Chapter 3. 클래스와 객체

‘명품 C++Programming - 황기태’ 3장 학습 내용

소스코드

1절. 클래스와 객체

캡슐화

• 객체의 캡슐화(encapsulation)
  • 객체의 본질적인 특성
  • 객체를 캡슐로 싸서 그 내부를 보호하고 볼 수 없도록 만듦
    • 캡슐에 든 약은 어떤 색인지 어떤 성분인지 보이지 않고, 외부로부터 안전
  • 캡슐화의 목적
    • 객체 내 데이터에 대한 보안, 보호, 외부 접근 제한
  • 캡슐화의 사례(TV 객체)

C++에서의 클래스와 객체

• 클래스
  • 객체를 만들어내기 위해 정의된 설계도, 틀
  • 클래스 != 객체
  • 클래스는 실체가 아님
  • 멤버 변수와 멤버 함수 선언
• 객체
  • 객체는 생성될 때 클래스의 모양을 가짐
  • 멤버 변수와 멤버 함수로 구성
  • 메모리에 생성
  • 실체(instance)라고도 부름
  • 하나의 클래스 틀에서 찍어낸 여러 개의 객체 생성 가능
  • 객체들은 상호 별도의 공간에 생성
• 클래스와 객체의 관계

2절. 클래스

클래스 작성의 기본

• 클래스 작성
  • 멤버 변수, 멤버 함수로 구성
  • 클래스 선언부, 클래스 구현부로 구성
• 클래스 선언부(Class Declaration)
  • class 키워드를 이용하여 클래스 선언
  • 멤버 변수와 멤버 함수 선언
    • 멤버 변수는 클래스 선언 내에서 초기화 불가
    • 멤버 함수는 원형(prototype) 형태로 선언
  • 멤버에 대한 접근 지정
    • private, public, protected 중 하나
    • default는 private
    • public : 다른 모든 클래스나 객체에서 멤버의 접근이 가능함
• 클래스 구현부(Class Implementation)
  • 클래스에 정의된 모든 멤버 함수 구현
• 그림으로 클래스 작성 확인하기
  

• 예제 2. Rectangle 클래스 예제
  SourceCodeChecking

3절. 생성자

생성자(constructor)

• 객체가 생성되는 시점에서 자동으로 호출되는 멤버 함수
• 클래스 이름과 동일한 멤버 함수

생성자 함수의 특징

• 생성자의 목적
  • 객체가 생성될 때 객체가 필요한 초기화를 위해 만듦
    • ex) 멤버 변수 값 초기화, 메모리 할당, 파일 열기, 네트워크 연결 등
• 생성자 이름
  • 반드시 클래스 이름과 동일
• 생성자는 리턴 타입을 선언하지 않음
  • 리턴 타입 없음
  • void 타입 안됨
• 객체 생성 시 오직 한 번만 호출
  • 자동으로 호출되므로 임의로 호출 불가능
  • 각 객체마다 생성자 실행
• 생성자는 중복 가능
  • 생성자는 한 클래스 내에 여러 개 가능
  • 중복된 생성자 중 하나만 실행

• 생성자가 선언되어 있지 않으면 기본 생성자는 자동으로 생성

  • 기본 생성자 : 매개 변수 없는 생성자
  • 컴파일러에 의해 자동 생성

• 예제 3. 2개의 생성자를 가진 Circle 클래스 예제
  SourceCodeChecking

• 그림으로 이해하기

생성자가 다른 생성자 호출(위임 생성자)

• 여러 생성자에 중복 작성된 코드의 간소화
  • 타겟 생성자와 이를 호출하는 위임 생성자로 나누어 작성
    • 타겟 생성자 : 객체 초기화를 전담하는 생성자
    • 위임 생성자 : 타겟 생성자를 호출하는 생성자로 객체 초기화를 타겟 생성자에 위임

• 예제 4. 위임 생성자 예제
  SourceCodeChecking

다양한 생성자의 멤버 변수 초기화 방법

class Point{
 int x, y;
public:
 Point();
 Point(int a, int b);
};

1) 생성자 코드에서 멤버 변수 초기화

Point::Point(){ x = 0; y = 0; }
Point::Point(int a, int b) { x = a; y = b; }

2) 생성자 서두에 초깃값으로 초기화

Point::Point() : x(0), y(0) { }
Point::Point(int a, int b) : x(a), y(b) { }

3) 클래스 선언부에서 직접 초기화

class Point{
 int x = 0; y = 0;
public:
...
};

• 예제 5. 멤버 변수의 초기화와 위임 생성자 예제
  SourceCodeChecking

기본 생성자

1) 생성자는 꼭 필요한가?

