c++에서 reflection 사용하기 2

04 Jun 2012

c++ reflection

지난 번 글의 문제점은 다음과 같다.

  • class 정보가 없다. 따라서 이름으로부터 class에 대한 객체를 생성할 수가 없다.
  • field에 대한 정보가 구체 class에 묶여있다. 따라서 그 class를 모르면 field 정보를 얻어올 수 없다.

그래서 이번에는 다음의 기능을 중점으로 구현하였다.

  • 이름(문자열)로 class 정보 찾기
  • class 정보는 class 객체를 생성할 수 있어야 함
  • class 정보는 field 정보를 이름(문자열)로 찾을 수 있어야 함
  • field 정보는 객체의 주소로부터 field 값을 가져오거나 설정할 수 있어야 함

마지막 항목은 지난 글에서 구현했던 내용이니, 앞의 세 항목을 어떻게 구현했는지 보도록 하자.
(본 글에서는 글 읽는 흐름과 상관없는 별로 안 중요한 코드는 생략한다.)

먼저 class 정보에 대응되는 class를 만들어보자. 요구사항에서 언급했듯이, 얘는 자신의 type정보로 객체를 생성 가능해야하며, 이름으로 특정 field를 찾을 수 있어야 한다.

class class_t {
public:
    class_t(std::string _name);
    const field_t* get_field(std::string name) const;
    void add_field(std::string name, field_t* field);

    template <typename _Class>
    _Class* new_instance() const {
        return reinterpret_cast<_Class*>(new_instance_impl());
    }

private:
    virtual void* new_instance_impl() const = 0;

private:
    typedef std::map<std::string, field_t*> field_map_t;
    field_map_t field_map;
};

field_t*에 대한 map을 가지고 add_field()/get_field() 할 수 있는 간단한 class이다. add_field()get_field() 함수 모두 public으로 공개되어 있으니 class 정보를 접근할 때 실행 도중에 field를 add_field() 할 수 있는 위험이 있지 않을까? 하는 생각이 들 수도 있는데, 일단 class_t 객체를 사용할 때는 무조건 const class_t*를 사용하게 하면 add_field() 함수는 const가 아니니까 적당히 괜찮지 않을까 싶다.

재밌는 부분은 객체를 생성하는 부분이다. 이 역시 class_t 자체에는 type 정보가 없으므로(field_t와 동일한 이유) 구체 class에게 생성을 맡긴다. 하지만 구체 class가 뭘 생성할지 모르므로 void*로 일단 받고 casting해서 반환하는 대범함을 보인다. (field_t 때와 마찬가지로 new_instance() 함수에 type 인자를 잘못 주면 안드로메다를 보게 된다.)

구체 class는 field_impl_t보다 훨씬 간단하다.

template <typename _ObjTy>
class class_impl_t : public class_t {
public:
    class_impl_t(std::string name);

private:
    virtual void* new_instance_impl() const {
        return new _ObjTy;
    }
};

구체 class는 어차피 자기가 어떤 class에 대한 것인지 type 정보를 template으로 받고 있으므로 그에 대해 new 해서 돌려주면 그만이다. 물론 기본 생성자가 없다면 컴파일 에러가 난다.

이는 java annotation과 reflection을 사용한 xml mapping에서 Class#newInstance()와 기본생성자에 관해 이야기했던 것과 동일한 이유라고 보면 된다.
기본 생성자가 아닌 생성자에 대해서도 고려해주려면 method에 대한 reflection도 만들어주어야 하는데 variadic template을 지원하지 않는 MSVC10에서는 별로 구현하고 싶지 않다-_-;

이제 class의 이름과 class_t를 관리해줄 관리자 class를 만들어야 한다. class의 이름은 std::type_info.name()을 쓰면 좋겠지만 이 이름이 그닥 적절하지 못하다.

예를 들어 struct user_t {}라는 구조체가 있다면 typeid(user_t).name()은 MSVC 기준으로 "struct user_t"가 된다. 이 경우 이름을 통해 class_t를 찾아올 때 영 좋지 못할 수가 있으니 직접 이름을 등록할 수 있도록 할 것이다.

이 때 문제가 될 수 있는 것은, 어떤 객체에 대한 class_t를 가져올 때, 그 객체의 class의 이름을 뭐라고 등록했는지 찾아야 한다는 것이다. 때문에 관리자 class는 사용자 지정 이름과 class_t만을 관리하는 것이 아니라, 그 객체의 std::type_info*와 사용자 지정 이름도 관리해야 각 객체들은 자신의 class_t를 적절히 찾아올 수 있게 될 것이다.

