2-2.클래스

1.class

구조체는 다양한 타입의 변수를 모아 놓은 것인데 C++에서 함수까지 포함하여 속성 뿐만 아니라 동작까지 표현할 수 있게 되었다. 구조체 변수는 객체가 됨으로써 객체 지향의 부품이 된다. 확장된 구조체에 뭔가 멋지고 그럴듯한 이름을 붙인 것이 바로 클래스이다. 클래스도 일종의 구조체이지만 C의 전통적인 구조체와 구분하기 위해 새로운 이름을 붙였다.

결국 클래스는 별다른 것이 아니라 함수를 포함할 수 있는 확장된 구조체이다. 구조체 선언문의 struct를 class 키워드로 바꾸면 클래스가 된다. 구조체와 클래스의 유일한 차이점은 디폴트 액세스 지정자 뿐인데 구조체는 public이고 클래스는 private이다. 구조체는 별다른 지정이 없을 때 멤버를 외부로 공개하지만 클래스는 가급적이면 멤버를 숨긴다.

struct S { int x; .... }; S s; s.x = 1234; // 가능

class C { int x; .... }; C c; c.x = 1234; // 에러

액세스 지정자 없이 멤버 변수 x를 선언했다. 구조체의 멤버 s.x는 public 속성을 가져 아무나 읽을 수 있는데 비해 클래스의 멤버 c.x는 private 속성을 가져 외부에서 참조할 수 없다. 전통적인 구조체는 멤버에 대한 액세스 제한이 없었으므로 하위 호환성 유지를 위해 공개가 디폴트이다. 그러나 클래스는 정보 은폐를 위해 가급적 멤버를 숨긴다.

물론 어디까지나 디폴트만 다를 뿐 양쪽 모두 액세스 지정자를 명시적으로 지정할 수 있다. 다음 두 쌍의 선언문은 완전히 같다. 액세스 지정자를 private로 바꾼 구조체는 클래스와 동일하며 반대로 액세스 지정자를 public으로 바꾼 클래스는 구조체와 동일하다.

그 외에는 어떠한 차이점도 없다. 이미 습득한 구조체 관련 문법인 . 연산자, -> 연산자, 구조체 대입, 구조체 중첩 등은 클래스에도 그대로 적용된다. 마찬가지로 이후 배우게 될 상속, 다형성, 연산자 오버로딩도 구조체에 동일하게 적용된다. 구조체로 만들었던 예제를 클래스로 바꾸어 보자.

HumanClass

#include <stdio.h>

class Human

{

public:

char name[12];

int age;

void intro() {

printf("이름 = %s, 나이 = %d\n", name, age);

}

};

int main()

{

Human kim = { "김상형", 29 };

kim.intro();

}

키워드 struct 대신 class를 사용하여 클래스로 선언했다. 꼭 필요치는 않지만 접두 S가 구조체를 의미하므로 제거하고 평이하게 Human으로 이름을 바꾸었다. 클래스는 관행상 접두 C를 붙여 CHuman으로 적기도 하는데 실습이 번거로워 짧은 명사를 쓰기로 한다. 변수나 함수와 구분하기 위해 첫 자를 대문자로 시작한다.

클래스의 디폴트 액세스 지정자가 private이므로 이전 소스의 구조체와 호환되도록 액세스 지정자를 public으로 지정했다. 확장된 구조체는 클래스와 사실상 같지만 멤버 함수를 가질 때는 클래스로 선언하는 것이 일반적이다. 구조체는 변수의 집합일 때만 사용한다.

2.클래스는 타입이다

C++에서는 태그가 타입으로 승격되어 struct 키워드 없이 SHuman 태그만으로 변수를 선언할 수 있다. 이는 클래스도 마찬가지이며 Human이 int, double 같은 기본형 타입과 동등한 자격을 가진다. C++은 클래스를 완전한 타입으로 정의하기 위해 여러 가지 문법적 장치를 제공한다. 이 장치들 덕분에 정수형과 똑같은 방법으로 사용할 수 있는 가상의 복소수 클래스 Complex를 만들 수 있다.

