C++ Compile Time Reflection

C++26에 새로 추가된 Compile-time Reflection은 C++의 메타프로그래밍 방식을 크게 바꾸는 기능이다.

C++26 Reflection의 핵심

기존 C++에서는 타입의 멤버 이름, 타입, 함수 목록 같은 정보를 언어 차원에서 얻을 방법이 없었다.

struct Person {
    std::string name;
    int age;
};

이전까지는 매크로나 코드 생성기, 혹은 라이브러리마다 별도의 등록 과정을 거쳐야만 이러한 정보를 활용할 수 있었다.

C++26에서는 Reflection Operator(^^)를 통해 타입의 메타 정보를 가져올 수 있다.

constexpr auto r = ^^Person;

^^ 연산자는 타입이나 함수, 변수 등을 나타내는 메타 객체를 생성한다.

constexpr auto info = ^^Person;

여기서 info는 실제 Person 객체가 아니라 std::meta::info 타입의 opaque한 메타 객체이다. 즉, 내부 표현에는 직접 접근할 수 없으며, Reflection API를 통해서만 사용할 수 있다.

이 메타 객체를 질의 함수에 전달하면 다양한 정보를 얻을 수 있다.

members_of(info);
bases_of(info);
enumerators_of(info);

예를 들어 members_of()는 클래스의 멤버 목록을, bases_of()는 상속받은 기반 클래스를, enumerators_of()는 enum의 열거자를 반환한다.

Reflection의 핵심은 메타 정보를 읽는 것이 아니라, 그 정보를 이용해 새로운 코드를 생성하는 것이다. 이를 Splicing이라고 한다.

Splicing은 [: ... :] 문법을 사용한다.

obj.[:member:]

여기서 member가 age를 나타내는 메타 객체라면 컴파일러는 이를

obj.age

로 치환한다.

즉, 메타 객체를 실제 C++ 코드로 다시 삽입하는 과정이 바로 Splicing이다.

예를 들어 다음과 같은 구조체가 있다고 하자.

struct Person {
    std::string name;
    int age;
};

이제 JSON 라이브러리에서는

serialize(person);

처럼 함수 하나만 호출해도 컴파일 타임에 name, age 등의 멤버를 자동으로 순회하여 직렬화 코드를 생성할 수 있다.

이 외에도 Reflection을 이용하면 다음과 같은 작업을 별도의 등록 과정 없이 구현할 수 있다.

기존 Template Metaprogramming(TMP)은 타입을 조작하는 데 매우 강력했다.

예를 들어

std::tuple<int, float, double>

같은 타입 리스트를 다루거나 타입 계산을 수행하는 것은 TMP의 대표적인 활용 사례이다.

하지만

struct Person {
    int age;
    std::string name;
};

처럼 사용자 정의 타입의 멤버 이름, 멤버 개수, 접근 지정자 등의 정보는 언어 차원에서 알 수 없었다.

반면 C++26 Reflection은 컴파일러가 가지고 있는 AST 기반 메타데이터를 노출하므로 이러한 정보까지 직접 다룰 수 있다. 덕분에 기존에는 매크로나 코드 생성기로 해결하던 문제들을 순수 C++만으로 구현할 수 있게 되었다.

개인적으로는 C++20의 Concepts 이후 가장 큰 변화라고 생각한다.

특히 직렬화, ORM, RPC, GUI 프레임워크처럼 메타데이터를 많이 활용하는 분야에서는 매크로나 외부 코드 생성기에 대한 의존도를 크게 줄일 수 있을 것 같다.

실제로 C++ 직렬화 라이브러리인 Glaze 역시 C++26 Reflection을 활용한 실험적인 기능을 추가하며 이를 적극적으로 활용하기 시작했다고 한다.