• C++ 컴파일러는 객체가 생성될 때, 생성자를 반드시 호출하기 때문에 필요함

2) 클래스에 생성자가 없는 경우에는 어떻게 되는가?

• 컴파일러에 의해 기본 생성자가 자동으로 생성됨
• 기본 생성자란 ?
  • 매개 변수가 없는 생성자
  • 디폴트 생성자라고도 함

class Circle{
 ...
 Circle();
 // 기본 생성자
 ...
};

기본 생성자가 자동으로 생성되는 경우

• 생성자가 하나도 작성되어 있지 않다면 기본 생성자가 자동으로 생성
  • 컴파일러가 기본 생성자를 자동 생성함

기본 생성자가 자동으로 생성되지 않는 경우

• 생성자가 하나라도 선언된 클래스의 경우
  • 컴파일러는 기본 생성자를 자동 생성하지 않음

• 예제 6. Rectangle Class의 정사각형 판단 예제
  SourceCodeChecking

4절. 소멸자

소멸자

• 객체가 소멸되는 시점에서 자동으로 호출되는 함수
  • 오직 한 번만 자동 호출
  • 임의로 호출 불가능
  • 객체 메모리 소멸 직전 호출

소멸자 특징

• 소멸자의 목적
  • 객체가 사라질 때 마무리 작업
  • 실행 도중 동적 할당 받은 메모리 해제
  • 파일 저장 및 닫기
  • 네트워크 닫기
• 소멸자 함수의 이름은 클래스 이름 앞에 ‘~’
  • ex) Circle::~Circle() {…}
• 소멸자는 return이 없으며 어떤 값도 반환할 수 없음
  • 반환하는 코드 작성 불가
• 중복 불가능
  • 소멸자는 한 클래스 내에 오직 한 개만 작성 가능
  • 소멸자는 매개 변수 없는 함수

• 소멸자가 선언되어 있지 않으면 기본 소멸자가 자동 생성

  • 컴파일러에 의해 기본 소멸자 코드 생성
  • 컴파일러가 생성한 기본 소멸자에는 어떠한 코드도 담겨있지 않음
• 예제 7. Circle Class의 소멸자 예제
  SourceCodeChecking

생성자와 소멸자의 실행 순서

• 객체가 선언된 위치에 따른 분류
  • 지역 객체
    • 함수 내에 선언된 객체
    • 함수가 종료되면 소멸
  • 전역 객체
    • 함수의 바깥에 선언된 객체
    • 프로그램이 종료할 때 소멸
• 객체 생성 순서
  • 지역 객체
    • 함수가 호출되는 순간에 순서대로 생성
  • 전역 객체
    • 프로그램에 선언된 순서로 생성
• 객체 소멸 순서
  • 함수가 종료되면 지역 객체가 생성된 순서의 역순으로 소멸
  • 프로그램이 종료되면 전역 객체가 생성된 순서의 역순으로 소멸

• new를 이용하여 동적으로 생성된 객체의 경우

  • new를 실행하는 순간 객체 생성
  • delete 연산자를 실행할 때 객체 소멸
• 예제 7. 지역 객체와 전역 객체의 생성 및 소멸 순서 예제
  SourceCodeChecking

예제 7 설명

5절. 접근 지정자

접근 지정자

• 캡슐화의 목적
  • 객체 보호 및 보안
  • C++에서 객체의 캡슐화 전략
    • 객체의 상태를 나타내는 데이터 멤버(멤버 변수)에 대한 보호
    • 중요한 멤버는 다른 클래스나 객체에서 접근할 수 없도록 보호
    • 외부와의 인터페이스를 위해서 일부 멤버는 외부에 접근 허용
• 멤버에 대한 접근 지정자 3개
  • private
    • 동일한 클래스의 멤버 함수에만 제한
  • protected
    • 클래스 자신과 상속받은 자식 클래스에만 허용
  • public
    • 모든 다른 클래스에 허용

class Sample{
private:
// private 멤버 선언
protected:
// protected 멤버 선언
public
// public 멤버 선언
};

중복 접근 지정과 디폴트 접근 지정

• 접근 지정의 중복

• 

• 디폴트 접근 지정 private

• 

• 멤버 변수의 private 지정

• 

• 컴파일 오류 판정해보기
• 

• 정답
  • (9) 생성자 PrivateAccessError()는 private의 접근 지정자로 선언되어 있으므로 main()에서 호출이 불가능
  • (11) a는 PrivateAccessError 클래스의 private 멤버이므로 main()에서 접근 불가능
  • (13) f()는 PrivateAccessError 클래스의 private 멤버이므로 main()에서 호출 불가능
• 생성자도 private로 선언할 수 있음
• 생성자를 private로 선언하는 경우 한 클래스에서 오직 하나의 객체만 생성할 수 있도록 하기 위한 것
• singleton 패턴 이해하기

