[C++] std::optional의 모든 것

 

std::optional에 대한 자세한 설명과 실무 예제

std::optional은 C++17에서 도입된 매우 유용한 기능으로, 값이 "있을 수도 있고 없을 수도 있는" 상황을 안전하고 명시적으로 표현할 수 있습니다. 이는 이전에 nullptr, NULL, 혹은 특별한 값(예: -1)을 사용하여 "값 없음"을 표현하던 방식보다 훨씬 더 안전하고 명확한 코드를 작성할 수 있게 해줍니다.

1. std::optional의 기본 개념

std::optional은 템플릿 클래스이며, 어떤 타입 T에 대해 std::optional<T>로 사용됩니다. 이 타입은 T 타입의 값을 가질 수도 있고, 값이 없음을 나타내는 std::nullopt 상태일 수도 있습니다.

• 선언 및 초기화:

std::optional<int> maybeInt;
std::optional<std::string> maybeString = "Hello";
std::optional<double> maybeDouble = std::nullopt; // 값이 없음

• 값 할당 및 접근:

maybeInt = 42;
if (maybeInt) {
    std::cout << "Value: " << *maybeInt << std::endl; // Dereferencing the optional
} else {
    std::cout << "No value" << std::endl;
}

2. 실무에서의 std::optional 사용 예제

예제 1: 데이터베이스 조회에서 사용

데이터베이스 조회에서 특정 키에 해당하는 값을 찾지 못할 수 있는 상황에서 std::optional을 사용하여 조회 결과를 처리할 수 있습니다.

#include <iostream>
#include <optional>
#include <unordered_map>
#include <string>

class Database {
public:
    std::optional<std::string> getUserById(int id) {
        if (auto it = users.find(id); it != users.end()) {
            return it->second;
        }
        return std::nullopt; // 사용자 없음
    }

    void addUser(int id, const std::string& name) {
        users[id] = name;
    }

private:
    std::unordered_map<int, std::string> users;
};

int main() {
    Database db;
    db.addUser(1, "Alice");
    db.addUser(2, "Bob");

    auto user = db.getUserById(1);
    if (user) {
        std::cout << "User found: " << *user << std::endl;
    } else {
        std::cout << "User not found" << std::endl;
    }

    user = db.getUserById(3);
    if (user) {
        std::cout << "User found: " << *user << std::endl;
    } else {
        std::cout << "User not found" << std::endl;
    }

    return 0;
}

설명: 이 코드에서 getUserById 함수는 특정 사용자 ID를 조회하고, 사용자가 존재하면 std::optional<std::string>을 반환하며, 존재하지 않으면 std::nullopt을 반환합니다. 이렇게 하면 함수 호출 측에서 반환 값을 안전하게 처리할 수 있습니다.

예제 2: 설정 파일에서 옵션 값 읽기

어떤 프로그램에서는 설정 파일에서 특정 옵션 값을 읽어와야 하지만, 해당 옵션이 존재하지 않을 수도 있습니다. 이때 std::optional을 사용하면 이런 상황을 깔끔하게 처리할 수 있습니다.

#include <iostream>
#include <optional>
#include <map>
#include <string>

class ConfigReader {
public:
    ConfigReader(const std::map<std::string, std::string>& configMap)
        : config(configMap) {}

    std::optional<std::string> getValue(const std::string& key) const {
        auto it = config.find(key);
        if (it != config.end()) {
            return it->second;
        }
        return std::nullopt;
    }

private:
    std::map<std::string, std::string> config;
};

int main() {
    std::map<std::string, std::string> configMap = {
        {"host", "localhost"},
        {"port", "8080"}
    };
    ConfigReader config(configMap);

    auto host = config.getValue("host");
    std::cout << "Host: " << (host ? *host : "Not specified") << std::endl;

    auto timeout = config.getValue("timeout");
    std::cout << "Timeout: " << (timeout ? *timeout : "Not specified") << std::endl;

    return 0;
}

설명: 이 예제에서는 ConfigReader 클래스가 설정 파일을 읽어와 특정 키에 대한 값을 반환합니다. 키가 존재하지 않으면 std::nullopt을 반환하여, 함수 호출 측에서 존재 여부를 명시적으로 처리할 수 있습니다.

예제 3: 네트워크 통신에서 응답 처리

네트워크 통신에서 서버의 응답이 올 수도 있고, 타임아웃으로 인해 응답이 오지 않을 수도 있습니다. 이런 경우 std::optional을 사용하여 응답이 존재하는지 여부를 처리할 수 있습니다.

#include <iostream>
#include <optional>
#include <string>
#include <thread>
#include <chrono>

std::optional<std::string> fetchDataFromServer(bool simulateTimeout) {
    if (simulateTimeout) {
        return std::nullopt; // 타임아웃 발생
    } else {
        std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1)); // 네트워크 지연 시간 시뮬레이션
        return "Server response data";
    }
}

int main() {
    auto response = fetchDataFromServer(false);
    if (response) {
        std::cout << "Received: " << *response << std::endl;
    } else {
        std::cout << "No response from server (timeout)." << std::endl;
    }

    response = fetchDataFromServer(true);
    if (response) {
        std::cout << "Received: " << *response << std::endl;
    } else {
        std::cout << "No response from server (timeout)." << std::endl;
    }

    return 0;
}

설명: 서버로부터 데이터를 받아오는 fetchDataFromServer 함수는 네트워크 타임아웃을 시뮬레이션하여 std::optional<std::string>을 반환합니다. 타임아웃이 발생하면 std::nullopt을 반환하여 응답이 없음을 명시적으로 나타냅니다.

3. std::optional 사용 시의 주의 사항

• 옵셔널의 크기: std::optional은 내부적으로 값과 존재 여부를 관리하기 때문에, 값 타입의 크기보다 더 큰 메모리를 사용할 수 있습니다. 작은 크기의 타입에 대해서는 크게 문제되지 않지만, 큰 객체를 옵셔널로 다룰 때는 메모리 사용량에 유의해야 합니다.
• 빈 상태 접근: std::optional이 비어있는 상태에서 값을 참조하려고 하면 런타임 에러가 발생합니다. 따라서 항상 if (opt) 조건문을 통해 값이 있는지 확인한 후에 접근해야 합니다.
• 기본 제공 함수 활용: std::optional은 value_or, has_value, emplace 등의 유용한 멤버 함수를 제공합니다. 이를 활용하여 기본 값을 설정하거나 조건에 따라 값을 쉽게 설정할 수 있습니다.

std::optional<int> optInt = std::nullopt;
int value = optInt.value_or(10); // optInt가 비어있으면 10을 사용

std::optional은 코드의 안정성과 가독성을 크게 향상시킬 수 있는 도구로, 특히 함수의 반환 타입으로 매우 유용하게 사용됩니다. 이를 통해 "값 없음"을 명시적으로 표현하고 처리하는 코드 작성이 가능해집니다.