C++17 std::any: any_cast 동작, variant·void*와의 차이, 성능 오버헤드

any란?

std::any 는 C++17에서 도입된 타입 소거 컨테이너입니다. 어떤 타입의 값이든 저장할 수 있으며, 런타임에 타입을 확인하고 값을 추출할 수 있습니다. void*의 타입 안전한 대안입니다.

#include <any>

std::any a = 42;           // int
a = 3.14;                  // double
a = std::string{"hello"};  // string

// 타입 확인 후 접근
if (a.type() == typeid(std::string)) {
    std::cout << std::any_cast<std::string>(a) << std::endl;
}

왜 필요한가?:

• 타입 유연성: 컴파일 타임에 타입을 알 수 없을 때
• 타입 안전: void*보다 안전한 타입 소거
• 자동 관리: 생명주기 자동 관리
• 예외 안전: 잘못된 타입 접근 시 예외

// ❌ void*: 타입 불안전, 수동 관리
void* ptr = new int(42);
int x = *static_cast<int*>(ptr);  // 타입 확인 없음
delete ptr;  // 수동 삭제

// ✅ std::any: 타입 안전, 자동 관리
std::any a = 42;
if (a.type() == typeid(int)) {
    int x = std::any_cast<int>(a);  // 타입 확인
}
// 자동 소멸

any의 동작 원리:

std::any는 내부적으로 타입 정보와 값을 함께 저장합니다. 작은 객체는 any 객체 내부의 버퍼에, 큰 객체는 힙에 저장합니다 (Small Object Optimization). 아래 개념 코드는 SOO를 생략하고 항상 힙에 저장하는 가장 단순한 형태입니다.

// 개념적 구현
// 타입 정의
class any {
    void* data_;
    const std::type_info* type_;
    void (*deleter_)(void*);
    
public:
    template<typename T>
    any(T value) {
        data_ = new T(std::move(value));
        type_ = &typeid(T);
        deleter_ = [](void* p) { delete static_cast<T*>(p); };
    }
    
    ~any() {
        if (data_) {
            deleter_(data_);
        }
    }
    
    const std::type_info& type() const {
        return *type_;
    }
};

실제 구현(libstdc++, libc++, MSVC STL)은 type_info 포인터와 deleter_ 대신 복사·이동·소멸·타입 조회를 모두 처리하는 관리 함수 포인터 하나를 두는 방식이 일반적입니다. 이 구조에서 알 수 있는 중요한 제약이 하나 있습니다. std::any는 자기 자신을 복사할 수 있어야 하므로, 저장하는 타입도 반드시 복사 생성 가능해야 합니다. 그래서 std::unique_ptr이나 std::thread 같은 이동 전용 타입은 어떤 방법으로도 std::any에 넣을 수 없습니다. 또 표준은 a.type() == typeid(T) 비교를 전제로 하므로, type()을 쓰는 코드는 RTTI가 켜져 있어야 합니다(-fno-rtti 환경에서는 type()을 쓸 수 없거나 구현마다 동작이 다릅니다).

any vs variant vs optional:

특징	std::any	std::variant	std::optional
저장 가능 타입	모든 타입	정해진 타입	단일 타입
타입 추적	런타임	컴파일 타임	N/A
메모리	내부 버퍼 또는 힙 (큰 객체)	객체 내부 (할당 없음)	객체 내부 (할당 없음)
성능	느림	빠름	매우 빠름
타입 안전	런타임	컴파일 타임	컴파일 타임
용도	플러그인, 설정	상태 머신, 에러	null 대안

// any: 모든 타입 가능
std::any a = 42;
a = std::string{"hello"};
a = std::vector<int>{1, 2, 3};

// variant: 정해진 타입만
std::variant<int, std::string> v = 42;
v = std::string{"hello"};
// v = std::vector<int>{};  // 에러

// optional: 단일 타입
std::optional<int> opt = 42;
opt = std::nullopt;

any vs variant vs void* 심화

void*

• 장점: 어떤 주소든 담을 수 있으며, C API와의 연동이 단순해 보입니다.
• 단점: 소유권·수명·실제 타입이 코드 계약에만 의존합니다. 잘못된 static_cast는 정의되지 않은 동작이며, delete와 짝이 맞지 않으면 즉시 UB입니다.
• 요약: 레이아웃이 고정된 불투명 버퍼(예: FFI 버퍼)에는 여전히 쓰이지만, 소유 객체를 담는 용도로는 std::any나 스마트 포인터+인터페이스가 안전합니다.

