누구나 C++를 익히고 나면, 원하는 프로그램을 어떻게 만들지 고민하게 된다. 하지만 프로그래머라면 만들고자 하는 기능이 무엇이든지 간에 이 책에서 제시하는 더 빠르고 가벼운 프로그램 설계 방법을 항상 고려하는 것이 좋다. 성능의 여러 측면을 C++ 언어로 설명한 이론과 예제는 더 좋은 프로그램을 제작하는 데 유용한 배경지식이 될 것이다.

 

이 책에서 다루는 내용
■ 자신이 만든 코드를 향상시킬 수 있는 흥미로운 도구 사용법
■ 코드를 최적화하기 위한 성능 병목지점을 찾아내는 방법
■ GPU 연산을 활용하는 애플리케이션 개발
■ 동시 프로그래밍의 장점 활용
■ 예외 처리를 통해 애플리케이션 오류에서 보호하는 코드 제작
■ STL 컨테이너와 알고리즘의 효율적인 활용
■ 부스트 컨테이너 확장 도구
■ 사용자 정의 메모리 할당자를 사용한 효율적인 메모리 관리

이 책의 대상 독자
독자가 C++와 컴퓨터 구조의 기초 지식과 자신의 기술을 향상시키는 데 타고난 흥미를 갖고 있다고 기대한다. 바라건대 이 책을 마치고 나면 성능, 구조 측면에서 자신의 C++ 애플리케이션을 향상시킬 수 있는 몇 가지 방법을 얻을 수 있을 것이다. “아, 그렇구나!”’라고 생각하는 순간을 갖기 바란다.

이 책의 구성
1장, ‘C++의 간단한 소개’에서는 무비용 추상화, 값 의미 체계, 상수 수정, 명시적 소유, 오류 처리 등과 같은 일부 중요한 특징을 소개한다. C++의 단점도 알아본다.
2장, ‘최신 C++ 개념’에서는 auto를 사용한 자동 타입 추정과 람다 함수, 이동 의미 체계, std::optional, std::any 등을 개괄적으로 다룬다.
3장, ‘성능 측정’에서는 점근적 복합성, 빅 O 표시법, 실용적 성능 테스트와 코드를 프로파일해 문제 지점을 찾는 방법을 설명한다.
4장, ‘데이터 구조’에서는 데이터에 빠르게 접근할 수 있도록 구성하는 작업의 중요성을 보여준다. std::vector, std::list, std::unorderedmap, std::priorityqueue와 같은 STL 컨테이너를 소개하고, 마지막으로 평행 배열의 반복 연산 방법을 알아본다.
5장, ‘반복자’에서는 반복 연산자의 개념을 깊이 있게 살펴보고, 반복 연산자가 단순히 컨테이너에 객체를 참조하는 것을 뛰어 넘는 방법을 보여준다.
6장, ‘STL 알고리즘’에서는 STL 알고리즘의 명백한 장점과 아주 명백하지는 않은 장점을 설명한다. 또한 STL 알고리즘의 한계와 새로운 Ranges 라이브러리로 이러한 한계를 극복하는 방법을 살펴본다.
7장, ‘메모리 관리’에서는 안전하고 효율적인 메모리 관리법을 집중적으로 다룬다. 메모리 소유권, RAII, 스마트 포인터, 스택 메모리, 동적 메모리, 사용자 메모리 할당 등을 다룬다.
8장, ‘메타프로그래밍과 컴파일 시 평가’에서는 constexpr, 다원화 컨테이너, typetraits, std::enableif, std::is_detected와 같은 메타프로그래밍 개념을 알아본다. 또한 리플렉션과 같은 실용적인 메타프로그래밍 활용 사례도 제공한다.
9장, ‘프록시 객체와 지연 평가’에서는 프록시 객체가 깔끔한 구문을 유지하면서 아래로는 최적화를 수행하는 데 쓰이는 프록시 객체를 알아본다. 더불어 연산자 오버로딩의 창의적인 활용도 일부 알아본다.
10장, ‘동시성’에서는 병렬 실행과 공유 메모리, 데이터 경합, 교착 상태 등 동시 처리 프로그래밍의 기본을 다룬다. 또한 C++의 스레드 지원 라이브러리, 아토믹 라이브러리, C++ 메모리 모델도 소개한다.
11장, ‘병렬 STL’에서는 병렬 알고리즘 작성의 복합성을 보여준다. STL과 부스트 연산용 병렬 확장 기능을 사용하는 병렬 처리 STL 알고리즘을 활용하는 방법을 알아본다.

