formatter scope안으로 옮겨주면 됩니다. 이때 std 안으로 옮기는 것은 표준에 따르면 undefined behavior가 됩니다. 따라서 알아서들 사용하시길... 대개 문제는 없습니다. ;-)

만약 std와 formatter namespace 둘 다에 (1)번 라인과 같은 operator<<가 존재한다면 어떻게 될까요? 이 경우에는 컴파일러가 둘 중에 더 나은 것을 선택할 수 없으므로 ambiguity 에러가 발생하게 됩니다.