std::variant

• 닫힌 집합(예: int | double | string)이 컴파일 타임에 고정되어 있으면 visit·holds_alternative로 대부분의 실수를 컴파일 단계에서 잡을 수 있습니다.
• 메모리는 보통 고정 크기 버퍼에 두어 힙 할당 없이 동작하는 경우가 많습니다(구현 의존).

std::any

• 저장 타입 집합이 열리고, 플러그인처럼 미리 알 수 없는 타입이 들어올 수 있을 때 적합합니다.
• 그 대가로 타입 검사는 런타임에 가며, 잘못된 any_cast는 예외(bad_any_cast)입니다.

선택 가이드 한 줄: 타입 후보가 정해져 있으면 variant, 힙 포인터만 넘기면 되고 규약이 명확하면 void*(또는 uintptr_t), 그 사이에서 “값 소유 + 임의 타입”이면 any.

타입 안전성

std::any의 안전성은 “잘못된 캐스트를 막아 주는가?”가 아니라 “잘못된 캐스트를 런타임에 감지할 수 있는가?”에 가깝습니다.

• any_cast<T>(a)는 내부 저장 타입이 T와 정확히 일치해야 합니다(참조·cv 한정도 규칙이 있음). int를 넣고 long으로 꺼내려 하면 실패합니다. 상속 관계도 고려하지 않으므로, Derived를 넣고 Base로 꺼내는 것도 bad_any_cast입니다.
• 가장 흔한 실수는 넣을 때의 타입이 생각과 다른 경우입니다. std::any a = "hello";는 std::string이 아니라 const char*를 저장하므로 any_cast<std::string>(a)가 실패합니다. a = 42;는 int, a = 42u;는 unsigned int, a = 3.14f;는 float로 저장됩니다. 값을 넣는 쪽과 꺼내는 쪽이 다른 모듈에 있으면 이런 불일치를 코드 리뷰로 찾기 어려우므로, 넣는 쪽에서 std::string{"hello"}처럼 타입을 명시하는 습관이 중요합니다.
• 오류 메시지도 도움이 되지 않습니다. libstdc++의 bad_any_cast::what()은 bad any_cast라고만 알려 주고 어떤 타입이 들어 있었는지는 말해 주지 않으므로, 디버깅할 때는 a.type().name()을 함께 로그로 남겨야 원인을 찾을 수 있습니다(이름은 NSt7__cxx1112basic_stringIcSt11char_traitsIcESaIcEEE처럼 맹글링된 형태로 나오며 c++filt -t로 풀 수 있습니다).
• type()은 type_info를 돌려주므로 if (a.type() == typeid(Foo)) 패턴이 가능하지만, 유지보수는 any_cast 한 번에 맡기는 편이 낫습니다.
• 인터페이스 경계에서는 가능하면 variant나 전용 베이스 클래스로 타입을 제한하며, any는 정말로 이기종이 필요한 층에만 두는 것이 안전합니다.

any_cast 완전 정리

값으로 복사

std::any a = std::string{"hi"};
std::string s = std::any_cast<std::string>(a);  // 복사

참조로 수정

std::any a = 10;
std::any_cast<int&>(a) = 20;

포인터 오버로드(실패 시 nullptr)

std::any a = 3.14;
if (double* p = std::any_cast<double>(&a)) {
    *p = 2.71;
}

any_cast는 저장된 타입과 요청 타입이 맞지 않으면 값/참조 오버로드에서 bad_any_cast를 던집니다. 포인터 오버로드는 예외 대신 nullptr을 돌려주므로, 핫 경로에서는 포인터 형태로 분기하는 선택이 있습니다.

이동-only 타입은 불가

복사 불가·이동만 가능한 타입은 std::make_any<T>(...)를 써도 std::any에 넣을 수 없습니다. std::any의 생성자와 make_any는 저장 타입이 복사 생성 가능할 때만 쓸 수 있도록 제한되어 있어 컴파일 에러가 납니다. make_any는 이동 전용 타입을 위한 도구가 아니라, 복사 가능한 타입을 제자리에서 생성해 임시 객체와 이동을 줄이는 도구입니다. 복사 비용이 큰 값을 꺼낼 때는 any_cast<T&>(a)로 참조를 받거나, 더 이상 a가 필요 없다면 any_cast<T>(std::move(a))로 이동해 꺼냅니다.