C++는 1983년에 등장한 이후로 한 해도 멈추지 않고 발전을 거듭했다. C 언어를 바탕으로 단일 프론트엔드 언어에서 컴파일러 세계의 일등 시민으로 자리 잡고 있다. 매번 새로운 C++의 표준은 가끔 지나칠 정도로 많은 기능이 추가된다. 스트롭스트룹(Stroustrup)은 C++ 안에서 훨씬 더 작고 깔끔한 언어가 태어나려 한다고 말하기도 했다.
문제는 우리가 찾는 더 작고 깔끔한 언어가 상황에 따라 변하고 있다는 점이다. C++를 마스터하는 것은 이제 여러 특정 분야에 맞게 발전한 영역의 언어를 익히는 것과 마찬가지다. 임베디드(embedded) 시스템에 잘 맞는 일종의 변형 언어는 대규모의 기업용 애플리케이션에서는 통하지 않고, 강력한 게임 엔진용 표현은 문서 처리기에서는 통하지 않는다.
이 책은 고성능용 코드를 신속하게 개발하는 하나의 C++ 변형을 설명한다. C++11로 시작해서 방대한 기능을 가진 C++ 언어와 애플리케이션의 작성에 더 많은 시간을 소비하지만, 세부 기능의 실행에는 시간을 덜 소비하는 C++ STL을 아우른다. 이것이 이 책이 C++를 바라보는 관점이다.
이 책의 개별 주제는 애플리케이션 개발과 컴퓨터 공학을 큰 틀에서 다룬다. 최신 C++ 기술의 정보를 따라잡고자 하는 독자에게 필요한 핵심적인 변화를 다뤄서 중심을 잡아준다. 여기서 나오는 특정 예제와 논리적 전개 등은 알고리즘의 기본적인 사용법에서 출발해 GPU에서 OpenCL로 자신의 알고리즘을 실행할 수 있도록 실력을 향상시켜준다. 현재 C++의 근본적인 문제(메모리 관리와 소유, 시간과 공간에 대한 고민, 고급 템플릿 사용법 등)를 단계적으로 풀어가면 이 책의 후반부에서는 자신감을 갖고 고급 기술의 영역에 도달하게 될 것이다.
나는 크거나 작은 로우레벨, 관리되는 프로젝트, 심지어 맞춤 설계된 언어를 사용하는 프로젝트 등 다양한 프로젝트를 수행했지만, C++는 항상 내 마음속에 특별하게 간직하고 있다. 2000년대에 내가 첫 정규직으로 근무한 게임 기술 회사에서의 주 업무는 C++ 코드를 작성하는 것이었다. 업무의 주요 기술이 편집기와 스크립팅 언어에 C++ 코드 베이스를 반영하는 것이었으므로 그 일을 사랑했다.
 어떤 사람은 C++가 강아지에 다리를 덧붙여 문어로 만든 것 같다고 얘기한다. 나는 C++가 의도하지 않은 방향으로 가지 않도록 코드 베이스를 망치로 두들겨 가면서 많은 노력을 기울였다. 아직까지는 그 문어가 나름의 방식대로 아름답고 효과적이다.
C++는 과거에서 현재까지 엄청난 발전을 해왔다. 이제 가능성으로 가득한 흥미진진한 세상으로 가는 문을 독자에게 열어주는 게 된 것은 나의 영광이다. 빅터(Viktor)와 비요른(Björn)은 경험이 많고 뛰어난 업적을 남긴 멋진 개발자이며, 독자를 위해 매우 많고 훌륭한 것을 저장해두고 있다.
- 벤 가니(Ben Garney)
/엔진 컴퍼니(The Engine Company)의 CEO

 

