[C++] 단점을 보완한 범위 있는( scoped ) enum

범위 없는( unscoped ) enum

C++에서 보통의 식별자들의 경우, 중괄호 블록을 벗어나게 되면, 효력을 잃게 마련입니다.

int main(){

    {
        int val = 0;
    }

    val += 10;	// error ! 변수의 범위를 벗어났음
}

그렇지만, 아래의 enum 타입의 식별자 같은 경우, 이러한 제약에 영향을 받지 않습니다.

int main(){

    enum Color{ white, black, red };

    auto white = false; // error !
    
    enum Color2{ black, yellow, blue };	// error !! black 식별자 중복
}

▼출력

error: 'auto white' redeclared as different kind of symbol

위의 white 열거자( enumerator )는 Color 타입의 범위를 넘어서도 유효하기 때문에, 그 아래의 white 변수와 이름이 충돌됩니다.

심지어, 중괄호 블록에 의해 완전히 분리되었다고 생각되는 Color2의 열거자들과도 이름 충돌이 발생합니다.

이와 같은 일이 발생하는 이유는 위 Color 같은 enum 타입이 범위( scope )를 제공하지 않기 때문입니다.

이러한 enum을 범위 없는( unscoped ) enum이라고 부릅니다.

[C++] 몇 가지 값만 가질 수 있는 타입: unscoped enum

두 가지 값만 가질 수 있는 타입 boolbool 타입은 C++의 기본적인 타입( fundamental type )의 하나입니다.이 타입은 키워드로 정해진 두 값 true와 false만을 가질 수 있는데, 이 상징적인 상수 true는 사실

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범위 없는 enum의 단점

범위 없는 enum 타입의 범위를 제공하지 않는 특성 때문에, 위에서 예를 들었던 이름 충돌 문제를 해결하려면, enum의 열거자에 특별한 접두사를 붙인다던가 namespace를 사용해야 불편함이 있습니다.

enum Color1{
    white,
    black,
    red,
};

enum Color2{
    cr_white,   // 열거자에 접두어 사용
    cr_black,
    cr_red,
};

namespace Namescope{    // namespace 사용
    enum Color3{
        white,
        black,
        red,
    };
}

int main(){
    int var1{ white };
    int var2{ cr_white };
    int var3{ Namescope::white };
}

위의 white와 Namescope::white는 다른 이름으로 처리되고, 이것이 namespace를 사용하는 이유입니다.

[C++] 이름 충돌을 해결하기 위한 namespace

namespacenamespace는, 단어에서 알 수 있듯이, 이름( identifier )이 유일하게 정의된 공간을 말합니다.그리고, 이러한 공간을 만드는 이유는, 생각 외로 자주 발생하는 이름의 중복을 막기 위해서입니다

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그리고, 이 기능은 외부의 라이브러리가 범위 없는 enum 타입을 사용할 때 특히 유용합니다.

● 게다가, 범위 없는 enum 타입의 열거자들은 암시적으로 정수 타입( integral type )으로 변환됩니다.
그런데, 정수 타입은 필요한 경우 다시 double 타입으로 변환될 수 있으므로, 다음의 코드도 아무런 무리 없이 컴파일됩니다.

int main(){

    enum Color{ white, black, red };
    int result = 0;

    if ( black > 3.5){	// enum 타입과 double 타입을 비교 ??
        result = 1;
    }

    return result;
}

그래서, 위와 같이 black을 3.5와 비교하는 이상한 코드를 만들 수도 있습니다.

● 그리고, 범위 없는 enum은 전방 선언( forward declaration )을 할 수 없습니다.
왜냐하면, ( 범위 없는 enum의 전방 선언에는 아직 열거자들을 명시하지 않았으므로 ) 컴파일러가 enum의 열거자들을 모두 담을 수 있는 타입을 정할 수 없기 때문입니다.
따라서, 다음과 같은 코드는 오류입니다.

enum Color; // 전방 선언. error !!

void UseEnum( Color e);

enum Color{
    white = 100,
    black = 100000000,
    red,
};

▼출력

error: use of enum 'Color' without previous declaration

위에서, enum Color의 모든 열거자들( enumerators )의 타입은 적어도 값 100,000,000을 담을 수 있는 타입이어야 합니다. ( ex. int 타입 )
그렇지만, 전방 선언만을 보고선, 이 타입의 열거자가 어떤 값을 갖는지는 알 수 없고, 이렇게 열거자의 구체적인 타입을 확정할 수 없으면 컴파일할 수 없습니다.

● 참고로, 전방 선언( forward declaration )이란 식별자를 정의하기 전에, 식별자의 존재를 컴파일러에 미리 알리는 것입니다.
이렇게 함으로써, 컴파일 시간을 대폭 줄일 수 있게 됩니다.

