18강. std::optional, std::variant, std::any: 값이 없거나 여러 형태일 때

?이번 강의에서 해결할 문제

조회 실패를 빈 문자열이나 -1로 표현하면 정상 값과 구분이 어렵습니다. 여러 결과 타입을 void*로 전달하면 타입 검사가 실행 시점까지 미뤄집니다. C++17의 vocabulary type은 가능한 상태를 타입에 기록합니다.

✓학습 목표

✓이 강의를 마치면

• optional, variant, any가 해결하는 서로 다른 문제를 구분합니다.
• 값 접근 전 존재 여부와 활성 타입을 확인합니다.
• 열린 확장성이 필요하지 않은 상태는 구체 타입으로 제한합니다.

◇먼저 알아야 할 핵심 개념

optional<T>는 T 값이 있거나 없는 두 상태입니다. variant<A, B>는 미리 정한 타입 중 정확히 하나를 보관합니다. any는 복사 가능한 임의 타입을 저장하지만 소비자가 타입을 알아야 하고 잘못된 cast는 예외가 되므로 경계가 불명확해질 수 있습니다.

§왜 이 문제가 위험한가

빈 optional을 value()로 읽으면 예외가 나고 *value는 전제 위반이 됩니다. variant의 모든 대안을 처리하지 않으면 새 타입 추가 시 논리 누락이 생깁니다. any를 일반 메시지 상자처럼 쓰면 컴파일러가 타입 관계를 검증하지 못합니다.

§가장 작은 예제로 시작하기

task_result_types.cpp

#include <iostream>
#include <optional>
#include <string>
#include <type_traits>
#include <variant>
#include <vector>

struct FoundTask { std::string name; };
struct MissingTask { int id{}; };
using LookupResult = std::variant<FoundTask, MissingTask>;

std::optional<std::string> findName(const std::vector<std::string>& names, std::size_t index) {
    if (index >= names.size()) return std::nullopt;
    return names[index];
}

int main() {
    const std::vector<std::string> names{"build", "test"};
    if (const auto name = findName(names, 1)) std::cout << *name << '\n';

    LookupResult result = MissingTask{7};
    std::visit([](const auto& value) {
        if constexpr (std::is_same_v<std::decay_t<decltype(value)>, FoundTask>)
            std::cout << value.name << '\n';
        else
            std::cout << "missing:" << value.id << '\n';
    }, result);
}

§코드 한 줄씩 이해하기

1. findName은 값이 없을 수 있음을 반환 타입에 표시합니다.
2. 호출자는 optional의 참 여부를 확인한 뒤 역참조합니다.
3. LookupResult는 성공과 실패 상세 중 하나를 보관합니다.
4. visit가 현재 활성 타입에 맞는 분기를 호출합니다.
5. if constexpr는 선택되지 않은 타입 분기를 컴파일하지 않습니다.

§실행 결과와 메모리·동작 흐름

출력은 test, missing:7입니다. optional은 문자열 값을 자체 수명으로 보관하므로 원본 vector 주소를 장기 관찰하지 않습니다. variant는 MissingTask를 활성 대안으로 보관합니다.

✎단계별 실습

✎직접 실습

실습 목표

마법 값과 포인터 실패 표현을 optional·variant로 바꿉니다.

시작 전 상태와 실행 방법

예제에 <type_traits>를 추가하고 C++17로 빌드합니다.

1단계: 최소 코드 작성

인덱스 1과 3을 조회해 값 있음과 없음 경로를 출력합니다.

2단계: 값 또는 조건을 바꿔 결과 비교

optional에 value_or("unknown")을 적용하고 명시적 분기와 안내 차이를 비교합니다.

3단계: 작은 기능 확장

LookupResult에 InvalidId 대안을 추가하고 방문자가 모든 상태를 설명하게 합니다.

4단계: 스스로 해결하기

플러그인 메타데이터처럼 정말 열린 타입 상자가 필요한 한 사례를 찾고, variant로 제한할 수 없다면 any 사용 위치와 cast 실패 정책을 문서화합니다.

막혔을 때

• is_same_v 오류는 <type_traits> 포함을 확인합니다.
• 빈 optional에 value()를 바로 호출하지 않습니다.
• variant 방문자가 너무 복잡하면 각 상태 처리 함수를 분리합니다.

!흔한 실수와 해결 방법

!자주 하는 실수

• optional을 null 검사와 똑같이 사용하면서 이유 숨김: 값 없음의 의미를 함수명과 오류 메시지로 설명합니다.
• variant에 의미 없는 타입을 계속 추가: 상태 모델을 별도 클래스로 분리할 시점을 검토합니다.
• any를 기본 선택: 타입 관계를 잃고 런타임 cast 실패가 늘어납니다.

§언제 사용하고 언제 피할까

정상적인 값 없음은 optional, 닫힌 대안 집합은 variant, 외부 확장 지점처럼 타입을 컴파일 시점에 제한할 수 없는 경계만 any를 고려합니다. 실패 원인이 여러 가지라면 optional보다 명시적 결과 타입이 낫습니다.

§게임 개발 연결

선택 대상 없음, 명령 결과, 효과 종류처럼 상태가 분명한 곳에 적용할 수 있습니다. 엔진 전용 타입으로 옮기기 전에 표준 C++ 타입이 표현하는 의미를 먼저 정합니다.

?이해 점검 질문 3개

1. optional이 빈 문자열이나 -1보다 값 없음의 의미를 잘 표현하는 이유는 무엇인가요?
2. variant와 any는 가능한 타입 집합에서 어떻게 다른가요?
3. 실패 원인을 사용자에게 알려야 할 때 optional만으로 부족할 수 있는 이유는 무엇인가요?

■핵심 요약

■핵심 요약

optional은 값 없음, variant는 닫힌 대안, any는 제한하기 어려운 열린 타입 경계를 표현합니다. 가장 구체적인 타입을 선택해 잘못된 상태를 줄입니다.

§다음 강의 연결

19강. 예외와 오류 처리에서 실패 상태를 어디에서 복구하고 어떻게 호출자에게 전달할지 결정합니다.