성능 오버헤드

대략적인 비용 요소는 다음과 같습니다.

1. 타입 정보: type_info 조회, any_cast 시 내부 비교.
2. 저장 방식: 구현에 따라 Small Object Optimization으로 작은 객체는 인라인 버퍼에 두지만, 큰 객체나 복잡한 타입은 힙 할당이 붙을 수 있습니다.
3. 복사/이동: any 자체를 자주 복사하면 저장된 값의 복사 비용까지 함께 갑니다.

완화

• 후보 타입이 정해져 있으면 std::variant 로 옮깁니다.
• 같은 스코프에서 반복 캐스트한다면 한 번만 캐스트해 참조를 잡거나, 애초에 variant/구체 타입으로 받습니다.
• 설정 맵 등에서는 string 키 + any 값보다 강한 타입의 struct나 toml/json 파서 결과 타입이 더 낫지 않은지 검토합니다.

실전 활용 요약

상황	any가 적합한 이유
스크립트·플러그인이 임의 타입 페이로드를 넘김	타입을 미리 열거하기 어려움
설정 파일 값이 int/string/bool 등 혼재	단순 키-값 저장소로 편리(단, 스키마가 커지면 전용 타입 고려)
이벤트 버스에 다양한 페이로드	핸들러에서 any_cast로 분기
테스트 목 객체·모의 의존성	제한된 범위에서만 사용

반대로 수치 핫 루프, 실시간 오디오 샘플 처리, 내부 API처럼 타입이 고정이면 any는 피하고 variant나 직접 타입을 쓰는 편이 낫습니다.

기본 사용

#include <any>

// 생성
std::any a1 = 42;
std::any a2 = std::string{"hello"};
std::any a3;  // 빈 any

// 확인
if (a1.has_value()) {
    std::cout << "값 있음" << std::endl;
}

// 타입
std::cout << a1.type().name() << std::endl;

실전 예시

예시 1: 이기종 컨테이너

#include <any>
#include <vector>
#include <string>

int main() {
    std::vector<std::any> data;
    
    data.push_back(42);
    data.push_back(3.14);
    data.push_back(std::string{"hello"});
    
    for (const auto& item : data) {
        if (item.type() == typeid(int)) {
            std::cout << "int: " << std::any_cast<int>(item) << std::endl;
        } else if (item.type() == typeid(double)) {
            std::cout << "double: " << std::any_cast<double>(item) << std::endl;
        } else if (item.type() == typeid(std::string)) {
            std::cout << "string: " << std::any_cast<std::string>(item) << std::endl;
        }
    }
}

이 예제의 if-else 사슬이 std::any의 한계를 잘 보여 줍니다. 처리할 수 있는 타입을 결국 코드에 하나씩 나열하고 있으므로, 새 타입이 들어오면 어느 분기에도 걸리지 않고 조용히 무시됩니다. 이렇게 타입 목록을 코드에 적게 된다면 그 목록 자체가 std::variant<int, double, std::string>이고, std::visit을 쓰면 처리하지 않은 타입이 있을 때 컴파일 에러로 알려 줍니다.

예시 2: 설정 저장소

#include <any>
#include <map>
#include <string>

class Config {
    std::map<std::string, std::any> settings;
    
public:
    template<typename T>
    void set(const std::string& key, const T& value) {
        settings[key] = value;
    }
    
    template<typename T>
    T get(const std::string& key) const {
        auto it = settings.find(key);
        if (it != settings.end()) {
            return std::any_cast<T>(it->second);
        }
        throw std::runtime_error("키 없음");
    }
};

int main() {
    Config config;
    
    config.set("port", 8080);
    config.set("host", std::string{"localhost"});
    config.set("timeout", 30.0);
    
    int port = config.get<int>("port");
    std::string host = config.get<std::string>("host");
    double timeout = config.get<double>("timeout");
}