1장. C++의 간단한 소개
__C++의 사용 이유
____비용이 들지 않는 추상화
____이식성
____견고성
____C++의 현재
__이 책의 목표
____독자에게 기대하는 지식
__다른 언어와 C++의 비교
____언어의 성능 경쟁
____성능과 관련 없는 C++ 언어의 기능
____객체 소유와 C++의 가비지 컬렉션
____C++ 참조를 사용한 널 객체 예방
____C++의 단점
__클래스 인터페이스와 예외 처리
____엄격한 클래스 인터페이스
____오류 처리와 자원 관리
__이 책에서 사용한 라이브러리
__요약

2장. 최신 C++ 개념
__auto 키워드를 사용한 자동 타입 추론
____함수 서명에서 auto 사용
____변수에서 auto 사용
__람다 함수
____C++ 람다 함수의 기본 구문
____캡처 블록
____람다와 std::function
____다형성 람다
__포인터에 대한 상수 전파
__이동 의미론 설명
____복사 생성, 교환, 이동
____자원의 획득과 3의 법칙
____이동 의미론 소개
____명명된 변수와 오른쪽 값
____기본 이동 의미론과 영의 법칙
__std::optional로 옵션 값 표현
____옵션 반환값
____옵션 멤버 변수
____정렬과 std::optional의 비교
__동적인 값을 std::any로 표현
____std::any의 성능
__요약

3장. 성능 측정
__점근적 복잡도와 빅 O 표기법
____증가율
____분할 상환 시간 복잡도
__측정 대상
____성능의 속성
____성능 테스트: 모범 사례
__코드의 이해와 핵심 지점
____프로파일러
__요약

4장. 데이터 구조
__컴퓨터 메모리의 속성
__STL 컨테이너
____시퀀스 컨테이너
____연관 컨테이너
____정렬된 집합과 맵
____비정렬 집합과 맵
____컨테이너 어댑터
__평행 배열
__요약

5장. 반복자
__반복자 개념
____반복자 분류
____포인터와 유사한 문법
____생성기로서의 반복자
____반복자 특성
____실용적인 예제: 범위 내의 부동소수점 포인트 값 반복 연산
__요약

6장. STL 알고리즘
__블록 구성을 위한 STL 알고리즘
____STL 알고리즘의 개념
____STL 알고리즘과 직접 만든 for 반복문의 비교
__STL과 범위 라이브러리의 미래
____STL 반복자의 제약 사항
____범위 라이브러리 소개
____액션, 뷰, 알고리즘
__요약

7장. 메모리 관리
__컴퓨터 메모리
____가상 주소 공간
____메모리 페이지
____스레싱
__프로세스 메모리
____스택 메모리
____힙 메모리
__메모리의 객체
____객체의 생성과 해제
____메모리 배치
____패딩
__메모리 소유권
____암시적 자원 관리
____컨테이너
____스마트 포인터
__작은 크기를 사용한 최적화
__사용자 정의 메모리 관리
____아레나 만들기
____사용자 정의 메모리 할당자
__요약

8장. 메타프로그래밍과 컴파일 시 평가
__템플릿 메타프로그래밍 소개
____템플릿 파라미터로 정수 사용
____컴파일러가 템플릿 함수를 처리하는 방법
____컴파일 시에 오류를 트리거하는 static_assert 사용
__타입 특성
____타입 특성 분류
____타입 특성 사용
____decltype을 사용한 변수 타입 가져오기
____std::enable_if_t를 사용해 타입에 따른 조건적 함수 활성화
____std::is_detected로 클래스 멤버 들여다보기
__constexpr 키워드
____런타임 구문의 constexpr 함수
____std::integral_constant를 사용한 컴파일 시 처리 과정의 검증
____if constexpr 구문
__다원화 컨테이너
____정적인 크기의 다원화 컨테이너
____동적 크기의 혼합 컨테이너
__std::variant
____variant에 접근
____variant의 다원화 컨테이너
____variant 컨테이너의 값에 접근
____std::get 전역 함수
__메타프로그래밍 실전 예제
____사례 1: 리플렉션
____전역 함수의 조건적 오버로딩
____사례 2: 안전한 포괄적 형 변환 함수 작성
____사례 3: 컴파일 시의 해시 문자열
__요약

