C++ span 기초 | "연속 메모리 뷰" 가이드
이 글의 핵심
C++ span 기초에 대한 실전 가이드입니다.
span이란?
std::span 은 C++20에서 도입된 연속 메모리 영역에 대한 경량 뷰입니다. 배열, 벡터, 또는 연속된 메모리를 가리키는 포인터와 크기를 함께 제공하여, 안전하고 통합된 인터페이스를 제공합니다.
#include <span>
void process(std::span<int> data) {
for (int x : data) {
std::cout << x << " ";
}
}
int arr[] = {1, 2, 3};
std::vector<int> vec = {4, 5, 6};
process(arr); // 배열
process(vec); // 벡터왜 필요한가?:
- 통합 인터페이스: 배열, 벡터, C 배열을 하나의 타입으로 처리
- 안전성: 크기 정보를 포함하여 경계 검사 가능
- 성능: 복사 없이 참조만 (포인터 + 크기)
- 간결성: 포인터와 크기를 별도로 전달할 필요 없음
// ❌ 전통적 방식: 포인터 + 크기 (불편, 오류 가능)
void process(int* data, size_t size) {
for (size_t i = 0; i < size; ++i) {
std::cout << data[i] << " ";
}
}
int arr[] = {1, 2, 3};
process(arr, 3); // 크기를 수동으로 전달
// ✅ span: 통합되고 안전함
void process(std::span<int> data) {
for (int x : data) { // 범위 기반 for 사용 가능
std::cout << x << " ";
}
}
process(arr); // 크기 자동 추론span의 특성:
- 비소유(Non-owning): 메모리를 소유하지 않고 참조만 함
- 경량: 포인터와 크기만 저장 (보통 16바이트)
- 복사 가능: 복사 비용이 매우 낮음
- 뷰: 원본 데이터를 수정 가능 (const span은 읽기 전용)
std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
std::span<int> sp{vec};
sp[0] = 10; // 원본 vec 수정
std::cout << vec[0]; // 10 (수정됨)span의 구조:
// 개념적 구현
template<typename T>
class span {
T* data_;
size_t size_;
public:
span(T* data, size_t size) : data_(data), size_(size) {}
size_t size() const { return size_; }
T* data() const { return data_; }
T& operator const { return data_[index]; }
// 반복자
T* begin() const { return data_; }
T* end() const { return data_ + size_; }
};기본 사용
#include <span>
#include <vector>
std::vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5};
// 전체 span
std::span<int> sp1{v};
// 부분 span
std::span<int> sp2{v.data() + 1, 3}; // {2, 3, 4}
// 크기
std::cout << sp1.size() << std::endl; // 5실전 예시
예시 1: 함수 매개변수
#include <span>
#include <vector>
#include <array>
// 통합 인터페이스
void printData(std::span<const int> data) {
for (int x : data) {
std::cout << x << " ";
}
std::cout << std::endl;
}
int main() {
int arr[] = {1, 2, 3};
std::vector<int> vec = {4, 5, 6};
std::array<int, 3> stdArr = {7, 8, 9};
printData(arr); // 1 2 3
printData(vec); // 4 5 6
printData(stdArr); // 7 8 9
}예시 2: 부분 범위
#include <span>
std::vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10};
// 처음 5개
std::span<int> first5{v.data(), 5};
// 마지막 5개
std::span<int> last5{v.data() + 5, 5};
// subspan
std::span<int> sp{v};
auto middle = sp.subspan(3, 4); // {4, 5, 6, 7}예시 3: 경계 검사
#include <span>
void safeAccess(std::span<int> data, size_t index) {
// 경계 검사
if (index < data.size()) {
std::cout << data[index] << std::endl;
} else {
std::cout << "범위 초과" << std::endl;
}
}
int main() {
std::vector<int> v = {1, 2, 3};
safeAccess(v, 1); // 2
safeAccess(v, 10); // 범위 초과
}예시 4: 2D 배열
#include <span>
void processMatrix(std::span<int> data, size_t rows, size_t cols) {
for (size_t i = 0; i < rows; ++i) {
for (size_t j = 0; j < cols; ++j) {
std::cout << data[i * cols + j] << " ";
}
std::cout << std::endl;
}
}
int main() {
std::vector<int> matrix = {
1, 2, 3,
4, 5, 6,
7, 8, 9
};
processMatrix(matrix, 3, 3);
}span 연산
std::span<int> sp{v};
// 크기
auto size = sp.size();
auto bytes = sp.size_bytes();
// 접근
int first = sp.front();
int last = sp.back();
int* ptr = sp.data();
// 부분 범위
auto sub1 = sp.first(3); // 처음 3개
auto sub2 = sp.last(3); // 마지막 3개
auto sub3 = sp.subspan(2, 3); // [2]부터 3개자주 발생하는 문제
문제 1: 수명
// ❌ 댕글링
std::span<int> getDanglingSpan() {
std::vector<int> v = {1, 2, 3};
return std::span{v};
// v 소멸
}
// ✅ 참조 명확화
std::span<int> getSpan(std::vector<int>& v) {
return std::span{v};
}문제 2: const
std::vector<int> v = {1, 2, 3};
// 읽기 전용
std::span<const int> sp{v};
// ❌ 수정 불가
// sp[0] = 10; // 에러
// ✅ 수정 가능
std::span<int> sp2{v};
sp2[0] = 10;문제 3: 크기
// 고정 크기 span
std::span<int, 3> fixedSpan{arr};
// 동적 크기 span
std::span<int> dynamicSpan{vec};
// ❌ 크기 불일치
// std::span<int, 5> sp{arr}; // arr 크기가 3이면 에러문제 4: 포인터 변환
int* ptr = getData();
size_t size = getSize();
// ✅ span으로 래핑