설정 저장소는 std::any의 대표 예제로 자주 쓰이지만, 실무에서는 함정이 있습니다. config.set("timeout", 30)처럼 누군가 정수로 저장하면 get<double>("timeout")은 bad_any_cast를 던집니다. 설정 파일 파서가 30과 30.0을 다른 타입으로 읽는 경우가 많아서, 설정 파일 한 줄을 고쳤을 뿐인데 프로그램이 시작하자마자 예외로 종료되는 일이 생깁니다. 저장하는 쪽에서 타입을 정규화하거나(숫자는 모두 double로), get에서 여러 숫자 타입을 시도해 변환하는 로직을 두어야 안정적입니다. 설정 항목이 미리 정해져 있다면 std::any 맵보다 필드가 명시된 struct Config { int port; std::string host; double timeout; };가 오타와 타입 오류를 컴파일 단계에서 잡아 줍니다.

예시 3: 이벤트 시스템

#include <any>
#include <functional>
#include <map>
#include <string>

class EventBus {
    std::map<std::string, std::vector<std::function<void(std::any)>>> handlers;
    
public:
    void on(const std::string& event, std::function<void(std::any)> handler) {
        handlers[event].push_back(handler);
    }
    
    void emit(const std::string& event, std::any data) {
        if (auto it = handlers.find(event); it != handlers.end()) {
            for (auto& handler : it->second) {
                handler(data);
            }
        }
    }
};

int main() {
    EventBus bus;
    
    bus.on("message", [](std::any data) {
        auto msg = std::any_cast<std::string>(data);
        std::cout << "메시지: " << msg << std::endl;
    });
    
    bus.on("count", [](std::any data) {
        auto count = std::any_cast<int>(data);
        std::cout << "카운트: " << count << std::endl;
    });
    
    bus.emit("message", std::string{"Hello"});
    bus.emit("count", 42);
}

예시 4: 타입 안전 래퍼

#include <any>

class SafeAny {
    std::any data;
    
public:
    template<typename T>
    void set(const T& value) {
        data = value;
    }
    
    template<typename T>
    std::optional<T> get() const {
        try {
            return std::any_cast<T>(data);
        } catch (const std::bad_any_cast&) {
            return std::nullopt;
        }
    }
    
    bool empty() const {
        return !data.has_value();
    }
};

int main() {
    SafeAny sa;
    sa.set(42);
    
    if (auto val = sa.get<int>()) {
        std::cout << "값: " << *val << std::endl;
    }
    
    if (auto val = sa.get<double>()) {
        std::cout << "double" << std::endl;
    } else {
        std::cout << "타입 불일치" << std::endl;
    }
}

값 접근

std::any a = 42;

// any_cast: 값
int x = std::any_cast<int>(a);

// any_cast: 포인터
if (int* ptr = std::any_cast<int>(&a)) {
    std::cout << *ptr << std::endl;
}

// any_cast: 참조
int& ref = std::any_cast<int&>(a);

자주 발생하는 문제

문제 1: 타입 불일치

std::any a = 42;

// ❌ 잘못된 타입
try {
    double d = std::any_cast<double>(a);  // std::bad_any_cast
} catch (const std::bad_any_cast&) {
    std::cout << "타입 불일치" << std::endl;
}

// ✅ 확인 후 접근
if (a.type() == typeid(int)) {
    int x = std::any_cast<int>(a);
}

문제 2: 참조

std::any a = 42;

// ❌ 복사
int x = std::any_cast<int>(a);

// ✅ 참조
int& ref = std::any_cast<int&>(a);
ref = 100;

std::cout << std::any_cast<int>(a) << std::endl;  // 100

문제 3: 성능

// any는 오버헤드 있음
// - 타입 정보 저장
// - 동적 할당 (큰 객체)
// - 타입 체크

// ✅ 대안: variant (타입 알려진 경우)
std::variant<int, double, std::string> v;

문제 4: 복사 불가 타입

struct NonCopyable {
    NonCopyable() = default;
    NonCopyable(const NonCopyable&) = delete;
    NonCopyable(NonCopyable&&) = default;
};

// ❌ 복사 불가 타입은 어떤 방법으로도 저장 불가
// std::any a = NonCopyable{};                  // 컴파일 에러
// std::any b = std::make_any<NonCopyable>();   // 이것도 컴파일 에러

