꿈 꾸는 누렁이

벡터

벡터가 무엇인지 한번 찾아보았다. 간단하게 정의하자면 순차 컨테이너에 속하는 동적 배열이다. C의 배열과 똑같이 행동한다.

그렇다면 C의 배열과 벡터의 차이점은 무엇일까? 

1. 타입에 상관없이 모든 타입에 대해서 일반적인 배열을 만들 수 있다.
=> int, double, char, int *, 객체 가릴 것 없이 모든 타입에 대해서 배열을 만들 수 있다는 이야기이다.
2. 배열의 크기 조절이 자동으로 이루어지며, 추가 및 삭제에 대한 인터페이스를 제공한다
=> 배열에 값을 추가하기 위해 새롭게 더 큰 메모리를 할당하고, 값을 복사하고 기존 메모리를 해체하고... 이러한 과정들을 알아서 해준다는 것이다! 개꿀!!!!ㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋ

그러나 2번과 같은 장점에 따른 단점 또한 존재한다.

C++의 벡터는 무조건 데이터를 선형적으로 만들려고 한다.( 그렇기에 이름도 순차 컨테이너. ) 중간에 끊긴다거나 하면 안된다는 소리이다. 

왼쪽과 같은 형태는 가능하지만, 오른쪽과 같은 형태는 안된다는 소리이다. 이러한 선형을 유지해야하는 특징 때문에 값을 추가할 때 단점이 발생한다.

메모리 공간이 충분하여 기존에 이어서 확장한 후 값을 그냥 더 추가할 경우에는 문제가 안된다.
아래의 그림처럼 말이야.

그런데 다음 그림과 같이 기존의 6개 메모리 뒤에 다른 관련없는 값이 이미 할당되어 기존의 6개 메모리 뒤에 연이어 추가 확장이 불가능한 경우는 문제가 발생한다.

이러한 경우에는 

이렇게 복사, 확장, 추가, 소멸 등의 여러 작업들이 필요하니 속도가 느려지는 단점이 있다.

설명은 이 정도로 정리하도록 하고, 매우 간단한 코드를 기록해보자.

7번 라인에서 볼 수 있듯이 템플릿 문법을 활용하여 사용한다. 반복자를 활용하지 않은 가장 기본 기본 기본적인 벡터 예제이다. 실행 결과는 매우 뻔하기 때문에 생략~

9번 라인에서 처럼 .size() 함수를 통해 벡터가 정의된 길이를 확인할 수 있다.

다음 vector 에서 제공하는 push_back 함수를 사용한 예이다. push_back 함수를 사용하면 벡터 열에 손쉽게 데이터를 추가할 수 있다.

정보 은닉

• 정보 은닉

정보 은닉이란? 멤버 변수를 private 접근 제어 지시어로 선언하여 외부에서의 모든 접근을 차단하고, 해당 변수에 접근하는 함수를 별도로 정의해서, 안전한 형태로 멤버 변수의 접근 및 초기화, 갱신 등이 이루어지도록 유도하는 것이 정보 은닉이다.

이러한 정보 은닉이 나오게 된 이유는 멤버 변수의 외부 접근 허용으로 대입되는 값이 전혀 검증이 이루어지지않은 채로 대입되기 때문이다. 그렇기 때문에 외부의 접근을 허용하지 않고(private), 해당 멤버 변수에 접근할 수 있는 함수를 별도로 정의하고 그 함수 내에 해당 멤버 변수에 대입하려는 값에 대한 검사를 이룰 수 있도록 하는 것이다.

8번의 private 접근 제어 지시자를 통하여 정보 은닉의 조건 중 하나를 충족시켰고, 13번, 23번 라인에서 멤버 변수에 접근에 대해서 검증을 함으로써 정보 은닉을 성립시킨다. 13번, 23번, 33번, 34번 라인에서 get, set 함수를 볼 수 있는데 이러한 함수들을 엑세스 함수라고 한다. 이러한 엑세스 함수들은 당장 사용되지는 않지만 필요할 수 있는 가능성이 있기 때문에 항상 생성해두기도 한다.

• const 함수

위의 예제에서 get 메소드에 대해서 변경된 부분이 있다.

Get 엑세스 함수에 const 키워드가 붙은 형태인데 이러한 함수를 const 함수라고 한다. 꼭 get 엑세스 함수만 적용되는 것이 아닌 모든 함수들이 const 키워드만 붙어 있다면 적용된다.