[C++] 식별자를 알려주는 전방 선언( forward declaration )

전방 선언( forward declaration )식별자( identifier )란 변수, 함수, 타입 등의 이름을 말합니다.int a = 0; // a: 변수 식별자int add( int, int ); // add: 함수 식별자class CSomething; // CSomething: 타입 식별자 이러한

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예를 들면, 함수 선언은 헤더 파일에서 하고( 이것이 전방 선언 ), 함수는 구현은 다른 파일에 둡니다.( cpp 같은 )
그러면, 이 함수를 사용하는 프로그램의 다른 코드들은, 헤더 파일을 포함함으로써, 함수의 구현과 무관하게 함수를 사용할 수 있을 뿐 아니라, 함수의 구현 부분을 수정하더라도, 재컴파일 할 필요가 없게 됩니다.

범위 있는( scoped ) enum

위에서 나열한 범위 없는( unscoped ) enum의 문제점들을 해결하기 위해 도입된 것이 바로 범위 있는( scoped ) enum 구문입니다.
이 범위 있는 enum은 enum 뒤에 class 키워드를 사용해서 선언하게 됩니다.

int main(){

    enum class Color1{ white, black, red };  // 범위 있는 enum

    enum class Color2{ white, yellow, blue };
}

이 enum에는 범위가 적용되므로, Color1의 white와 Color2의 white는 구분이 됩니다.
그리고, 이러한 범위 있는 enum의 열거자( enumerator )에 접근하려면 아래와 같이 해야 합니다.

int main(){

    enum class Color{ white, black, red }; 
    Color c = Color::red;	// red 열거자에 접근
}

위처럼, Color 타입의 red 열거자에 접근하려면, enum 타입의 이름 Color와 범위 지정 연산자( scope resolution operator ) ::를 같이 사용해야 합니다.

● 그리고, 이 범위 있는 enum 타입은, 범위 없는 enum 타입과 달리, 다른 타입으로의 암시적인 변환을 할 수 없습니다.
따라서, 다음의 코드는 오류입니다.

int main(){

    enum class Color{ white = 100, black, red };  // 범위 있는 enum
        
    int result = 0;

    if ( Color::black > 3.5){   // 암시적인 변환 금지. error !!
        result = 1;
    }

    return result;
}

위의 Color::black 열거자를 double 타입으로 변환할 수 없기 때문에, > 연산자의 인수가 될 수 없으므로 오류입니다.

만약, 이 enum 타입의 변환이 필요하다면, 명시적인 변환을 거쳐서 위의 비교 구문을 수행할 수는 있습니다.

int main(){

    enum class Color{ white = 100, black, red };  // 범위 있는 enum
        
    int result = 0;

    if ( static_cast<double>( Color::black ) > 3.5){   // 명시적인 변환
        result = 1;
    }

    return result;
}

● 그리고, 범위 있는 enum은 전방 선언( forward declaration )이 가능합니다.
이것은 가능한 이유는, 이 enum의, 바탕 타입( underlying type )이라는 하는, 기본 타입이 int로 정해져 있기 때문입니다.

그래서, 범위 없는 enum과 달리 다음 코드가 가능합니다.

enum class Color; // 전방 선언. ok

void UseEnum( Color e);

컴파일러는 위의 UseEnum 함수의 매개변수 e의 타입이 int 타입이라는 것을 알고 있으므로, 함수를 컴파일하는데 아무런 문제가 없습니다.

게다가, 원하는 경우( 타입의 크기가 중요시되는 프로그램의 경우 ) enum의 바탕 타입을 변경할 수도 있습니다.

enum class Color: std::uint16_t // 바탕 타입 변경
{
    white,
    black,
    red,
};

enum Unscoped_Color: uint8_t   // 범위 없는 enum의 바탕 타입
{
    white,
    black,
    red,
}

그리고, 범위 있는 enum 도입과 동시에, 위와 같이 기존의 범위 없는 enum도 바탕 타입을 설정할 수 있게 되었습니다.
예전의 범위 없는 enum의 전방 선언이 불가능했던 것은, 이 타입의 열거자의 타입을 설정할 수 없었기 때문이므로, 이젠 범위 없는 enum도 전방 선언이 가능하게 되었습니다.

enum Color : int;	// 범위없는 enum의 전방 선언. ok

void UseEnum( Color e);

위에서 Color 뒤의 : int를 빼먹으면, 이전과 마찬가지로 컴파일이 안됩니다.

정리

범위 있는( scoped ) enum 타입은 범위를 제공하는 enum 타입입니다. 그렇기 때문에, 이 타입의 열거자( enumerator )에 접근하려면, 이 타입의 이름과 범위 지정 연산자 ::를 사용해야 합니다.
범위 있는 타입은 암시적으로 다른 타입으로 변환되지 않습니다.
범위 있는 타입의 열거자의 바탕 타입( underlying type )은 기본적으로 int 타입입니다. 하지만 원하는 경우 다른 타입으로 변경할 수 있습니다.