정수형	Complex 클래스	C++의 관련 문법
int i;	Complex c;	클래스의 이름이 타입과 같은 자격을 가진다.
int i = 3;	Complex c(1.0, 2.0);	생성자. 선언과 동시에 초기화할 수 있다.
int i = j;	Complex d = c;	복사 생성자. 같은 타입의 다른 객체로부터 생성된다.
i = j;	d = c;	대입 연산자
i + j;	d + c;	연산자 오버로딩
i = 3.14	Complex c(1.2);	변환 생성자, 변환 함수
3 + i	1.0 + c;	전역 연산자 함수와 프렌드

C++에는 언어 차원의 복소수 타입이 없지만 필요하다면 클래스로 타입을 정의하면 된다. 정수형 타입인 int가 할 수 있는 모든 동작은 복소수 클래스인 Complex도 똑같이 할 수 있다. 복소수 객체끼리 더하고 뺄 수 있고 인수로 전달하거나 리턴할 수도 있다. 그래서 클래스는 모든 면에서 타입이다.

Human도 정수와 같은 방법으로 사용할 수 있는데 사람끼리 대입하거나 전달할 수 있고 연산자를 정의하면 사람끼리 더하거나 곱할 수도 있다. 그러려면 클래스에 다양한 문법을 적용해야 하는데 C++의 거의 모든 문법은 클래스를 완전한 타입으로 만들기 위해 존재한다.

클래스가 일종의 타입이므로 클래스로부터 파생형 타입을 정의할 수 있다. T 형에 대해 T형 포인터와 T형 배열이 항상 가능하므로 클래스의 배열이나 객체를 가리키는 포인터도 만들 수 있다. 다음 예제로 확인해 보자.

HumanType

#include <stdio.h>

class Human

{

public:

char name[12];

int age;

void intro() {

printf("이름 = %s, 나이 = %d\n", name, age);

}

};

int main()

{

Human arFriend[10] = {

{ "문동욱", 49 },

{ "김유진", 49 },

{ "박상막", 49 },

};

Human *pFriend;

pFriend = &arFriend[1];

pFriend->intro();

}

실행결과	이름 = 김유진, 나이 = 49

Human 타입으로 크기 10의 배열 arFriend를 선언하고 앞쪽 3개에 대해 초깃값을 주었다. 클래스의 배열로 많은 사람의 신상을 하나의 묶음으로 관리할 수 있고 정보가 배열에 모여 있으니 루프를 돌리며 반복적인 처리도 가능하다.

Human 타입의 객체를 가리키는 포인터인 pFriend 는 사람 한명의 정보를 가리킨다. 예제에서는 arFriend[1]의 주소를 대입받아 이 구조체의 intro 함수를 호출했다. 구조체와 마찬가지로 포인터로부터 멤버 함수를 호출할 때는 -> 연산자를 사용한다.

보다시피 arFriend 배열이나 pFriend 포인터를 사용하는 방식은 int형 배열이나 int *형 변수와 완전히 같다. C 문법이 클래스에 대해서도 일관되게 적용되어 이차 배열이나 이중 포인터도 선언할 수 있다. 클래스가 하나의 타입이기 때문이다.

3.인스턴스

클래스는 어떤 멤버가 포함되어 있는지 컴파일러에게 알리는 타입 선언일 뿐 그 자체가 정보를 저장하는 변수는 아니다. 정보를 저장하려면 클래스 타입의 변수를 선언해야 한다.

Human kim;

int i;

Human kim 선언에 의해 Human 타입의 변수 kim이 생성되며 이 객체에 사람의 이름과 나이를 저장한다. int i 선언에 의해 4바이트의 정수를 저장하는 변수 i가 생성되는 것과 같으며 이 선언에서 실제 생성되는 것은 i이지 int가 아니다. Human, int는 타입의 이름이고 kim, i는 변수의 이름이다.

클래스 타입으로 선언된 변수를 인스턴스(Instance)라고 한다. 클래스가 메모리에 구현된 실체이며 지금까지 변수라고 불러왔던 개념이 바로 인스턴스이다. Human의 한 예로 kim 인스턴스가 선언된 것이며 int형의 한 예로 i 인스턴스가 선언된 것이다. 타입에 대해 여러 개의 인스턴스를 동시에 선언할 수 있다.

Human kim, lee, park;

이 선언에 의해 Human 타입의 인스턴스 3개가 메모리에 각각 생성된다. 각 인스턴스는 멤버 변수를 따로 가져 인스턴스별로 독립적인 정보를 저장할 수 있다. 인스턴스의 크기는 클래스에 선언된 멤버 변수 크기의 총합과 같다. kim, lee, park은 모두 16바이트이다. 각 인스턴스마다 속성이 달라 멤버 변수는 따로 가지지만 동작은 같아 멤버 함수는 모든 인스턴스가 공유한다.