// ✅ 공유 소유가 괜찮다면 shared_ptr로 감싸기 (shared_ptr은 복사 가능)
std::any a = std::make_shared<NonCopyable>();
auto p = std::any_cast<std::shared_ptr<NonCopyable>>(a);

std::any가 복사 가능한 타입만 받는 이유는 std::any 자체가 복사 가능한 값 타입이기 때문입니다. any를 복사할 때 안의 값도 복사해야 하는데, 저장 시점에는 나중에 복사될지 알 수 없으므로 처음부터 복사 가능한 타입만 허용합니다. unique_ptr이나 파일 핸들처럼 소유권이 하나여야 하는 자원을 이종 컨테이너에 담아야 한다면, shared_ptr로 공유 소유를 받아들이거나, 이동만 지원하는 타입 소거 클래스를 직접 만들어야 합니다.

any vs variant

// any: 모든 타입 (런타임)
std::any a = 42;
a = std::string{"hello"};

// variant: 정해진 타입 (컴파일 타임)
std::variant<int, std::string> v = 42;
v = std::string{"hello"};

// variant 권장 (타입 알려진 경우)

실무 패턴

패턴 1: 플러그인 시스템

class Plugin {
public:
    virtual ~Plugin() = default;
    virtual std::string getName() const = 0;
    virtual std::any execute(const std::any& input) = 0;
};

class PluginManager {
    std::map<std::string, std::unique_ptr<Plugin>> plugins_;
    
public:
    void registerPlugin(std::unique_ptr<Plugin> plugin) {
        plugins_[plugin->getName()] = std::move(plugin);
    }
    
    std::any execute(const std::string& name, const std::any& input) {
        if (auto it = plugins_.find(name); it != plugins_.end()) {
            return it->second->execute(input);
        }
        throw std::runtime_error("플러그인 없음");
    }
};

// 플러그인 구현
class CalculatorPlugin : public Plugin {
public:
    std::string getName() const override {
        return "calculator";
    }
    
    std::any execute(const std::any& input) override {
        auto values = std::any_cast<std::vector<int>>(input);
        int sum = 0;
        for (int v : values) {
            sum += v;
        }
        return sum;
    }
};

패턴 2: 타입 안전 메시지 버스

class MessageBus {
    struct Handler {
        std::function<void(const std::any&)> callback;
        std::type_index expectedType;
    };
    
    std::map<std::string, std::vector<Handler>> handlers_;
    
public:
    template<typename T>
    void subscribe(const std::string& topic, std::function<void(const T&)> callback) {
        handlers_[topic].push_back({
            [callback](const std::any& data) {
                callback(std::any_cast<const T&>(data));
            },
            std::type_index(typeid(T))
        });
    }
    
    template<typename T>
    void publish(const std::string& topic, const T& data) {
        if (auto it = handlers_.find(topic); it != handlers_.end()) {
            for (auto& handler : it->second) {
                if (handler.expectedType == std::type_index(typeid(T))) {
                    try {
                        handler.callback(std::any(data));
                    } catch (const std::bad_any_cast& e) {
                        std::cerr << "타입 불일치: " << e.what() << '\n';
                    }
                }
            }
        }
    }
};

// 사용
MessageBus bus;
bus.subscribe<std::string>("log", [](const std::string& msg) {
    std::cout << "로그: " << msg << '\n';
});
bus.publish("log", std::string{"Hello"});

패턴 3: 동적 속성 시스템

class Entity {
    std::map<std::string, std::any> properties_;
    
public:
    template<typename T>
    void setProperty(const std::string& name, const T& value) {
        properties_[name] = value;
    }
    
    template<typename T>
    std::optional<T> getProperty(const std::string& name) const {
        auto it = properties_.find(name);
        if (it == properties_.end()) {
            return std::nullopt;
        }
        
        try {
            return std::any_cast<T>(it->second);
        } catch (const std::bad_any_cast&) {
            return std::nullopt;
        }
    }
    
    bool hasProperty(const std::string& name) const {
        return properties_.count(name) > 0;
    }
};

// 사용
Entity player;
player.setProperty("health", 100);
player.setProperty("name", std::string{"Hero"});
player.setProperty("position", std::vector<double>{10.0, 20.0});

if (auto health = player.getProperty<int>("health")) {
    std::cout << "체력: " << *health << '\n';
}

FAQ

Q1: any는 무엇인가요?