std::span<int> sp{ptr, size};
// 안전한 접근
for (int x : sp) {
std::cout << x << " ";
}span vs 포인터
// ❌ 포인터 (크기 정보 없음)
void process(int* data, size_t size) {
for (size_t i = 0; i < size; ++i) {
std::cout << data[i] << " ";
}
}
// ✅ span (크기 포함)
void process(std::span<int> data) {
for (int x : data) {
std::cout << x << " ";
}
}실무 패턴
패턴 1: 읽기 전용 뷰
class DataProcessor {
public:
// const span: 읽기 전용
double calculateAverage(std::span<const double> data) const {
if (data.empty()) return 0.0;
double sum = 0.0;
for (double value : data) {
sum += value;
}
return sum / data.size();
}
};
// 사용
std::vector<double> values = {1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0};
DataProcessor processor;
double avg = processor.calculateAverage(values);패턴 2: 슬라이딩 윈도우
template<typename T>
void processWindows(std::span<T> data, size_t windowSize) {
if (data.size() < windowSize) return;
for (size_t i = 0; i <= data.size() - windowSize; ++i) {
auto window = data.subspan(i, windowSize);
// 윈도우 처리
std::cout << "Window [" << i << "]: ";
for (const auto& value : window) {
std::cout << value << " ";
}
std::cout << '\n';
}
}
// 사용
std::vector<int> data = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8};
processWindows(std::span{data}, 3);패턴 3: 버퍼 래퍼
class Buffer {
std::vector<uint8_t> data_;
public:
Buffer(size_t size) : data_(size) {}
// 전체 버퍼 뷰
std::span<uint8_t> asSpan() {
return std::span{data_};
}
// 읽기 전용 뷰
std::span<const uint8_t> asSpan() const {
return std::span{data_};
}
// 부분 뷰
std::span<uint8_t> slice(size_t offset, size_t length) {
return std::span{data_}.subspan(offset, length);
}
};
// 사용
Buffer buffer(1024);
auto view = buffer.asSpan();
view[0] = 0xFF;FAQ
Q1: span은 무엇인가요?
A: C++20의 연속 메모리 영역에 대한 경량 뷰입니다. 포인터와 크기를 함께 제공하여 안전하고 통합된 인터페이스를 제공합니다.
std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
std::span<int> sp{vec}; // 포인터 + 크기
std::cout << sp.size() << '\n'; // 5
std::cout << sp[0] << '\n'; // 1Q2: span은 데이터를 복사하나요?
A: 아니요. span은 비소유 뷰로, 원본 데이터를 참조만 합니다. 복사 비용이 매우 낮습니다 (포인터 + 크기만 복사).
std::vector<int> vec(1000000); // 큰 벡터
// span 생성: 복사 없음 (포인터 + 크기만)
std::span<int> sp{vec};
// span 복사: 매우 빠름 (16바이트만 복사)
std::span<int> sp2 = sp;Q3: span은 어디에 사용하나요?
A:
- 함수 매개변수: 배열, 벡터, C 배열을 통합
- 부분 범위: 슬라이싱, 윈도우 처리
- 안전한 포인터: 크기 정보 포함으로 경계 검사 가능
// 통합 인터페이스
void process(std::span<int> data) {
// 배열, 벡터, std::array 모두 가능
}
int arr[] = {1, 2, 3};
std::vector<int> vec = {4, 5, 6};
std::array<int, 3> stdArr = {7, 8, 9};
process(arr);
process(vec);
process(stdArr);Q4: span의 크기는 고정인가요?
A: 동적 크기와 고정 크기 모두 지원합니다.
// 동적 크기 (기본)
std::span<int> dynamicSpan{vec};
// 고정 크기 (컴파일 타임)
std::span<int, 3> fixedSpan{arr};
// 고정 크기는 컴파일 타임에 검증됨
// std::span<int, 5> wrongSpan{arr}; // 에러: 크기 불일치Q5: span의 수명 관리는 어떻게 하나요?
A: span은 비소유 뷰이므로, 원본 데이터의 수명을 주의해야 합니다.
// ❌ 댕글링 span
std::span<int> getDanglingSpan() {
std::vector<int> vec = {1, 2, 3};
return std::span{vec}; // vec 소멸!
}
// ✅ 안전한 사용
std::span<int> getSpan(std::vector<int>& vec) {
return std::span{vec}; // vec은 호출자가 소유
}Q6: const span과 span의 차이는?
A:
const std::span<int>: span 자체가 const (다른 메모리를 가리킬 수 없음)std::span<const int>: 가리키는 데이터가 const (데이터 수정 불가)
std::vector<int> vec = {1, 2, 3};
// span<const int>: 데이터 읽기 전용
std::span<const int> sp1{vec};
// sp1[0] = 10; // 에러: 데이터 수정 불가
sp1 = std::span<const int>{}; // OK: span 자체는 수정 가능
// const span<int>: span 자체가 const
const std::span<int> sp2{vec};
sp2[0] = 10; // OK: 데이터 수정 가능
// sp2 = std::span<int>{}; // 에러: span 자체 수정 불가Q7: span을 포인터로 변환할 수 있나요?
A: 가능합니다. data() 메서드로 포인터를 얻을 수 있습니다.
std::span<int> sp{vec};
// 포인터 얻기
int* ptr = sp.data();
// 레거시 API 호출
legacyFunction(ptr, sp.size());Q8: span 학습 리소스는?
A:
- “C++20 The Complete Guide” by Nicolai Josuttis
- “Effective Modern C++” by Scott Meyers
- cppreference.com - std::span
관련 글: string_view, array, vector.
한 줄 요약: std::span은 연속 메모리 영역에 대한 경량 비소유 뷰로, 안전하고 통합된 인터페이스를 제공합니다.
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