인스턴스를 다른 말로 객체(Object)라고도 한다. 두 용어는 사실상 같은 대상을 가리키지만 사용되는 문맥이 조금 다르다. 인스턴스는 클래스가 메모리에 구현된 실체라는 의미이며 객체는 프로그램을 구성하는 독립적인 부품이라는 의미이다.

똑같은 여자를 칭하는 말로 여성, 숙녀, 아줌마, 소녀 등 여러 가지 단어가 있고 경우에 따라 적합한 단어가 다르다. 인스턴스와 객체도 같은 뜻이되 문맥에 따라 사용하는 용어가 조금 다를 뿐이다. 둘 다 평이한 단어로 표현하면 변수이다.

4.클래스의 예

실세계의 모든 사물은 독특한 속성을 가지고 고유한 동작을 한다. 사람은 이름, 나이, 성별, 피부색 등의 속성이 있고 말한다, 생각한다, 일한다 등의 동작을 할 수 있다. 세상의 모든 사물은 속성과 동작 두 가지 특징을 가지며 핸드폰이나 컴퓨터, 자동차 등의 물건도 고유의 속성과 동작을 추출하여 표현할 수 있다.

클래스는 속성을 멤버 변수로 표현하고 동작을 멤버 함수로 기술하여 실세계의 사물을 모델링한다. 나무, 책, 집, 피자 등의 사물은 물론이고 예금, 권한, 자격, 건강 등 보이지 않는 개념적인 것까지 클래스로 표현할 수 있다. 사물의 특징을 추출하여 속성과 동작으로 표현하는 것을 추상화라고 한다.

앞으로 실습을 위해 여러 가지 클래스를 만들어 볼 것이다. 여기서는 이후 실습에 사용할 몇 가지 전형적인 클래스를 만들어 보고 실세계의 사물을 어떻게 모델링하는지 살펴보자. 다음 클래스는 시간을 표현한다. 하루 중 특정 시점을 나타내는 시각으로도 쓸 수 있고 경과한 정도를 나타내는 시간으로도 쓸 수 있다.

Time

#include <stdio.h>

class Time

{

private:

int hour, min, sec;

public:

void SetTime(int h, int m, int s) {

hour = h;

min = m;

sec = s;

}

void OutTime() {

printf("현재 시간은 %d:%d:%d입니다.\n", hour, min, sec);

}

};

int main()

{

Time now;

now.SetTime(12, 30, 40);

now.OutTime();

}

실행결과	현재 시간은 12:30:40입니다.

클래스 이름은 Time으로 지었다. 시간은 시, 분, 초의 요소로 구성되는데 각 요소를 정수형의 hour, min, sec 멤버 변수로 선언한다. 현재값을 설정하는 기능과 출력하는 동작은 각각 SetTime, OutTime 멤버 함수로 선언한다. 여러 요소로 구성되는 시간이라는 복잡한 정보를 클래스로 선언해 두면 간편하게 사용할 수 있다.

main에서 Time형의 객체 now를 선언하고 SetTime 멤버 함수를 호출하여 초기화하고 OutTime 멤버 함수를 호출하여 현재 시간을 출력했다. 이외에 시간을 증가, 감소 시키는 동작과 시간끼리 비교 연산하는 동작도 멤버 함수로 작성할 수 있다.

다음 클래스는 게임의 주인공 철수를 클래스로 만든 것이다. 어드벤처 게임의 주인공인 철수는 사이버 세계를 돌아다니며 흉칙한 적을 무찌른다. 철수는 수많은 속성을 가지며 게임속에서 다양한 동작을 하는데 이를 묶어 하나의 클래스로 표현한다.

class ChulSoo

{

private:

int x,y; // 현재 위치

int hp; // 체력

int shield; // 보호막

int level; // 레벨

double exp; // 경험치

Item items[MAXITEM]; // 보유한 무기들

public:

void walk(); // 걷는다.

void jump(short height); // 점프한다.

void turn(int dir); // 방향을 바꾼다.

BOOL attack(int what); // 적을 신나게 공격한다.

void defence(); // 방어한다.

BOOL hurt(int fromwhom); // 공격을 당한다.

BOOL die(); // 너무 많이 맞아서 죽는다.

};

어드벤처 게임의 캐릭터가 보편적으로 가지는 체력, 경험치 같은 속성은 멤버 변수로 표현한다. 아이템은 여러 개를 소유할 수 있어 배열로 선언했다. 멤버 함수는 게임 속에서 철수의 동작을 표현한다. 걷기도 하고 점프도 하며 적과 만나면 싸우거나 방어도 한다. 각 함수는 철수의 동작을 화면에 그래픽으로 그려 묘사한다.

