CPP Module 01

개발새발·2022년 5월 5일

42cursus Function Pointer cpp cpp module reference

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CPP Module 01

해당 과제를 진행하는데 있어 필요한 사전 지식들을 정리하였습니다.

1. ex00 (BraiiiiiiinnnzzzZ)

객체(인스턴스)를 생성하는 두 가지 방법 :

stack 영역

런타임 시점에서 크기가 결정된다.
LIFO 구조이다.
함수의 매개변수나 지역변수가 위치하는 곳이다.
스택의 경우 선언했던 함수 영역을 벗어난 경우 자동으로 소멸된다.
.연산자를 통해 인스턴스에 접근할 수 있다.

Zombie stack = Zombie("zombie_in_stack");	// stack 할당 예시

heap 영역

컴파일 시점에서 크기가 결정된다.
동적 메모리 할당(new)을 통해 저장되는 영역이다.
힙 영역은 모든 프로세스에서 동적으로 로드된 모듈에서 공유된다.
->연산자를 통해 인스턴스에 접근할 수 있다.
사용이 종료된 시점에 할당을 해제(delete)하지 않으면 메모리 누수가 발생한다.

Zombie *heap = new Zombie("zombie_in_heap");	// heap 할당 예시

2. ex01 (Moar brainz!)

ex01에서 요구하는 것은 단일 객체 생성이 아니라 N만큼의 객체를 한 번에 할당해야하기 때문에 객체 배열을 선언해야 한다. 따라서 ex00처럼 생성자를 통한 이름 초기화는 불가능하기 때문에 디폴트 생성자 필요하다. 그리고 생성 후 첫 번째 객체의 주소를 반환하라고 했으므로, 객체 배열이 동적할당되어야 한다. new 연산자를 이용해 한 번에 여러 공간을 할당받고, 반복문을 이용하여 각각의 객체에 이름을 부여하는 것이다.

다만 클래스의 이름 변수는 private 접근제어자이기 때문에 외부에서 접근할 수 없으므로 클래스 외부에서 private으로 선언된 변수를 변경하기 위해서는 클래스 내부에 private 변수에 접근할 수 있는 public 함수를 만들어야 한다. 이러한 함수를 일반적으로 setter 함수라고 부른다.

변수를 public으로 선언하지 않고 굳이 private으로 선언한 뒤, setter 함수를 통해 접근하는 이유는, 외부에서 무분별하게 변수의 값을 설정하는 것을 막기 위해서이다. 함수를 통해 접근한다면 예외처리가 가능하지만, 변수에 바로 접근할 수 있다면 예외처리가 불가능하기 때문이다.

객체 배열을 동적할당했기 때문에 사용 후 반드시 delete 연산자를 통해 메모리 해제를 해주어야 한다.

3. ex02 (HI THIS IS BRAIN)

C에서는 변수 이름 앞에 &를 붙이면 변수의 주소 값 지칭을 의미했지만 C++에서는 타입에 대해서 &를 붙이게 되면 그 타입을 참조하는 참조자 선언을 의미한다.

3-1. 참조자의 특성

일종의 aliasing(별칭) 변수의 또 다른 이름이다.
이름을 하나 더 두는 것 뿐 추가 메모리를 요구하지 않는다.
포인터는 선언과 초기화를 별개로 해주어도 되는 것과 달리, 참조자에 대한 선언을 할 때는, 반드시 선언과 동시에 어떤 변수의 별칭이 될지 정해주어야 한다.
포인터 변수는 재할당이 가능한 것과 달리, 참조자는 한 번 특정 변수에 대한 별칭이 되면 지칭하는 대상을 변경할 수 없다.
대입 연산이 가능하긴 하지만 원래 참조하는 변수의 값이 바뀌는 것이지 참조 대상이 바뀌는 것은 아니다.
함수의 인자로 참조자가 사용될 때는 추가 메모리 할당이 일어난다.

