C++20 Modules - gnu c++ test

작성일: 2021-09-03 / 수정일: 2024-11-22

C++ Modules Test Example (g++)

C++20 Modules

C++20에 추가된 모듈 Modules 기능은 기존의 헤더 파일 #include로 인한 컴파일 시간 증가 문제를 해결하고, 필요한 로직(함수, 심볼)만을 내보내는(export) 방식을 통해 타 언어의 모듈 단위처럼 효율적인 라이브러리 관리를 지원합니다.

Modules의 주요 장점

컴파일 시간 단축: 각 모듈은 한 번만 컴파일되며, 그 결과가 캐시됨
심볼 격리: 모듈 내부의 심볼은 명시적으로 export하지 않는 한 외부에서 접근 불가
순환 의존성 방지: 헤더 파일과 달리 명확한 의존성 그래프 형성
매크로 독립성: 모듈은 매크로의 영향을 받지 않아 더 안정적인 코드 작성 가능

일종의 PCH(Precompiled Header)의 기능을 포함한 표준적인 모듈 관리 기능입니다.
현재 컴파일러마다 (MSVC, g++, Clang) Standard Library 지원과 모듈 사용 방법이 약간 상이합니다.

컴파일러 지원 여부 확인

C++20의 모듈은 최신 컴파일러에서 제한적으로 지원되며, 구현 상태는 다음과 같습니다:

GCC: 11 이상에서 실험적으로 지원.
Clang: 15 이상에서 실험적으로 지원.
MSVC: Visual Studio 2019 (16.8) 이상에서 잘 지원.

컴파일러 플래그

GCC: -std=c++20, -fmodules-ts
Clang: -std=c++20, -fmodules
MSVC: /std:c++20, /experimental:module

GCC (G++) 기준 테스트

참고 : C++20 Modules — Complete Guide

GCC 설치 및 설정

모듈 기능은 GCC 11부터 실험적으로 지원되며, GCC 13에서 안정화되었습니다.

설치 방법

$ sudo add-apt-repository ppa:ubuntu-toolchain-r/test
$ sudo apt-get update
$ sudo apt-get install gcc-11 g++-11

환경 설정

컴파일러 플래그
- -std=c++20: C++20 표준 활성화
- -fmodules-ts: 모듈 기능 활성화

CMake 설정

cmake_minimum_required(VERSION 3.26)
project(MyModules LANGUAGES CXX)

set(CMAKE_CXX_STANDARD 20)
set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON)
set(CMAKE_CXX_EXTENSIONS OFF)

Standard Library 사용

표준 라이브러리를 모듈로 사용하는 방법은 컴파일러마다 다릅니다.

// main.cpp
import <iostream>;
import <string>;
using namespace std;

int main()
{
  string s = "main start ";
  cout << s << endl;
}

GCC

표준 라이브러리 사용 시, 수동으로 모듈 맵을 생성해야 합니다.

예: iostream 및 string 모듈 생성

g++ -std=c++20 -fmodules-ts -xc++-system-header iostream
g++ -std=c++20 -fmodules-ts -xc++-system-header string

생성된 gcm.cache 구조:

gcm.cache
└── usr
    └── include
        └── c++
            └── 11
                ├── iostream.gcm
                └── string.gcm

g++ -std=c++20 -fmodules-ts -o main main.cpp

Clang

-fbuiltin-module-map 플래그를 통해 표준 라이브러리 모듈 사용 가능.
```
clang++ -std=c++20 -stdlib=libc++ -fmodules -fbuiltin-module-map main.cpp
```

MSVC

추상화된 모듈 이름을 사용하여 접근 가능.

예: import std.io;

cl /std:c++20 /experimental:module /EHsc /c my_module.cppm
cl /std:c++20 /EHsc main.cpp my_module.obj

Modules 문법과 사용법

1. 모듈 선언 및 정의

// my_module.cppm
export module my_module;          // 모듈 선언 및 정의

export int add(int a, int b) {    // 외부에 노출할 함수
    return a + b;
}

2. 모듈 사용

// main.cpp
import my_module;                 // 모듈 가져오기
#include <iostream>               // 기존 헤더와 혼합 사용 가능

int main() {
    std::cout << "3 + 4 = " << add(3, 4) << std::endl;
    return 0;
}

Modules 작성 및 사용 예제

adder 모듈 작성

// adder.cppm
export module cdecl_adder;

export template <typename T>
T add(T a, T b) {
    return a + b;
}

namespace { // 모듈 내부 구현
    template <typename T>
    T multiply(T a, T b) {
        return a * b;
    }
}

main.cpp

#include <iostream>
import cdecl_adder;

int main() {
    std::cout << "add(5, 8): " << add(5, 3) << std::endl; // 8 출력

    // multiply는 export되지 않았으므로 사용 불가
    // std::cout << multiply(5, 3); // 컴파일 에러
    return 0;
}

빌드 과정

1. 모듈 인터페이스 컴파일

$ g++ -std=c++20 -fmodules-ts -c adder.cppm