9장. 프록시 객체와 지연 평가
__지연 평가와 프록시 객체의 소개
____지연 평가와 선행 평가의 비교
__프록시 객체
____프록시를 사용한 문자열 합치기 비교
____프록시 구현
____r-value 수정자
____합쳐진 프록시 할당
__거리 비교 시 제곱 계산의 보류
____간단한 2차원 지점 클래스
____수학적 배경
____DistProxy 객체 구현
____더 유용하도록 DistProxy 확장
____DistProxy를 사용한 거리 비교
____DistProxy로 거리 계산
____성능 평가
__연산자 오버로딩과 프록시 객체 생성
____확장 메서드로서의 파이프 연산자
____중위 연산자
____더 읽을거리
__요약

10장. 동시성
__동시성의 기본
__동시 프로그래밍이 어려운 이유
__동시성과 병렬성
____시분할
____공유 메모리
____데이터 경합
____뮤텍스
____교착 상태
____동기 작업과 비동기 작업
__C++ 동시 프로그래밍
____스레드 지원 라이브러리
____C++의 아토믹 지원
____C++ 메모리 모델
__잠금 없는 프로그래밍
____잠금 없는 큐의 예
__성능 가이드
____경합 방지
____대기 동작 방지
____스레드와 CPU 코어의 개수
____스레드 우선순위
____스레드 선호
____거짓 공유
__요약

11장. 병렬 STL
__병렬 처리의 중요성
__병렬 알고리즘
____병렬 std::transform() 구현
____병렬 std::count_if 구현
____병렬 std::copy_if 구현
__병렬 STL
____실행 정책
____병렬 버전으로 알고리즘 수정
____인덱스 기반의 for 반복문 병렬화
__GPU에서 STL 알고리즘 실행
____GPU API와 병렬 작업
____STL 알고리즘과 GPU
__부스트 컴퓨트
____부스트 컴퓨트 기본 개념
____OpenCL
____부스트 컴퓨트 초기화
____부스트 컴퓨트에 간단한 transform-reduce 알고리즘 전달
____부스트 컴퓨트에서 조건자 사용
____부스터 컴퓨트에서 사용자 정의 커널 사용
__요약

1장. C++의 간단한 소개
C++의 사용 이유
비용이 들지 않는 추상화
이식성
견고성
C++의 현재
이 책의 목표
독자에게 기대하는 지식
다른 언어와 C++의 비교
언어의 성능 경쟁
성능과 관련 없는 C++ 언어의 기능
객체 소유와 C++의 가비지 컬렉션
C++ 참조를 사용한 널 객체 예방
C++의 단점
클래스 인터페이스와 예외 처리
엄격한 클래스 인터페이스
오류 처리와 자원 관리
이 책에서 사용한 라이브러리
요약

2장. 최신 C++ 개념
auto 키워드를 사용한 자동 타입 추론
함수 서명에서 auto 사용
변수에서 auto 사용
람다 함수
C++ 람다 함수의 기본 구문
캡처 블록
람다와 std::function
다형성 람다
포인터에 대한 상수 전파
이동 의미론 설명
복사 생성, 교환, 이동
자원의 획득과 3의 법칙
이동 의미론 소개
명명된 변수와 오른쪽 값
기본 이동 의미론과 영의 법칙
std::optional로 옵션 값 표현
옵션 반환값
옵션 멤버 변수
정렬과 std::optional의 비교
동적인 값을 std::any로 표현
std::any의 성능
요약

3장. 성능 측정
점근적 복잡도와 빅 O 표기법
증가율
분할 상환 시간 복잡도
측정 대상
성능의 속성
성능 테스트: 모범 사례
코드의 이해와 핵심 지점
프로파일러
요약

4장. 데이터 구조
컴퓨터 메모리의 속성
STL 컨테이너
시퀀스 컨테이너
연관 컨테이너
정렬된 집합과 맵
비정렬 집합과 맵
컨테이너 어댑터
평행 배열
요약

5장. 반복자
반복자 개념
반복자 분류
포인터와 유사한 문법
생성기로서의 반복자
반복자 특성
실용적인 예제: 범위 내의 부동소수점 포인트 값 반복 연산
요약