이러한 함수에 const가 붙게 되면 의미하게 되는 것은 이 함수 내에서는 멤버 변수에 저장된 값을 변경하지 않겠다 라는 의미를 갖게 된다. 즉, const 함수에서는 멤버 변수의 값을 변경하는 코드가 존재하면, 혹은 그럴 가능성, 변경할 수 있는 능력이 존재하는 코드가 존재한다면 컴파일 에러를 발생한다.

멤버 변수의 값을 변경할 수 있는 능력이나 가능성이 존재하는 코드란 const화 되지 않은 함수의 호출을 뜻한다. 왜냐하면 const화 되지 않은 함수는 호출됨으로써 멤버 변수를 어떠한 형태로든 변경할 수 있는 능력과 가능성이 존재하기 때문이다. 그렇기 때문에 const 함수 내에서는 const화 되지 않은 함수의 호출을 제한한다.

+ const 참조자를 이용한 함수 호출 또한 const화된 함수만을 호출할 수 있다.

위와 같은 두 가지 조건에 의해서 const 함수를 선언하고 사용하게 되면 많은 함수들을 const화 시켜야 한다. 그렇지만 그만큼 작성된 코드는 안정성이 높아진다.

캡슐화

• 캡슐화

캡슐화는 관련 있는 함수와 변수를 하나의 클래스 안에 묶는 것. 그러나 어려운 개념이다 왜냐하면 캡슐화의 범위를 결정하는 일이 쉽지 않기 때문이다.

캡슐화에는 정보 은닉 개념이 기본적으로 포함 된다.

클래스와 객체

• 구조체

연관 있는 데이터를 하나로 묶으면 프로그램의 구현 및 관리가 용이하다.

소프트웨어란 데이터의 표현 + 데이터의 처리로 표현이 되는데, 여기서 데이터는 항상 관련 있는 주제, 특징, 특성에 따라 부류를 형성한다. 이러한 부류를 형성하는 데이터들은 항상 함께 생성되고, 함께 사용되고, 함께 소멸되는 특성이 있고, 그래야만 하는 경우가 대부분이다. 구조체는 연관 있는 데이터를 묶고 부류를 형성할 수 있도록 하는 문법적 장치이다.

위와 같이 구조체를 생성하고, 사용할 수 있다. 13번 라인에서는 C언어와 다르게 struct 키워드를 사용하지 않고 구조체를 선언할 수 있도록 문법적으로 구성되어 있다.

• 구조체에 함수 삽입하기

구조체는 연관 있는 부류의 데이터를 묵는 문법적인 수단이었다. 그렇다면 소프트웨어의 구성에서 데이터의 처리 부분에 해당하는 함수 또한 관련 데이터 부류와 함께 묶어서 처리하면 되지 않을까?

위의 예제에서 데이터 표현 부분은 관련 부류를 형성하여 구조체를 이루었다. 그러나 deposit, withdraw 함수는 기능적으로 account 구조체의 데이터 부류에 대해서 처리를 담당하는 함수 임에도 불구하고 구조체와 서로 분리되어 있다. 이 함수들 또한 부류를 형성하여 같이 묶는다면 다음과 같다.

                          <a. 멤버 함수를 클래스 내부에 정의>                                                <b. 멤버 함수를 클래스 외부에 정의>             

관련 있는 부류의 데이터와 처리에 해당하는 모든 부분을 하나의 구조체에 넣은 형태이다. 이런 식으로 구조체안으로 들어간 함수를 해당 구조체의 멤버 함수라고 한다. 구조체로 들어간 함수를 호출할 때에는 a 그림의 32번 라인, 33번 라인과 같이 구조체의 멤버 변수를 지정할 때와 마찬가지로 직접 접근 연산자 (혹은 포인터의 경우 간접 접근 연산자)를 이용하여 함수를 호출한다.

