Modern C++ for Robotics 9. std::all_of(), std::any_of(), std::none

std::all_of(), std::any_of(), std::none_of()

해당 세 힘수는 이름에서도 알 수 있듯이, 컨테이너 내의 조건문을 탐색할 때 사용하는 함수이다.

std::all_of: 벡터의 모든 요소가 조건을 만족하는지 확인
std::any_of: 벡터의 어떤 요소라도 조건을 만족하는지 확인
std::none_of: 벡터의 모든 요소가 조건을 만족하지 않는지 확인

이 함수들은 아래와 같이 사용할 수 있다. 이 세 함수는 사용법이 자명하니 사용법 자체에 대한 설명은 생략한다:

#include <algorithm>
#include <vector>
#include <iostream>

int main() {
    std::vector<int> data = {2, 4, 6, 8, 10, 12};

    // all_of: 모든 요소가 2의 배수인지 확인
    bool allEven = std::all_of(data.begin(), data.end(), [](int x) {
        return x % 2 == 0;
    });

    // any_of: 하나라도 3의 배수가 있는지 확인
    bool anyMultipleOfThree = std::any_of(data.begin(), data.end(), [](int x) {
        return x % 3 == 0;
    });

    // none_of: 모든 요소가 음수가 아닌지 확인
    bool noneNegative = std::none_of(data.begin(), data.end(), [](int x) {
        return x < 0;
    });

    // 결과 출력
    // All elements are even: Yes
    // Any element is a multiple of three: Yes
    // No elements are negative: Yes
    std::cout << "All elements are even: " << (allEven ? "Yes" : "No") << std::endl;
    std::cout << "Any element is a multiple of three: " << (anyMultipleOfThree ? "Yes" : "No") << std::endl;
    std::cout << "No elements are negative: " << (noneNegative ? "Yes" : "No") << std::endl;

    return 0;
}

하지만 강조하고 싶은 것은, 이 세 함수는 빠른 확인을 위해 조건을 만족하거나/만족하지 않는 즉시 break되게끔 설계가 되었다는 점이다.

좀 더 풀어서 설명해보자. 이전 글에서 예시처럼 만약에 100,000개의 vector<int> data가 있다고 가정하자. 만약 우리가 어떤 조건을 만족하는 요소가 있는지 확인하고 싶다면, 아래와 같이 코드를 짰을 것이다.

bool has_odd = false;
for (auto i : data) {
    if (i % 2 == 1) {
        has_odd = true;
        break;
    }
}

여기서 break가 있는지 없는지는 속도에 큰 영향을 미친다. 만약 break가 없다면, 모든 요소를 확인해야 하기 때문에 속도가 느려질 것이다.

위의 코드를 std::any_of를 사용하면 아래와 같이 작성이 가능하다:

bool has_odd = std::any_of(data.begin(), data.end(), [](int i) {
    return i % 2 == 1;
});

std::any_of의 경우 하나라도 있는지 확인하기 위해서 모든 요소를 확인하지 않고, 하나라도 만족하는 요소가 있으면 바로 true를 반환해야 연산 효율적인데, 깊게 들어가보면 그렇게 구현되어 있는 것을 볼 수 있다:

template<class InputIt, class UnaryPred>
constexpr bool any_of(InputIt first, InputIt last, UnaryPred p)
{
    return std::find_if(first, last, p) != last;
}

template<class InputIt, class UnaryPred>
constexpr InputIt find_if(InputIt first, InputIt last, UnaryPred p)
{
    for (; first != last; ++first)
        if (p(*first))
            return first;
 
    return last;
}

뒤의 블로그 글에서 std::find_if에 대해서 설명하겠지만, 대략적으로 살펴보면 컨테이너 내에서 어떤 조건을 만족하는 요소가 있으면(if (p(*first)) 부분) for문을 그만 돌고 바로 리턴하는 것을 볼 수 있다(return first 부분). 즉, 함수형 프로그래밍의 코드를 짠 선조들이 우리보다 코드를 잘 짰을 확률이 높기 때문에 믿고 쓰면 된다…

로보틱스에서 활용 사례

사실 이 세 함수는 아주 직관적이어서 무궁무진하게 활용이 가능하다. 아래 코드는 ETH ASL에서 공개한 이동 가능 영역을 visualization을 많이 할 떄 쓰이는 grid_map library인데, 그 내부에서도 이 조건 검색문들을 적극적으로 활용하는 것을 볼 수 있다

사례 1. GridMap 클래스인 other을 입력으로 받아 현재 GridMap과 동일한 layers_를 전부 가지고 있는지 확인하는 함수

bool GridMap::hasSameLayers(const GridMap& other) const {
  return std::all_of(layers_.begin(), layers_.end(),
                     [&](const std::string& layer){return other.exists(layer);});

사례 2. 어떤 layer 내의 index 번째 요소가 유효한지 판별하는 함수. 즉, 여러 layers들의 모든 index 번째 요소가 valid해야 true를 리턴함.

bool GridMap::isValid(const Index& index, const std::vector<std::string>& layers) const {
  if (layers.empty()) {
    return false;
  }
  return std::all_of(layers.begin(), layers.end(),
              [&](const std::string& layer){return isValid(index, layer);});
}

Robotics 연구자/개발자를 위한 Modern C++ 시리즈입니다. 사용된 코드들은 여기에서 확인할 수 있습니다.

Modern C++ for Robotics 9. std::all_of(), std::any_of(), std::none_of() 쉬운 설명 & 예제

Easy Explanation & Examples of std::all_of(), std::any_of(), and std::none_of()

std::all_of(), std::any_of(), std::none_of()

로보틱스에서 활용 사례