6장. STL 알고리즘
블록 구성을 위한 STL 알고리즘
STL 알고리즘의 개념
STL 알고리즘과 직접 만든 for 반복문의 비교
STL과 범위 라이브러리의 미래
STL 반복자의 제약 사항
범위 라이브러리 소개
액션, 뷰, 알고리즘
요약

7장. 메모리 관리
컴퓨터 메모리
가상 주소 공간
메모리 페이지
스레싱
프로세스 메모리
스택 메모리
힙 메모리
메모리의 객체
객체의 생성과 해제
메모리 배치
패딩
메모리 소유권
암시적 자원 관리
컨테이너
스마트 포인터
작은 크기를 사용한 최적화
사용자 정의 메모리 관리
아레나 만들기
사용자 정의 메모리 할당자
요약

8장. 메타프로그래밍과 컴파일 시 평가
템플릿 메타프로그래밍 소개
템플릿 파라미터로 정수 사용
컴파일러가 템플릿 함수를 처리하는 방법
컴파일 시에 오류를 트리거하는 static_assert 사용
타입 특성
타입 특성 분류
타입 특성 사용
decltype을 사용한 변수 타입 가져오기
std::enableift를 사용해 타입에 따른 조건적 함수 활성화
std::is_detected로 클래스 멤버 들여다보기
constexpr 키워드
런타임 구문의 constexpr 함수
std::integral_constant를 사용한 컴파일 시 처리 과정의 검증
if constexpr 구문
다원화 컨테이너
정적인 크기의 다원화 컨테이너
동적 크기의 혼합 컨테이너
std::variant
variant에 접근
variant의 다원화 컨테이너
variant 컨테이너의 값에 접근
std::get 전역 함수
메타프로그래밍 실전 예제
사례 1: 리플렉션
전역 함수의 조건적 오버로딩
사례 2: 안전한 포괄적 형 변환 함수 작성
사례 3: 컴파일 시의 해시 문자열
요약

9장. 프록시 객체와 지연 평가
지연 평가와 프록시 객체의 소개
지연 평가와 선행 평가의 비교
프록시 객체
프록시를 사용한 문자열 합치기 비교
프록시 구현
r-value 수정자
합쳐진 프록시 할당
거리 비교 시 제곱 계산의 보류
간단한 2차원 지점 클래스
수학적 배경
DistProxy 객체 구현
더 유용하도록 DistProxy 확장
DistProxy를 사용한 거리 비교
DistProxy로 거리 계산
성능 평가
연산자 오버로딩과 프록시 객체 생성
확장 메서드로서의 파이프 연산자
중위 연산자
더 읽을거리
요약

10장. 동시성
동시성의 기본
동시 프로그래밍이 어려운 이유
동시성과 병렬성
시분할
공유 메모리
데이터 경합
뮤텍스
교착 상태
동기 작업과 비동기 작업
C++ 동시 프로그래밍
스레드 지원 라이브러리
C++의 아토믹 지원
C++ 메모리 모델
잠금 없는 프로그래밍
잠금 없는 큐의 예
성능 가이드
경합 방지
대기 동작 방지
스레드와 CPU 코어의 개수
스레드 우선순위
스레드 선호
거짓 공유
요약

11장. 병렬 STL
병렬 처리의 중요성
병렬 알고리즘
병렬 std::transform() 구현
병렬 std::count_if 구현
병렬 std::copy_if 구현
병렬 STL
실행 정책
병렬 버전으로 알고리즘 수정
인덱스 기반의 for 반복문 병렬화
GPU에서 STL 알고리즘 실행
GPU API와 병렬 작업
STL 알고리즘과 GPU
부스트 컴퓨트
부스트 컴퓨트 기본 개념
OpenCL
부스트 컴퓨트 초기화
부스트 컴퓨트에 간단한 transform-reduce 알고리즘 전달
부스트 컴퓨트에서 조건자 사용
부스터 컴퓨트에서 사용자 정의 커널 사용