A: C++17의 타입 소거 컨테이너로, 어떤 타입의 값이든 저장할 수 있습니다. 런타임에 타입을 확인하고 값을 추출합니다.

std::any a = 42;
a = 3.14;
a = std::string{"hello"};

Q2: any는 어디에 사용하나요?

A:

• 이기종 컨테이너: 다양한 타입을 하나의 컨테이너에 저장
• 플러그인 시스템: 플러그인 간 데이터 전달
• 설정 저장소: 다양한 타입의 설정 값 저장
• 이벤트 시스템: 다양한 타입의 이벤트 데이터

std::vector<std::any> data;
data.push_back(42);
data.push_back(3.14);
data.push_back(std::string{"hello"});

Q3: 값에 어떻게 접근하나요?

A: std::any_cast 를 사용합니다. 타입 불일치 시 예외를 던집니다.

std::any a = 42;

// 값 추출 (예외 가능)
int x = std::any_cast<int>(a);

// 포인터 추출 (안전)
if (int* ptr = std::any_cast<int>(&a)) {
    std::cout << *ptr << '\n';
}

// 참조 추출
int& ref = std::any_cast<int&>(a);

Q4: any의 성능은?

A: 오버헤드가 있습니다. 타입 정보 저장, 동적 할당 (큰 객체), 타입 체크 비용이 있습니다.

// any: 오버헤드
std::any a = 42;  // 타입 정보 + 값 저장

// variant: 더 빠름 (타입 알려진 경우)
std::variant<int, double, std::string> v = 42;

권장: 타입을 미리 알 수 있으면 variant 사용

Q5: variant과 어떤 차이가 있나요?

A:

• any: 모든 타입 가능, 런타임 타입 체크, 느림
• variant: 정해진 타입만, 컴파일 타임 타입 체크, 빠름

// any: 모든 타입
std::any a = 42;
a = std::vector<int>{1, 2, 3};  // OK

// variant: 정해진 타입만
std::variant<int, double> v = 42;
// v = std::vector<int>{};  // 에러

선택 기준:

• 타입을 미리 알 수 있으면: variant
• 타입을 미리 알 수 없으면: any

Q6: any는 참조를 저장할 수 있나요?

A: 직접은 불가능하지만, std::reference_wrapper를 사용할 수 있습니다.

int x = 42;

// ❌ 참조 저장 불가
// std::any a{x};  // 복사됨

// ✅ reference_wrapper 사용
std::any a = std::ref(x);
std::reference_wrapper<int> ref = std::any_cast<std::reference_wrapper<int>>(a);
ref.get() = 100;
std::cout << x << '\n';  // 100

Q7: any의 메모리 할당은?

A: Small Object Optimization (SOO) 을 사용합니다. 작은 객체는 any 객체 내부 버퍼에, 큰 객체는 힙에 저장합니다. 내부 버퍼의 크기는 구현마다 다르며(libstdc++는 포인터 하나 크기, libc++와 MSVC는 그보다 큰 버퍼), 이동 생성자가 예외를 던질 수 있는 타입은 크기가 작아도 힙에 저장될 수 있습니다.

// 작은 객체: any 내부 버퍼
std::any a1 = 42;

// std::vector 객체 자체는 작아서 내부 버퍼에 들어갈 수도 있지만(구현 의존),
// 원소 1000개는 vector가 원래 하던 대로 별도 힙 할당
std::any a2 = std::vector<int>(1000);

Q8: any 학습 리소스는?

A:

• “C++17 The Complete Guide” by Nicolai Josuttis
• cppreference.com - std::any

관련 글: variant, optional, type_erasure.

std::any는 어떤 타입이든 저장할 수 있는 C++17 타입 소거 컨테이너입니다.

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같이 보면 좋은 글

• C++ 타입 소거(Type Erasure): std::function 내부 원리와 Concept·Model 직접 구현
• std::optional로 ‘값 없음’ 표현하기: value_or, C++23 and_then·transform, 에러 처리 패턴
• C++ std::any vs void*
• 모던 C++ (C++11~C++20) 핵심 문법 치트시트 | 현업에서 자주 쓰는 한눈에 보기
• C++ CTAD
• C++ string vs string_view

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