3-2. 포인터 대신 참조자를 사용하는 이유

포인터 변수(특정 변수의 주소 값이 저장되어 있는 변수)는 주소체계의 크기만큼 메모리에 할당하며 사용해야 하지만 참조자는 추가 메모리 할당 없이 별칭을 이용할 수 있다. (메모리 이용에 이점)
참조자는 포인터처럼 *을 이용하지 않아도 되고 인자를 넘길 때도 &를 일일히 붙이지 낳아도 되기 때문에 더 가독성 좋게 이용할 수 있다.
즉, 포인터의 경우 *나 -> 연산자를 통한 역참조를 해야 값을 가져올 수 있는 반면, 참조자는 일반 변수처럼 접근할 수 있다.

4. ex03 (Unnecessary violence)

주어진 main.cpp

int main()
{
	{
		Weapon club = Weapon("crude spiked club");
		HumanA bob("Bob", club);
		bob.attack();
		club.setType("some other type of club");
		bob.attack();
	}
	{
		Weapon club = Weapon("crude spiked club");
		HumanB jim("Jim");
		jim.setWeapon(club);
		jim.attack();
		club.setType("some other type of club");
		jim.attack();
	}
	return 0;
}

4-1. 포인터 vs 참조자

HumanA와 HumanB 클래스를 정의할 때, Weapon을 참조자로 정의하는 것 혹은 포인터로 정의하는 것 중 어느 것이 바람직할까?

문제에 따르면 HumanA 클래스는 항상 무장상태(객체 생성 시 Weapon 클래스를 갖고 있는 채로 생성)이고 HumanB 클래스는 Weapon을 소지할 수도 있고 안할 수도 있다.

주어진 main.cpp를 보면 HumanA는 생성 시 Weapon을 인자로 받기 때문에 포인터 혹은 참조자 중 어느 것을 사용해도 되므로 참조자로 선언하는 것이 적절하다. 반면 HumanB는 Weapon을 인자로 받지 않기 때문에 Weapon이라는 멤버 변수가 참조자일 수가 없다. (컴파일 에러) 따라서 HumanB의 Weapon은 포인터로 선언하는 것이 적절하다.

club은 포인터 변수가 아니고, HumanA의 생성자의 매개변수로 객체 자체를 받고 있으므로 HumanA의 생성자의 매개변수는 참조자임을 알 수 있다. 또한 HumanB의 setWeapon 멤버함수의 매개변수도 객체 자체를 받고 있으므로 HumanB의 setWeapon 멤버함수의 매개변수도 참조자임을 알 수 있다.

HumanA의 생성자의 매개변수는 참조자로 선언되었기 때문에 참조자의 특성상 선언과 동시에 초기화를 해주어야 한다. 따라서 HumanA 생성자는 Member Initializer를 통해 참조자를 초기화 시켜주어야 한다.

4-2. Const 키워드

변수 선언 시 const

선언과 동시에 유효한 값으로 초기화해야 한다.
초기화 이후 해당 변수의 값을 변경할 수 없다.

함수 인자가 const

해당 인자는 함수 내에서 변경할 수 없다.

함수 뒤 const

함수 뒤에 const 키워드가 붙으면 함수 안에서는 어떤 변수도 바꿀 수 없음(mutable은 제외)을 뜻한다. 함수가 클래스 멤버인 경우에만 const 키워드를 함수 뒤에 삽입할 수 있으며 해당 함수가 속한 객체의 멤버 변수를 변경할 수 없다는 뜻이다. 또한 const가 붙은 함수 내에서는 const가 붙은 다른 함수를 제외한 일반 함수는 호출하지 못한다.

이러한 기능을 가지고 있어 getter나 bool 반환값에서 많이 사용되면 이로 인해 함수 내부의 변수 변경을 방지할 수 있다.

함수 반환값이 const

해당 함수를 통해 반환받은 값은 변경할 수 없다.