그림 a와 그림 b의 차이는 함수의 정의를 구조체 내부에 하는지, 구조체 외부로 따로 정의하는 지의 차이이다. 함수의 정의가 너무 길고 복잡할 때에는 가독성을 위해 함수의 선언 만을 구조체 정의 내부에 두고 함수의 정의는 구조체 외부에 따로 둔다. 이 때 구조체 이름과 범위 지정 연산자를 이용하여 함수의 정의를 외부에 두는데 그림 b의 25, 31, 36번 라인과 같은 형식으로 정의하면 된다. 구조체 내부에 함수의 정의가 존재하면 함수를 인라인(in-line)으로 처리하라는 의미이다. 함수를 구조체 외부에 둔 경우에 인라인 처리를 원한다면 따로 출력 타입 앞에 inline 키워드를 넣음으로써 인라인 화 할 수 있다.

지금까지의 구조체는 모두 클래스의 일종으로 간주되며, 멤버 변수와 멤버 함수를 넣을 수 있었던 것 모두 클래스의 일종이기 때문이고 이러한 정의의 구조체를 ‘클래스’ 라고 표현할 수 있다.

• 클래스와 구조체의 차이점

위의 왼쪽 예는 구조체라고 정의되어 있지만 사실 멤버 함수를 포함할 수 있는 클래스의 일종 혹은 클래스라고 할 수 있다. 그렇기 때문에 오른쪽과 같이 키워드를 class로 변경하고 클래스를 정의한다.

그러나 왼쪽 16번 라인에서 구조체일 때는 가능했던 초기화가 클래스로서 인정하고 변경을 하고 보니 오른쪽 16번 라인에서는 초기화가 불가능하다. 16번 라인과 같은 초기화 뿐만 아니라 다음과 같은 경우도 불가능하다.

위의 예의 공통점들은 클래스의 외부에서 클래스 내의 모든 멤버들에 접근하여 쓰는 혹은 읽는 작업을 하고 있다. 즉 외부에서 접근한다는 것이 공통점이다. 외부에서 접근하는 모든 문장에 대해서는 컴파일 에러를 내고 있다.

클래스는 접근에 대한 지시를 따로 명시하지 않는다면 기본적으로 외부로부터의 모든 접근을 허용하지 않으며, 이 때 클래스 내에서 선언된 모든 멤버들은 모두 클래스 내에서만 접근하는 내부 접근만 가능하다. 이렇게 클래스는 구조체와 다르게 외부 접근에 대해서 허용 범위를 별도로 선언해야 하는 것이 차이점이다.

• 접근 제어 지시자(접근 제어 레이블)

위의 예제는 접근 제어 지시자를 적용한 account 클래스를 나타낸 것이다. 먼저 접근 제어 지시자의 효력의 범위는 접근 제어 지시자를 명시한 라인부터 다음 접근 제어 지시자가 나오는 라인 바로 전 까지가 효력이 끼치는 범위이다. 즉, 8번 라인의 private 영역의 효력은 다음 접근 제어 지시자인 public의 바로 전 라인인 11번 라인까지 private의 효력을 유지한다. 8번 라인부터 11번 라인까지 있는 멤버 변수들은 외부에서 접근이 절대적으로 금지된다. 반면에 12번 라인부터 클래스의 끝 까지는 public 접근 제어 지시자의 영역으로 멤버 함수들에 대해서는 외부에서의 접근을 허용한다. 그러므로 외부에서는 account 클래스의 멤버 함수에 접근하여 원하는 기능을 실행할 수 있도록 적절한 멤버 함수를 정의 및 선언해주어야 하고, 이러한 멤버 함수를 통해 멤버 변수의 조작이 이루어져야 한다. 아니 그렇게 설계되어야 한다!

• 파일 분할 시 클래스의 선언과 정의에 대한 정보

클래스의 선언

컴파일러가 클래스와 관련된 문장의 오류를 잡아내는데 필요한 최소한의 정보, 클래스를 구성하는 외형적인 틀을 보여준다. 위의 예에서 account 클래스와 관련된 문장의 옳고 그름을 판단하는데 사용된다.

-> 컴파일의 정보로 사용되므로 헤더 파일에 저장한 후, 필요한 위치에 포함될 수 있도록 하면 됨.
단, 인라인 함수의 경우에는 함수 정의가 분리되었다고 하더라도 헤더 파일에 함께 포함해야 한다. 왜냐하면? 컴파일 과정에서 함수의 호출 문이 있는 곳에 함수의 몸체가 대치되어야 하기 때문이다.

클래스의 정의

멤버 함수의 정의는 다른 문장의 컴파일에 필요한 정보를 가지고 있지 않다. 따라서 컴파일 된 이후에 링커에 의해 하나의 실행파일로 묶이기만 하면 된다.

