C++ 프로그래밍 — 성능과 추상화의 균형 → 실전

Lambda와 함수형 프로그래밍

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왜 Lambda인가? — 함수를 값처럼 다루기

What — Lambda란 무엇인가?Lambda(람다)는 이름 없는 함수 객체를 코드 안에서 즉석으로 정의하는 문법C++11에서 도입, C++14/17/20에서 계속 강화 (Järvi et al., 2003)기본 형태: $[캡처](매개변수) \rightarrow 반환형 \{ 본문 \}$Why — 왜 Lambda가 필요한가?문제 1: 함수 포인터의 한계C 스타일 함수 포인터는 주변 변수를 캡처할 수 없음콜백에 상태를 전달하려면 별도 구조체 + void* 조합 필요 → 타입 안전성 붕괴문제 2: Functor(함수 객체)의 보일러플레이트STL 알고리즘에 커스텀 동작을 넘기려면 매번 struct + operator() 정의3줄짜리 비교 로직에 10줄짜리 클래스를 만드는 비효율Lambda의 해답선언과 사용을 한 곳에 — 코드 가독성 향상캡처 리스트로 주변 변수에 안전하게 접근컴파일러가 고유한 클로저 타입을 생성 → 인라인 최적화 가능 (Vandevoorde & Josuttis, 2017)[여기에 다이어그램: Lambda 진화 타임라인]왼쪽부터 오른쪽으로 3단계 흐름:(1) C 스타일: 함수 포인터 박스 → "상태 전달 불가" 빨간 X 표시(2) C++03 Functor: struct 박스 안에 operator() → "보일러플레이트 과다" 노란 경고(3) C++11 Lambda: [x](int\ a)\{return\ a + x;\} → "간결 + 캡처 + 인라인" 초록 체크각 단계를 화살표로 연결, 아래에 코드 줄 수 비교 바 차트 (10줄 → 5줄 → 1줄)How — Lambda의 구조 해부[여기에 다이어그램: Lambda 문법 해부도]하나의 Lambda 식을 크게 확대하여 각 부분에 화살표 라벨:[=, \&count] → 캡처 리스트: 값 캡처(=), 참조 캡처(&)(int\ x,\ int\ y) → 매개변수\rightarrow bool → 반환 타입 (생략 가능)\{ return\ x > y; \} → 함수 본문아래에 캡처 모드 비교 리스트:[\,] : 캡처 없음[=] : 모든 변수 값 복사[\&] : 모든 변수 참조[x, \&y] : x는 값, y는 참조[this] : 현재 객체의 멤버 접근[*this] (C++17) : 객체 자체를 복사 캡처컴파일러가 보는 Lambda컴파일러는 Lambda를 익명 클로저 클래스로 변환 (ISO C++11 §5.1.2)캡처된 변수 → 클래스 멤버 필드함수 본문 → operator() 메서드캡처가 없는 Lambda → 함수 포인터로 암시적 변환 가능[여기에 다이어그램: Lambda → 클로저 클래스 변환]좌측: Lambda 코드 $auto\ f = [x](int\ a)\{return\ a + x;\};$우측: 컴파일러가 생성하는 동등한 structstruct __lambda_1 박스 안에:int x; (캡처된 멤버)int operator()(int a) const { return a + x; }좌측에서 우측으로 "컴파일러 변환" 화살표아래 메모: "인라인되므로 함수 호출 오버헤드 제로" (Meyers, 2014)Lambda의 실전 활용 패턴STL 알고리즘과 조합: std::sort, std::find_if, std::transform에 즉석 정의콜백 등록: 이벤트 핸들러, 비동기 완료 처리즉시 실행(IIFE): 복잡한 초기화를 const 변수에 대입Generic Lambda (C++14): auto 매개변수로 템플릿처럼 동작constexpr Lambda (C++17): 컴파일 타임 계산에 활용Template Lambda (C++20): [](auto\text{<}T\text{>}\ x) 형태로 타입 제약 가능[여기에 다이어그램: Lambda 활용 맵]중앙에 "Lambda" 원방사형으로 6개 활용 영역 연결:STL 알고리즘 (sort, transform)콜백/이벤트IIFE 초기화Generic (C++14 auto)constexpr (C++17)Template (C++20)각 영역에 한 줄 코드 예시 포함

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🎓 강의 스크립트

오늘은 C++에서 Lambda가 왜 필요한지 알아보겠습니다.

Lambda는 이름 없는 함수 객체를 즉석으로 정의하는 문법입니다.

C++ 11에서 처음 도입되어 이후 버전에서 계속 강화되었습니다.

그림 상단 왼쪽을 보시면 C 스타일 함수 포인터가 나옵니다.

함수 포인터는 주변 변수를 캡처할 수가 없습니다.

상태 전달에 void 포인터가 필요해서 타입 안전성이 무너집니다.

가운데 박스를 보시면 C++ 03의 Functor 방식이 있습니다.

struct 안에 operator()를 정의하는 방법입니다.

상태 캡처는 가능하지만 보일러플레이트 코드가 너무 많습니다.

3줄짜리 로직에 클래스를 통째로 만드는 비효율이 생기죠.

오른쪽 박스를 보시면 C++ 11 Lambda가 등장합니다.

한 줄로 간결하게 쓸 수 있고 인라인 최적화도 가능합니다.

선언과 사용이 한 곳에 있으니 코드 가독성도 크게 높아집니다.

이제 Lambda 문법을 직접 해부해 보겠습니다.

그림 중간 부분을 보시면 Lambda 식 전체가 크게 표시됩니다.

맨 앞 대괄호 부분이 캡처 리스트입니다.

등호는 모든 변수를 값으로 복사하고, 앰퍼샌드는 참조 캡처입니다.

그 뒤 괄호 안은 일반 함수와 같은 매개변수 목록입니다.

화살표 다음 반환 타입은 생략할 수도 있습니다.

마지막 중괄호 안이 실제 실행될 함수 본문입니다.

캡처 모드 비교를 보면, 빈 대괄호는 캡처 없음을 뜻합니다.

혼합 캡처나 this를 이용한 멤버 접근도 지원합니다.

그림 하단을 보시면 컴파일러가 Lambda를 어떻게 변환하는지 나옵니다.

컴파일러는 Lambda를 익명 클로저 클래스로 변환합니다.

캡처된 변수는 클래스 멤버 필드가 되고, 본문은 operator() 메서드가 됩니다.

인라인 최적화 덕분에 함수 호출 오버헤드가 제로입니다.

실전에서 Lambda는 STL 알고리즘과 잘 어울립니다.

std::sort, std::find_if 등에 즉석 콜백을 넘길 수 있습니다.

C++ 14부터는 auto 매개변수로 Generic Lambda도 쓸 수 있습니다.

C++ 17의 constexpr Lambda는 컴파일 타임 계산에도 활용됩니다.

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