5. ex04 (Sed is for losers)

5-1. C++에서의 파일 입출력

C++은 스트림 관련 기능과 파일 입출력 함수와 같은 관련 함수들을 묶어서 클래스로 제공하고 있다. 즉, C와 같이 FILE 구조체를 복잡한 포인터로 사용하지 않고 정보를 객체에 저장한다. 또 기존 C++ 표준 입출력(std::cout, std::cin) 형식과 유사하게 시프트 연산(<<, >>)을 사용할 수 있다.

헤더파일 : <fstream>

fstream 헤더에는 총 세 가지 클래스가 존재한다.

std::ifstream : 읽기 only
std::ofstream : 쓰기 only
std::fstream : 읽기 & 쓰기

파일을 스트림에 연결할 때는 std::ifstream과 std::ofstream의 생성자 인자로 파일 이름을 전달하는 방법과 open() 함수를 사용하는 방법을 사용할 수 있다. 스트림을 이용한 작업이 끝났다면 close() 함수를 호출하면 된다.

std::ifstream과 std::ofstream으로 파일을 열 때는 ios_base::openmode 타입의 flag값을 설정할 수 있는데, std::ifstream은 std::ifstream::in, std::ofstream은 std::ofstream::out이 기본 값으로 설정되어 있다. 기본 값이 아닌 다른 값을 원한다면 별도의 flag들을 명시해야 한다.

Constant	Explanation
ios_base::app	파일 끝에 덧붙이기
ios_base::binary	이진 파일 모드로 열기
ios_base::in	읽기용으로 열기
ios_base::out	쓰기용으로 열기
ios_base::trunc	파일이 이미 존재한다면 스트림의 내용 버리고 열기
ios_base::ate	파일을 여는 즉시 스트림의 끝으로 이동

5-2. getline()

C++에는 문자열 관련 라이브러리가 두 가지 존재한다. 첫 번째는 '\0'로 끝나 char*형식을 따르는 C방식의 문자열 라이브러리 cstring이고 두 번째는 std::string을 따르는 string 라이브러리이다.

따라서 getline() 함수도 두 가지 라이브러리에 각기 다른 함수로 존재한다.
istream 라이브러리에 속한 cin.getline() 함수와 string 라이브러리에 속한 getline() 함수가 있다.

1) istream의 cin.getline()

문자 배열이며 마지막 글자가 '\0'인 c-string을 입력 받는데 사용
n-1개의 문자 개수만큼 읽어와 str에 저장 (n번째 문자는 NULL('\0')로 바꿈)
세 번째 인자인 delim은 별도로 지정해주지 않으면 엔터('\n')로 인식
delim을 지정해주면 그 제한자(delim) 문자 직전까지 읽어서 str에 저장

istream& getline(char* str, streamsize n);
istream& getline(char* str, streamsize n, char delim);

2) string의 getline()

최대 문자 수를 입력하지 않아도 된다.
원하는 구분자(delimiter)를 만날 때까지 모든 문자열을 입력 받아 하나의 string 객체에 저장
입력 버퍼에 엔터('\n')가 남아있어 정상 동작하지 않을 경우 cin.ignore() 함수를 사용해 입력 버퍼를 비워주면 된다.

istream& getline(istream& is, string str);
istream& getline(istream& is, string str, char delim);

5-3. std::string 클래스의 멤버함수

헤더파일 : <string>

1) str.find()

문자열에서 특정 문자열의 위치 탐색

2) str.erase()

문자열에서 원하는 범위의 문자들을 삭제

3) str.insert()

문자열 중간에 문자열을 추가

6. ex05 (Harl 2.0)

6-1. 함수 포인터

프로그램에서 정의된 함수는 프로그램이 실행될 때 모두 메인 메모리에 올라간다. 이 때 함수의 이름은 메모리에 올라간 함수의 시작 주소를 가리키는 포인터 상수(constant pointer)가 된다. 이렇게 함수의 시작 주소를 가리키는 포인터 상수를 함수 포인터(function pointer)라고 부른다.