-> 소스 파일에 저장해서 컴파일이 되도록 하면 된다.

• 객체지향 프로그래밍

먼저, 객체는 현실에 존재하는 모든 사물 또는 대상이 될 수 있다. 이런 객체의 개념을 이용한 객체지향 프로그래밍이란? 현실에 존재하는 사물과 대상, 그리고 그에 따른 행동을 있는 그대로 실체화를 시키는 형태의 프로그래밍

이러한 객체를 이루는 것은 하나 이상의 상태 정보(데이터)와 하나 이상의 행동(기능)으로 구성된다. 

클래스 기반의 객체 생성 방법 및 활용 (두 가지)

   - 일반적인 변수 선언 방식

   - 동적 할당 방식

Message Passing 방법

 -> 하나의 객체가 다른 하나의 객체에게 메시지를 전달하는 방법은 함수 호출을 기반으로 한다! 함수 호출을 기반으로 하는 객체 간의 대화법에서 함수 호출하는 행위를 메시지 전달이라고 함.

포인터 기본

• 포인터

포인터란 변수 형태의 포인터와 상수 형태의 포인터를 어우르는 표현

• 포인터 변수

포인터 변수는 주소 값의 저장을 목적으로 선언되는 변수이다. c언어의 low 레벨 특성을 나타내는 요소이고, 이러한 포인터를 이용하여 메모리에 직접 접근이 가능하다.

• c언어에서의 주소 표현

c언어에서는 메모리 상의 주소를 표현할 때 시작 번지만을 가지고 위치를 표현한다. 왜냐하면 각 자료형마다 지니는 바이트 값을 시작 주소로부터 더하여 계산하면 해당 변수의 끝 번지를 계산할 수 있기 때문이다.

• 포인터 변수의 선언과 & 연산자

다음은 포인터 변수의 선언과 & 연산자의 활용 예를 나타낸다.

위의 예에서 시사해야 할 점은 두 가지이다. 첫 번째는 포인터 변수의 선언 및 사용이고 두 번째는 포인터 변수와 일반 변수의 크기의 차이이다.

먼저 포인터 변수의 선언 및 사용에 관한 이야기이다.

7번 라인에서 일반 변수를 선언하였고, 8번 라인에서는 * (asterisk) 를 이용하여 ‘ int * ‘ (정수형 포인터 타입) 형 변수 pNum을 선언하고 num의 시작 주소 값을 대입한다. (char, int, double 등과 같이 char *, int *, double * 등 또한 새로운 자료형 타입으로 인정해야한다.) 그리고 12번 라인에서 pNum과 num 변수의 주소 값을 출력해 보았을 때 결과가 같은 결과로 나왔는데 이는 당연한 것이다. pNum에는 num의 시작 주소 값을 대입했기 때문이다. 이처럼 포인터 변수인 pNum은 일반 변수의 주소 값을 저장한다! 그리고 13번 라인에서 * 연산자를 이용하여 pNum이 지니고 있는 주소 값으로 직접 찾아가 직접 접근을 하여 직접 접근한 메모리에 들어 있는 값을 출력했다. 그렇기 때문에 num과 마찬가지로 출력 값이 100으로 같은 결과를 보였다. 즉, *(Asterisk) 연산자는 포인터 변수가 저장하고 있는 주소에 접근 혹은 참조(= 포인터가 가리키고 있는 메모리에 접근 혹은 참조)하는 연산을 수행한다.

다음으로는 포인터 변수와 일반 변수의 크기 차이이다.

12번 라인에 해당하는 결과 num은 4, pNum은 8이 나왔는데 int라는 유사점이 있는 변수인데 이렇게 다른 결과가 표출되는 이유로는 포인터는 주소를 표현하는 변수이기 때문에 컴퓨터 시스템이 표현할 수 있는 메모리의 크기 범위와 밀접한 연관이 있다. 64비트 시스템에서는 2^64 만큼의 메모리 번지 표현 경우의 수가 존재하기 때문에 포인터 변수는 자연스럽게 8바이트(=64비트)를 나타내는 것이다. 포인터 변수의 크기는 자료형에 상관없이 컴퓨터 시스템의 메모리 범위에 따라 4바이트(32비트 시스템) 혹은 8바이트(64비트 시스템)로 표현된다.