철수 클래스를 완벽하게 만드는 데는 많은 노력과 시간이 들지만 일단 만들어지면 ChulSoo cs; 선언문으로 객체를 쉽게 만들 수 있다. 코드에서는 철수의 세부 구현에 대해 더 신경쓸 필요 없이 다른 객체와의 관계만 잘 정의하면 된다. 게임을 완성하려면 주인공 외에도 수많은 객체가 필요하다. 무찌를 적이 나와야 하며 철수가 돌아다닐 지도도 필요하다.

클래스는 게임의 부품인 객체를 표현하며 main은 객체를 모아 관계와 상호작용을 정의한다. 적의 공격을 받으면 철수의 체력이 떨어지고 철수가 공격하면 적이 죽는다. 부품이 잘 만들어져 있다면 상향식으로 쉽게 조립할 수 있고 부품을 재활용하여 비슷한 게임도 금방 만들 수 있다. 이것이 객체 지향의 이점이다.

셀프 테스트

2-2. 시, 분, 초의 멤버를 가지는 Time 클래스를 정의하듯이 년, 월, 일을 멤버로 가지는 Date 클래스를 정의해 보자. 오늘 날짜를 출력하는 멤버 함수도 정의하라.

5.클래스 모듈

독립된 부품인 클래스는 보통 별도의 모듈로 작성하며 클래스 이름과 같은 파일명을 사용한다. Time 클래스를 만든다면 Time.h 헤더 파일에 클래스 선언문을 작성하고 멤버 함수의 본체는 Time.cpp 구현 파일에 작성한다.

클래스를 사용하는 모듈은 Time.h를 포함하여 클래스에 대한 정보를 파악한다. 클래스 관련 코드가 Time.h, Time.cpp에 작성되어 있으므로 다른 프로젝트에 재사용하려면 두 파일을 가져가 포함시키면 된다.

실전에는 가급적 이 관행대로 클래스별로 모듈을 만드는 것이 코드 관리 및 재활용에 유리하다. 모듈을 잘게 나누면 실습이 번거롭고 코드를 읽기도 어려워 이 책에서는 학습 편의상 메인 파일에 선언과 구현을 다 하기로 한다.

셀프 테스트

2-1

public 영역에 다음 멤버 함수를 추가한다. 문자열 관련 함수를 사용하므로 string.h를 포함한다.

void setName(const char *newName) {

if (strlen(newName) < 12) {

strcpy(name, newName);

}

}

인수로 전달된 newName 이름의 길이가 12자 미만일 경우에만 name으로 복사하고 12자 이상이면 무시한다. 널종료 문자분을 고려해야 하므로 최대 11자까지만 저장할 수 있다.

2-2

#include <stdio.h>

class Date

{

private:

int year, month, day;

public:

void SetDate(int y, int m, int d) {

year = y;

month = m;

day = d;

}

void OutDate() {

printf("오늘은 %d년 %d월 %d일입니다.\n", year, month, day);

}

};

int main()

{

Date today;

today.SetDate(2018, 6, 29);

today.OutDate();

}

년, 월, 일을 각각 year, month, day 멤버로 선언한다. SetDate 함수로 날짜를 설정하고 OutDate 함수로 현재 날짜를 출력한다.

연습 문제

1. 멤버 함수의 정의 위치와 인라인 속성에 대한 설명으로 옳은 것은?

① 클래스 내부에 정의하면 무조건 인라인 속성을 가진다.

② 클래스 외부에 정의하면 무조건 인라인이 아니다.

③ 외부에 정의하더라도 inline 키워드를 지정하면 무조건 인라인 속성을 가진다.

④ 내부에 정의하더라도 inline 키워드를 빼면 일반 함수가 된다.

2. 구조체와 클래스의 유일한 차이점은 무엇인가?

① 멤버 함수의 포함 여부

② 디폴트 액세스 지정자

③ 생성자, 파괴자에 의한 자동화된 초기화와 정리

④ 다형성 지원 여부

3. 시간을 표현하는 Time 클래스가 있다. sizeof 연산자로 이 클래스의 객체 크기를 조사하면 얼마인가?

class Time

{

private:

int hour, min, sec;

public:

void SetTime(int h, int m, int s) {

hour = h;

min = m;

sec = s;

}

void OutTime() {

printf("현재 시간은 %d:%d:%d입니다.\n", hour, min, sec);

}

};

4. 인스턴스와 객체는 어떻게 다른가?

5.다음 중 액세스 지정자가 아닌 것은

① private ② public ③ protected ④ pointer