함수 호출에 따른 시간 오버헤드

• 작은 크기의 함수를 호출하면 함수 실행 시간에 비해 호출을 위해 소요되는 부가적인 시간 오버헤드가 상대적으로 큼

• 오버헤드의 심각한 사례

#include <iostream>

using namespace std;

int odd(int x) {return (x % 2);}
int main(){
 int sum = 0;
 // 1에서 10000까지 홀수의 합을 계산하는 for문
 for(int i = 0; i <= 10000; i++)
  if(odd(i)) sum += i;
 cout << sum;
}

// 출력 예시
// 25000000

• 위의 사례에서 odd() 함수의 코드 x%2를 계산하는 시간보다 odd() 함수 호출에 따른 오버헤드가 더 큼
• 심지어 루프를 돌게 되면 오버헤드가 가중됨

6절. 인라인 함수

인라인 함수

• 인라인 함수 ?
  • inline 키워드로 선언된 함수
• 인라인 함수에 대한 처리
  • 인라인 함수를 호출하는 곳에 인라인 함수 코드를 확장 삽입
    • 매크로와 유사
    • 코드 확장 후 인라인 함수는 사라짐
  • 인라인 함수 호출
    • 함수 호출에 따른 오버헤드 존재하지 않음
    • 프로그램의 실행 속도 개선
  • 컴파일러에 의해 이루어짐
• 인라인 함수의 목적
  • C++ 프로그램의 실행 속도 향상
    • 자주 호출되는 짧은 코드의 함수 호출에 대한 시간 소모 감소
    • C++에 짧은 코드의 멤버 함수가 많기 때문

인라인 함수의 사례

• 인라인 제약 사항
  • inline은 컴파일러에게 주는 요구 메시지
  • 컴파일러가 판단하여 inline 요구를 수용할 지 결정
  • recursion, 긴 함수, static, 반복문, goto 문 등을 가진 함수는 수용 X

인라인 함수 장단점 및 자동 인라인

• 장점

  • 프로그램의 실행 시간이 빨라짐

• 단점

  • 인라인 함수 코드의 삽입으로 컴파일된 전체 코드 크기 증가
    • 통계적으로 최대 30% 증가
    • 짧은 코드의 함수를 인라인으로 선언하는 것을 권장

자동 인라인 함수

• 클래스 선언부에 구현된 멤버 함수
  • inline으로 선언할 필요 없음
  • 컴파일러에 의해 자동으로 인라인 처리
  • 생성자 포함 모든 함수를 자동 인라인 함수로 사용 가능

7절. 구조체

C++의 구조체

• 구조체
  • 상속, 멤버, 접근 지정 등 모든 것이 클래스와 동일
  • 클래스와 유일하게 다른 점
    • 구조체의 디폴트 접근 지정 : public
    • 클래스의 디폴트 접근 지정 : private
• C++에서 구조체를 수용한 이유?
  • C 언어와의 호환성을 위해
    • C의 구조체 100% 호환하며 수용
    • C 소스를 그대로 가져다 쓰기 위해
• 구조체 객체 생성
  • struct 키워드 생략

struct StructName{
private:
// private 멤버 선언
protected:
// protected 멤버 선언
public:
// public 멤버 선언
};

structName stObj;
// C++ 구조체 객체 생성
struct stObj;
// C 구조체 객체 생성

구조체와 클래스의 디폴트 접근 지정 비교

• 구조체는 public, 클래스는 private

• 예제 8. 구조체 Circle Class 예제
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8절. 헤더

올바른 C++ 클래스 작성법

• 클래스를 헤더 파일과 cpp 파일로 분리
  • 클래스마다 분리 저장
  • 클래스 선언부
    • 헤더 파일(.h)에 저장
  • 클래스 구현부
    • cpp 파일에 저장
    • 클래스가 선언된 헤더 파일 include
  • main() 등 전역 함수나 변수는 다른 cpp 파일에 분산 저장
    • 필요하면 클래스가 선언된 헤더 파일 include
• 목적
  • 클래스 재사용
• 헤더 파일 분리 사례

헤더 파일의 중복 include 문제

• 중복 include를 할 때 생기는 문제

• 헤더 파일의 중복 include로 인해 생기는 문제를 조건 컴파일로 해결

• 예제 9. 헤더 파일 분리 예제
  SourceCodeChecking