7강. const, constexpr: 바뀌지 않는 값과 컴파일 시간 계산

?이번 강의에서 해결할 문제

변하지 않아야 할 최대 슬롯 수가 프로그램 곳곳에서 수정 가능하면 실수로 규칙이 바뀔 수 있습니다. 반대로 실행 중 입력으로 정해지는 값을 억지로 컴파일 시간 상수로 만들 수는 없습니다.

✓학습 목표

• const와 constexpr의 공통점과 차이를 설명합니다.
• 컴파일 시간에 계산 가능한 함수를 작성합니다.
• 변경하지 않는 함수 인자와 지역 값에 const를 적용합니다.

◇먼저 알아야 할 핵심 개념

const는 객체를 해당 이름을 통해 수정하지 않겠다는 약속입니다. 초기값은 실행 중 결정될 수도 있습니다. constexpr는 값이나 함수가 상수 표현식으로 계산될 수 있음을 나타내며 컴파일 시간 문맥에서 사용할 수 있습니다. 모든 constexpr 값은 수정할 수 없지만 모든 const 값이 컴파일 시간 상수인 것은 아닙니다.

§가장 작은 실행 가능한 예제

inventory_limits.cpp

#include <iostream>

constexpr int slotCount(const int rows, const int columns) {
    return rows * columns;
}

int main() {
    constexpr int maxSlots{slotCount(4, 5)};
    const int occupiedSlots{7};
    const int freeSlots{maxSlots - occupiedSlots};

    std::cout << maxSlots << ' ' << freeSlots << '\n';
}

§핵심 코드 줄별 설명

1. slotCount는 전달된 값만으로 결과를 계산합니다.
2. maxSlots는 컴파일 시간에 20으로 계산될 수 있습니다.
3. 예제의 occupiedSlots는 읽기 전용 런타임 값으로 생각할 수 있습니다.
4. freeSlots도 계산 뒤 바뀌지 않아 const로 선언합니다.
5. 변경 금지 의도가 선언부에 있어 이후 코드를 추적하기 쉽습니다.

§실행 결과와 값 변화

20 13

행을 3으로 바꾸면 최대 슬롯은 15, 빈 슬롯은 8이 됩니다. 최대 크기는 빌드 전에 계산되고 점유 슬롯은 실행 시점 데이터와 결합됩니다.

✎단계별 실습

실습 목표

격자 맵의 최대 셀 수와 남은 셀 수를 계산합니다.

시작 전 상태와 실행 방법

예제의 함수를 복사한 C++17 콘솔 프로젝트를 준비합니다.

1단계: 최소 코드 작성

가로 8, 세로 6인 맵의 셀 수를 constexpr로 계산합니다.

2단계: 값 또는 조건을 바꿔 결과 비교

사용 중인 셀 수를 10과 40으로 바꾸어 남은 값을 비교합니다.

3단계: 작은 기능 확장

셀 하나의 메모리 크기를 곱해 전체 예상 바이트를 계산하는 constexpr 함수를 추가합니다.

4단계: 스스로 해결하기

배열 크기에 계산 결과를 사용해 컴파일 시간 상수임을 확인하세요.

막혔을 때

constexpr 함수 안에서 파일 읽기나 일반 출력처럼 컴파일 시간에 수행할 수 없는 작업을 호출하면 상수 계산에 사용할 수 없습니다. 계산과 런타임 입출력을 분리합니다.

!흔한 실수와 해결 방법

• 모든 값에 constexpr 적용: 사용자 입력이나 파일 결과는 실행 중에만 알 수 있습니다.
• const를 성능 기능으로만 생각: 가장 큰 이점은 변경 계약과 컴파일 검증입니다.
• 멤버 함수 const 누락: 객체 상태를 바꾸지 않는 조회 함수는 심화 과정에서 const 멤버 함수로 확장합니다.

§게임 개발 연결

고정 인벤토리 크기, 방향 수, 테이블 범위는 constexpr 후보입니다. 현재 체력이나 접속자 수는 런타임 데이터이므로 계산 후 변경하지 않는 지역 값에 const를 적용하는 방식이 맞습니다.

?이해 점검 질문 3개

1. const 값이 항상 컴파일 시간 상수가 아닌 이유는 무엇인가요?
2. constexpr 함수에 적합한 계산은 어떤 특징을 갖나요?
3. 변경하지 않는 지역 변수에 const를 붙이면 어떤 검토 비용이 줄어드나요?

■핵심 요약

const는 수정하지 않는다는 약속이고 constexpr는 컴파일 시간 계산 가능성을 표현합니다. 값이 언제 정해지고 이후 바뀌어야 하는지 먼저 판단한 뒤 선택합니다.

§다음 강의 연결

8강. 범위 기반 for에서 컨테이너 원소를 읽을지 수정할지 const와 참조로 표현합니다.