★ 지은이의 말 ★

오늘날의 C++는 여전히 대부분의 하드웨어 플랫폼을 대상으로 하거나, 실시간 처리 요구를 받는 프로그래머가 명시적이고 강력한 코드를 작성할 수 있는 능력을 주며, 이 점이 C++를 특별하게 만든다. 지난 수년간 C++는 더 즐겁게 쓸 수 있고 더 나은 기본을 갖춘 언어로 변화해왔다.
이 책은 효율적으로 애플리케이션을 작성하는 데 필요한 강력한 기본기와 최신 C++에서 라이브러리를 구현하는 전략에 관한 통찰력을 제공한다. 이 책에서는 최신 C++를 역사적으로 하나씩 살펴보기보다는 C++14/C++17의 기능 중 언어로서 타고난 부분이 어떻게 동작하는지 실용적으로 설명한다.
이 책은 빅터와 비요른의 협업으로 집필됐다. 하지만 각 장의 초안은 개별적으로 쓴 후, 내용을 향상시켜 한 권의 온전한 책으로 집성했다. 빅터는 1, 2, 5, 8, 9, 11장을, 비요른은 3, 4, 7, 10장을 책임졌다. 이 책의 전반에 걸쳐 일관성을 갖추고자 열심히 노력한 결과 이 책을 함께 쓰는 데 큰 이점이 됐다. 많은 주제를 토론했으며, 더 나은 결과를 만들었다

 

★ 옮긴이의 말 ★

현장의 여러 전문가 중 C++가 새로운 기술이고, 최근 경향에 맞는 주제라고 생각할 사람은 극히 일부일 것이다. 반면에 우리가 접하는 IT 세상에서 C++만큼 긴 시간 다뤄진 주제가 몇 개나 있을지 반문해볼 필요도 있다. C++는 그만큼 오랫동안 곁에 존재했고, 기술이 획기적으로 변화하고 발전하는 과정에서도 살아남았으며, 여전히 사랑받고 있다.
이미 C++에 익숙한 독자는 잠시 컴퓨터를 끄고, 편안한 의자에 앉아 이 책을 읽으면서 그동안 성능적인 측면에서 간과했던 부분이 없는지 살펴보길 권하고 싶다. 새로운 도전이라는 긴 여정을 앞둔 독자라면 책의 어느 한 부분에 얽매이지 말라고 얘기하고 싶다. 예를 들어 어떤 사람에게 객체나 오브젝트를 말하면 여러 속성을 가진 물건을 떠올릴 수 있다. 프로그램을 처음 배운 이는 클래스를 떠올리기도 하고, 숙련된 개발자 중에는 직접 만든 라이브러리를 머리에 떠올릴 수도 있다. 이렇게 용어는 각자 다른 형태로 관념이 된다. 처음부터 어떤 용어가 실제로 의미하는 모습 그대로 완벽하게 소화하기 어렵지만, 여러 번 실습하고 결과를 전체적으로 보는 과정을 지나 추상적인 단어도 결국 설명이 필요 없는 개념이 된다.
이 책은 번역서다. 원문을 옮기면서 저자가 전달하려는 의미를 그대로 전하는 것은 기본이다. 그러나 모국어로 다른 사람의 언어를 번역하면서 단어 선정에 하나의 기준이 더 필요했고, 의미를 가장 잘 전달하는 단어를 골라야 했다. 표준어라 할지라도 이해를 더 어렵게 만들거나 의미가 달라질 경우 가능하면 실제로 사용되는 단어나 의미를 전하기 쉬운 단어를 대신 선택했다.
하지만 쏟아져 들어오는 외국어에 대한 우리말 단어 선택은 내 능력의 부족에서 오는 안타까움을 넘어선다. 예를 들어 Supervisor는 이미 ‘슈퍼바이저, 수퍼바이저, 감독, 관리자, 감독자, 감리자, 감시자’ 등으로 여러 분야에서 번역돼 통용되고 있으며, 실제로 사용할 한 단어의 선택에 충분한 일관성과 원칙을 찾는 것은 더욱더 어려운 일이 됐다. 이렇게 실제 의미를 알면서도 적당한 우리말 하나를 선택하는 어려움은 장마다 반복됐다. 표준 용어라도 전문가가 쓰지 않는 단어보다는 가급적 실제로 사용되는 용어를 선택하는 것이 독자에게 도움이 될 것이라 생각했다. 결과적으로 최선이 아닌 표현이 있더라도 이런 현실을 감안한 독자의 양해를 구한다.