[C++] 이동 전용 클래스(Move-only Class)

복사는 불가능하고 오직 이동(move)만 가능한 클래스.

대표적인 예시로 std::unique_ptr이나 std::thread 가 그것이다.

 

이동전용 클래스를 만드는 법은, 복사 생성자와 복사 할당 연산자를 delete 키워드로 명시적 삭제하고, 이동 생성자와 이동 할당 연산자만 정의하면 된다.

코드 예시는 아래와 같다.

class MoveOnly {
public:
    MoveOnly() = default;

    // 1. 복사 생성 및 복사 할당 금지
    MoveOnly(const MoveOnly&) = delete;
    MoveOnly& operator=(const MoveOnly&) = delete;

    // 2. 이동 생성 및 이동 할당 허용
    MoveOnly(MoveOnly&& other) noexcept {
        // 자원 이전 로직
    }
    MoveOnly& operator=(MoveOnly&& other) noexcept {
        if (this != &other) {
            // 기존 자원 해제 후 새 자원 이전
        }
        return *this;
    }
};

 

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주요 특징

 

1. 소유권 독점

- 특정 시점에 자원의 소유자가 오직 하나임을 보장한다.

 

2. 성능 최적화

- 대용량 데이터를 복사하는 대신 포인터 주소만 옮기므로 비용이 매우 저렴하다.

 

3. 안전성

- 실수로 객체가 복사되어 발생하는 의도치 않은 부작용(예 : 이중해제)을 컴파일러 단계에서 막아준다.

 

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주의 사항

 

1. std::move 사용

- 이동 전용 객체를 전달할 때는 반드시 std::move()를 사용하여 rvalue로 캐스팅 해야 한다.

 

2. STL 컨테이너

- 이동 전용 클래스는 복사가 불가능하므로, 이 클래스를 std::vector 같은 컨테이너가 재할당을 할 때 오직 이동에만 의존하게 된다. 이 때 사용자가 명시적으로 만든 이동 생성자에 noexcept를 붙여야 재 할당시 성능 이점을 얻을 수 있다. (noexcept가 없으면 컨테이너가 이동을 거부하여 에러가 발생할 수 있음)

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클래스 안에 atomic이나 mutex가 쓰이는 경우?

 

기본적으로 std::mutex와 std::atomic은 복사(copy)와 이동(move)이 모두 금지된 타입이다.

클래스 멤버 중 하나라도 이동/복사가 불가능하면, 컴파일러는 자동으로 생성해주는(Default) 복사/이동 생성자 역시 삭제(delete) 처리된다.

 

1. std::mutex의 경우

- 뮤텍스는 특정 메모리 주소에 고정되어 운영체제의 리소스를 관리한다. 만약 복사나 이동을 허용해서 주소가 바뀌면, 이미 해당 뮤텍스를 기다리던 스레드들이 엉뚱한 곳을 참조하게 되어 데드락(Deadlock)이나 데이터 오염이 발생한다.

 

2. std::atomic의 경우

- 원자적 연산은 특정 메모리 위치에 대한 하드웨어적인 보장을 제공한다. 객체를 옮기거나 복사하는 과정에서 '원자성'을 유지하며 값을 복사하는 표준적인 방법은 없다. 그래서 설계상 금지가 되어 있다.

 

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클래스의 영향

 

이러한 atomic이나 mutex 같은 멤버들을 클래스 안에 넣으면 컴파일러는 다음과 같이 판단한다.

- 복사할 수 없는 멤버가 있다? -> 복사 생성자/할당 연산자 삭제

- 이동 할 수 없는 멤버가 있다? -> 이동 생성자/할당 연산자 삭제

 

즉, atomic이나 mutex 같은 멤버가 포함된 클래스는 이동도 안되고 복사도 안되는 상태가 기본값이 되어버린다.

 

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만약 이동전용으로라도 만들려면?

 

컴파일러가 포기한 이동 생성자와 이동 할당 연산자를 직접 구현해줘야 한다.

하지만 이때도 내부의 mutex나 atomic은 이동시키는 것이 아니라, 새 객체에서 새로 초기화 하거나 값을 꺼내서 옮기는 방식을 취해야 한다.

 

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atomic이나 mutex 외에 더 있는가?

 

1. 동기화 및 스레드 관련 객체

- std::condition_variable : 특정 조건이 만족될 때까지 스레드를 대기시키는 객체. 주소가 바뀌면 대기중인 스레드들이 길을 잃는다.

- std::lock_guard (이동/복사 모두 안됨. 부동.)

- std::unique_lock : std::unique_ptr 처럼 이동 전용(move-only)

 

2. 입출력 스트림 (I/O Stream)

- std::ostream, std::istream : std::cout 이나 파일 스트림(std::fstream)등이 포함된다.

- 이유 : 한 파일을 두 객체가 동시에 제어하면 파일 포인터(위치)가 꼬여서 데이터가 오염될 수 있기 때문.

 

3. 하드웨어 리소스 추상화

- std::stop_source, std::stop_token : C++20에서 추가된 스레드 중단 메커니즘 관련 객체들.

 

4. 상수 멤버나 참조자 멤버(복사/이동 제약)

객체에 const 멤버나 &(참조자) 멤버가 있으면, 대입(Assignment) 연산자가 생성되지 않아, 결과적으로 객체의 값을 바꿀 수 없는 상태가 된다.

- const int x; 또는 int& ref; 가 멤버로 있다면, 한 번 초기화된 후에는 값을 덮어쓸(할당할) 수 없으므로 컴파일러가 기본 복사/이동 할당 연산자를 생성하지 않는다.

 

 

이러한 멤버들을 포함하면 해당 클래스는 "부동 객체(Immovable Object)"가 된다.

만약 이 클래스를 이동이라도 가능하게 만들고 싶다면, 직접 이동 생성자를 작성해 내부 리소스를 어떻게 옮길지 명시해야 한다.