그렇다면 포인터 변수에서 자료형을 어떻게 일치시켜서 대입해야 하는지, 자료형은 왜 필요한지에 대해 알아보자. 다음은 포인터 변수에 일반 변수의 주소 값을 대입 연산 시 일치시켜야 할 타입들에 대한 정리 표이다.

먼저, 자료형을 어떻게 일치시켜서 대입해야 하는지에 대한 정리이다.

어차피 포인터 변수의 크기는 다 똑같은데 포인터 변수에 타입이 필요한 이유가 무엇인가? 그 이유는 해당 포인터 변수에 저장된 시작 주소로부터 몇 바이트를 읽어 들여야 하고, 그 읽어 들인 값을 정수로 해석해야 할지, 실수로 해석해야 할지를 결정한다. 즉, 포인터의 타입(형)은 메모리 공간을 참조하는 기준이 된다.

int a = 10;
int * p = &a;
printf(“ %d “, *p); // 이 문장에서 p를 참조할 때 int * 는 참조의 기준이 된다.

• 포인터의 잘못된 사용과 널 포인터

잘못된 초기화

int * ptr = 1234; // 1234 번지로 들어가게 된다.
*ptr = 100; // 1234 번지는 메모리 상에 중요한 프로그램이 적재되어 있을 수 있는데 해당 공간의 값을 변경 -> 에러

초기화 할 경우에는 NULL 포인터로 초기화를 한다. 아무 곳도 가리키지 않음을 의미한다. ( 0번지 의미가 아님 )

int * ptr = NULL; // 아무 곳도 가리키지 않는 포인터.

1차원 배열

• 배열

둘 이상의 변수를 모아 놓은 것.

• 배열의 선언

일반 변수의 선언과 같다.

‘ 자료형 + 배열 이름 + 길이 정보(인덱스) ‘ 형식.

위의 선언을 메모리 공간 상의 그림으로 표현하면 다음과 같이 나타낼 수 있다.

arr 배열

• 배열의 접근

배열의 인덱스는 배열의 개수를 [n] 으로 두었을 때, 0부터 시작하여 n-1까지 존재하며 [0]은 첫 번째 요소를, [n-1]은 마지막 요소를 나타낸다.

• 배열의 선언과 동시에 초기화

다음은 배열의 선언과 동시에 초기화하는 예이다.

여기에서 우리는 중괄호 내의 초기화 값 리스트를 ‘초기화 리스트’ 라 부른다. 8번 라인의 경우에는 일반적인 선언과 동시의 초기화 방법이다. 9번 라인의 경우는 배열의 길이 정보가 주어지지 않은 상태인데 이는 초기화 리스트를 보고 자동으로 계산하여 배열의 길이가 세팅 된다. (위의 예에서는 5) 마지막으로 10번 라인의 경우는 배열의 길이보다 적은 초기화 리스트가 오게 되는데 0번째 인덱스부터 순차적으로 초기화 리스트의 값들이 할당되고 할당할 초기화 값이 없는 인덱스 요소에 대해서는 전부 0으로 자동 초기화한다.

• 배열 이름을 대상으로 하는 sizeof 연산자

sizeof(배열이름); 을 실행할 경우, ‘ 바이트 단위의 배열의 크기 ’가 반환된다.

• 문자 배열과 문자열 배열

같은 ‘ hello ‘를 표현하는 배열인데 두 배열은 전혀 다른 배열이다. 9번 라인은 문자만을 저장한 문자 배열이고, 12번 라인은 문자열을 저장한 문자열 배열이다. c언어에서 배열에 문자열을 저장할 때에는 ‘\0’ 이라는 문자열의 끝을 나타내는 특수 문자인 널(null) 문자를 문자열의 제일 끝에 자동으로 삽입하여 대입 및 저장을 행한다. ( 이는 문자열을 입력 받는 라이브러리를 통한 변수로의 입력 시에도 마찬가지로 null 문자의 자동 삽입이 이루어진다. )
이 null문자를 이용하여 메모리 공간 상에서 배열 이름의 첫 번지부터 어디 까지가 의미 있는 문자열의 끝인지를 확인한다. 또한 이러한 문자열 배열에 대한 입출력 서식 문자는 ‘ %s ‘ 로 사용한다.