(번역) 실시간 컴퓨터 비전을 위한 C++ 최적화 (7) - String 이어 붙일 때 '+' 쓰지 마세요!

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Davide Faconti의 CPP Optimization Diary 블로그 글 중 “String concatenation the false sense of security of operator+“을 적당히 번역했습니다. 원글 링크는 여기를 봐주세요.


String 이어붙이기

이 글을 시작하기 전에 룰 #1을 설명하고 시작하겠습니다.

룰 #1 : “Profiler로 봤을 때 오버헤드가 있는 경우에만 최적화를 하세요”

이전 글에서도 얘기했듯이, string은 std::vector<char>과 다를바가 없습니다. 그렇기 때문에 데이터를 저장하기 위해 heap allocation를 해야할 수도 있죠.

C++에서 string을 이어붙이는 것은 (i.e. concatenate) 굉장히 쉽습니다. 하지만 조심해야할 점이 있습니다.


많이 사용하는 concatenation 방법

우리가 자주 쓰는 방법은 아래와 같습니다.

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std:string big_string = first + " " + second + " " + third;

// Where...
// std::string first("This is my first string.");
// std::string second("This is the second string I want to append.");
// std::string third("This is the third and last string to append.");

우리가 많이 썼던 방식이지만… 최적화 글을 몇개 읽으신 당신에게는 아마 이제 뭔가 쎄한 느낌이 들겁니다.

‘이렇게 적으면 Heap allocation에 문제가 있을텐데…??”


쎄한 느낌에 최적화 센스가 팅글링합니다.

Heap allocation을 고려해서 다시 적어보겠습니다.

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std:string big_string = (((first + " ") + second) + " ") + third;

이 정도 길이의 string을 이어붙이려면, heap allocation이 많이 수행되어야하고, 매번 이전 메모리에서 신규 메모리로 복사가 되어야합니다.

std::string이 std::vector::reserve()와 같은 기능이 있었으면 좋겠는데 말이죠… :(

…는 실제로 이 기능이 있었네요? 띠용용


무작정 가져다 붙이기

reserve를 사용해서 heap allocation의 횟수를 한번으로 줄여봅시다.

big_string 안에 들어가는 글자의 수를 미리 세어두고 reserve를 사용하면 이렇게 될겁니다.

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std::string big_one;
big_one.reserve(first_str.size() + 
                second_str.size() + 
                third_str.size() + 
                strlen(" ")*2 );

big_one += first;
big_one += " ";
big_one += second;
big_one += " ";
big_one += third;

이 코드를 보시는 여러분들이 무슨 생각을 하시는지 다 압니다.

으… 이 더러운 코드는 뭐야…

라고 생각하게 되지만, 실제로 Profiler를 돌려보면 이 코드는 기존의 방법보다 2.5배 나 더 빠릅니다.

속도는 좋은데, 진짜 가독성 어떻게하죠 이거?


더 나은 방법? - Variadic concatenation

좀 더 빠르고, 재사용하기 좋고, 읽기 쉬운 string concat 방법이 없을까요?

Modern C++을 사용해야하는 이유가 여기에 있습니다. Variadic templates를 사용해봅시다.

Variadic template가 뭔지 모르신다면, 여기 템플릿에 대해 설명을 잘 해주는 굉장히 좋은 링크가 있습니다.

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//--- String의 전체 크기를 구해주는 함수 ---
size_t StrSize(const char* str) {
  return strlen(str);
}

size_t StrSize(const std::string& str) {
  return str.size();
}

template <class Head, class... Tail>
size_t StrSize(const Head& head, Tail const&... tail) {
  return StrSize(head) + StrSize(tail...);
}

//--- String append 를 해주는 함수 ---
template <class Head>
void StrAppend(std::string& out, const Head& head) {
  out = head;
}

template <class Head, class... Args>
void StrAppend(std::string& out, const Head& head, Args const&... args) {
  out += head;
  StrAppend(out, args...);
}

//--- String concat을 해주는 함수 ---
template <class... Args> 
std::string StrCat(Args const&... args) {
  size_t tot_size = StrSize(args...);
  std::string out;
  out.reserve(tot_size);

  StrAppend(out, args...);
  return out;
}

복잡한 코드가 좀 많았죠?

그래도 우리는 이제 아래와 같이 굉장히 읽기 좋고 편한 방법으로 string concat을 할 수 있습니다.

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std:string big_string = StrCat(first, " ", second, " ", third );

그럼 이제 얼마나 빨라졌는지 봅시다.

이 Variadic template 방식이 위의 ‘더러운’ 코드보다 느린 이유는…

사실 잘 모르겠습니다!

대신, variadic template 방식은 기존의 방식보다 2배나 빠르고 또 읽기 쉽다는건 확신합니다.


제 코드를 복붙하시기 전에…

제가 구현한 StrCat은 사실 그렇게 사용성이 좋지 않습니다. 제가 이 코드를 만든 이유는, 단순히 기존의 string concat보다 이 방식이 더 빠르다는걸 보여드리고 싶었어요.

실제로 구현 하실 때는, 위의 코드도 다 잊어버리시고 그냥 {fmt} 라이브러리를 사용하세요.

fmt 라이브러리는 쓰기도 엄청 쉽고, 도큐먼트도 잘 만들어져있고, 그리고 string formatting 할 때 엄청나게 빠릅니다.

그리고 C++20 std::format의 구현체이기도 하지요.

이즉슨, {fmt}를 쓰시거나 C++20을 쓰시면 읽기 쉽고 빠른 string 코드를 쓰실 수 있다는 겁니다.

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