즉, 함수 포인터는 함수가 저장된 메모리 주소를 저장할 수 있는 변수로 함수를 호출할 수 있는 또 다른 방법을 제시해준다.

포인터 상수(constant pointer)란 포인터 변수가 가리키고 있는 주소 값을 변경할 수 없는 포인터를 의미하며, 상수 포인터(pointer to constant)란 상수를 가리키는 포인터를 의미한다.

/* 함수 포인터 선언 */
[반환 타입] (*[함수 포인터명])([매개변수]);

/* 함수 포인터에 함수 할당 */
[함수 포인터명] = [함수명];
[함수 포인터명] = &[함수명];

/* 선언과 동시에 할당 */
[반환 타입] (*[함수 포인터명])([매개변수]) = [함수명];
[반환 타입] (*[함수 포인터명])([매개변수]) = &[함수명];

/* 함수 포인터로 함수 호출 */
[함수 포인터명]([매개변수]);
(*[함수 포인터명])([매개변수]);

6-2. 멤버 함수 포인터

static을 제외한 클래스 멤버 함수는 앞에 this가 생략되어있다. this는 자기자신의 메모리 주소를 가리키는 포인터로 생성된 인스턴스의 주소가 담겨있다. 그러므로 멤버 함수를 일반 함수 포인터에 할당하면 형식이 맞지 않는다는 오류를 확인할 수 있다.

멤버 함수 포인터는 원하는 함수 포인터 이름으로 바로 선언할 수 있었던 일반 함수 포인터와 달리 어떤 클래스에 속해있는지 :: 연산자와 함께 명시하여 선언해야한다. 할당할 때도 마찬가지로 함수의 클래스를 명시하고 클래스명 앞에 & 연산자 또한 함께 써야한다.

/* 함수 포인터 선언 */
[반환 타입] ([클래스명]::*[멤버 함수 포인터명])([매개변수]);

/* 함수 포인터에 함수 할당 */
[멤버 함수 포인터명] = &[클래스명]::[멤버 함수명];

/* 선언과 동시에 할당 */
[반환 타입] ([클래스명]::*[멤버 함수 포인터명])([매개변수]) = &[클래스명]::[멤버 함수명];

/* 함수 포인터로 함수 호출 */
(this->*[함수 포인터명])([매개변수]);

/* 클래스 외부에서 함수 호출 */
[클래스명] [인스턴스명] = [생성자];				// 인스턴스 생성
([인스턴스명].*[멤버 함수 포인터명])([매개변수]);	// 인스턴스를 활용하여 함수 호출

7. ex06 (Harl filter)

ex05에서 filtering을 위한 요소만 추가하면 된다. main()의 인자로 요구가 들어오는데 해당 요구가 일치할 경우 그 요구 이상의 모든 로그를 출력해야 한다. 이를 구현하기 위한 가장 적절한 방법은 switch문을 사용하는 것이다.

참고
https://bigpel66.oopy.io/library/42/inner-circle/12#d87eb46cfe7848ddaf1839a682865dc9
https://bigpel66.oopy.io/library/cpp/chewing-cpp/1
https://velog.io/@appti/CPP-Module-01-ex00
https://velog.io/@jwoo/CPP-Module-01-ex00
http://www.tcpschool.com/lectures/img_c_memory_structure.png
https://dydtjr1128.github.io/cpp/2019/08/05/Cpp-const-after-function.html
https://kyu9341.github.io/C-C/2020/01/17/C++getline()/
http://tcpschool.com/cpp/cpp_function_pointer

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3-2. 포인터 대신 참조자를 사용하는 이유

4. ex03 (Unnecessary violence)

4-1. 포인터 vs 참조자

4-2. Const 키워드

5. ex04 (Sed is for losers)

5-1. C++에서의 파일 입출력

5-2. getline()

5-3. std::string 클래스의 멤버함수

6. ex05 (Harl 2.0)

6-1. 함수 포인터

6-2. 멤버 함수 포인터

7. ex06 (Harl filter)

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