class reflection_base {
public:
    static reflection_base& instance();
    const class_t* get_class(std::string name) const;
    const field_t* get_field(std::string class_name, std::string field_name) const;

public:
    void add_class(std::string name, class_t* class_impl);
    void add_field(std::string class_name, std::string field_name, field_t* field_impl);

    void add_class_name(const std::type_info* typeinfo, std::string class_name);
    const char* class_name_from_typeinfo(const std::type_info* typeinfo) const;

private:
    reflection_base() {}
    reflection_base(const reflection_base&);
    reflection_base& operator= (const reflection_base&);

private:
    typedef std::map<const std::type_info*, std::string> class_name_map_t;
    typedef std::map<std::string, class_t*> class_map_t;

    class_name_map_t class_name_map;
    class_map_t class_map;
};

singleton pattern의 reflection_base class는 type_info와 사용자 지정 이름, 사용자 지정 이름과 class_t에 대한 map을 갖는다. 그리고 이를 등록하고 찾아서 반환할 수 있도록 한다. (어차피 내부 구현 코드는 map에 대한 insert, find이니 자세한 코드는 생략한다.)

이제 class_t를 관리하고 찾을 수 있는 방법이 생겼으니, 특정 객체에 대해 다른 class들이 class_t를 얻을 수 있도록 helper격의 class를 하나 만들어보자.

class reflection_class_t {
public:
    virtual ~reflection_class_t() {}

    const char* type_name() const {
        return typeid(*this).name();
    }
    const char* class_name() const {
        return reflection_base::instance()
            .class_name_from_typeinfo(&typeid(*this));
    }
    const class_t* get_class() const{
        return class_t::from_name(class_name());
    }
};

이제 reflection_class_t를 상속받는 class들은 get_class() 함수를 통해 자신의 class_t*를 가져올 수 있게 된다.

마지막으로 reflection_baseclass_tfield_t를 등록하는 함수를 만들어보자. 이는 지난 번 글에서 사용했던 매크로와 유사한 코드이다.

template <typename _ObjTy>
inline void register_class(std::string class_name) {
    reflection_base::instance().add_class_name(&typeid(_ObjTy), class_name);
    reflection_base::instance().add_class(class_name, 
        new class_impl_t<_ObjTy>(class_name));
}

template <typename _ObjTy, typename _FieldTy, typename _FieldTy (_ObjTy::*Field)>
inline void register_field(std::string field_name) {
    const char* class_name = reflection_base::instance()
        .class_name_from_typeinfo(&typeid(_ObjTy));
    assert(class_name);

    reflection_base::instance().add_field(class_name, field_name, 
        new field_impl_t<_ObjTy, _FieldTy, Field>(field_name));
}

register_class() 함수는 특정 class type에 대해 지정한 이름으로 class_impl_t 객체를 만들어서 등록한다. 이 때 해당 class의 type과 사용자 지정 이름을 class_name_map에 같이 등록해준다.

register_field() 함수는 특정 class를 찾아서, 그 class_t가 관리하는 field_mapfield_impl_t 객체를 만들어서 등록한다.

이제 위에서 작성한 코드는 다음과 같이 사용될 수 있다.

using namespace reflection;

class base_t : public reflection_class_t {
public:
    virtual ~base_t() {}
};

struct user_t : public base_t {
    int index;
    std::string name;
};

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    register_class<user_t>("user_t");
    register_field<user_t, int, &user_t::index>("index");
    register_field<user_t, std::string, &user_t::name>("name");

    const class_t* clazz = class_t::from_name("user_t");
    std::cout << clazz->name() << std::endl;
    clazz->enumerate_fields([&] (const field_t* field) {
        std::cout << "\t" << field->name() << std::endl;
    });

    base_t* ptr = clazz->new_instance<base_t>();
    assert(clazz == ptr->get_class());
    delete ptr;

    return 0;
}

user_t에 대해 reflection을 등록한다.
(이 부분은 딱히 답이 없는데, 편하게 하려면 code generator를 사용한다던가 하는 수 밖에 없어보인다. 아니면 if1live님이 했던 것처럼 매크로로 구조체를 만들도록 하든가.)

class_t::from_name() 함수를 사용해 이름으로 class_t 객체를 가져왔다. 그리고 enumerate_fields() 함수(본 문에서는 생략됨)를 사용하여 class_t가 가지고 있는 모든 field에 대한 이름을 출력해볼 수 있다.

그리고 new_instance() 함수로 객체를 생성할 수 있는데, 이 때 type을 부모의 type(base_t)으로 명시해준다. 하지만 실제 class_tuser_t에 대한 class_t이므로, 이 때 생성되는 객체는 user_t에 대한 객체이다. 그렇기 때문에 clazz 변수와 ptr->get_class() 변수가 모두 user_t에 대한 class_t로 일치하는 것이다.

그냥 map 등록/참조이기 때문에 새로울 것이 없는 내용이다. 성능 문제야 당연히 있겠지만 map을 hash_map으로 바꾸는 것 이외에는 그닥 좋은 방법이 떠오르지 않는다. 오히려 register를 좀 자동으로 해줄 수 있는 방법이 없을까 하는 것이 더 고민이다.

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