Computer-Science

01. Defining a Class

Object-Oriented Programming

객체지향 설계 (object-oriented design)

클래스-객체-인스턴스의 차이

1. Class란?

• 개념
  • Object를 만들어 내기 위한 설계도 혹은 틀
  • 연관되어 있는 Variable과 Method의 집합

1. Object란?

• 개념
  • 소프트웨어 세계에 구현할 대상
  • Class에 선언 된 모양 그대로 생성된 실체
• 특징
  • ‘Class의 Instance’라고도 부른다.
  • Object는 모든 Instance를 대표하는 포괄적인 의미를 갖는다.
  • OOP의 관점에서 Class의 타입으로 선언되었을 때 ‘Object’라고 부른다.

1. Instance란?

• 개념
  • 설계도를 바탕으로 소프트웨어 세계에 구현된 구체적인 실체
  • 즉, 객체를 소프트웨어에 실체화 하면 그것을 ‘Instance’라고 부른다.
  • 실체화된 Instance는 메모리에 할당된다.
• 특징
  • Instance는 Object에 포함된다고 볼 수 있다.
  • OOP의 관점에서 Object가 메모리에 할당되어 실제 사용될 때 ‘instance’라고 부른다.
  • 추상적인 개념(또는 명세)과 구체적인 Object 사이의 관계에 초점을 맞출 경우에 사용한다.
  • ‘~의 instance’의 형태로 사용된다.
  • Object는 Class의 Instance이다.
  • Object 간의 링크는 Class 간의 연관 관계의 Instance이다.
  • 실행 프로세스는 프로그램의 Instance이다.
  • 즉, Instance라는 용어는 반드시 Class와 Object 사이의 관계로 한정지어 사용할 필요는 없다.
  • 인스턴스는 어떤 원본(추상적인 개념)으로부터 ‘생성된 복제본’을 의미한다.

Reusability in OOP

• 새로운 클래스 작성 또는 프로그램 작성시 기존 클래스의 재사용은 시간과 노력을 줄여준다.
• 재사용은 또한 프로그래머가 더 신뢰성 있고 효율적인 시스템을 구축할 수 있도록 돕는다.

Defining a Class

클래스 정의 (class definition)

• 컴파일러에게 클래스에 속한 멤버함수와 데이터 멤버를 알려준다.
• 클래스의 이름은 class 키워드와 함께 사용하여 시작한다.
• 클래스의 본문(body)은 대괄호 안에 작성되어야 한다. { }
  • 데이터 멤버(멤버 변수)와 멤버 함수의 명기
  • 접근 지정자 (access-specifier). public :

#include <iostream>
#include <string>
using std::cout;
using std::endl;
using std::string;

class GradeBook {
public:
    //function overloading
    void displayMessage() {
        cout << "Welcome to the GradeBook" << endl;
    }
    void displayMessage(string str) {
        cout << str<< endl;
    }
};


int main() {
    GradeBook myGradeBook;
    myGradeBook.displayMessage();
    myGradeBook.displayMessage("Welcome");
    myGradeBook.displayMessage("to");
    myGradeBook.displayMessage("the");
    myGradeBook.displayMessage("GradeBook");
    return 0;
}

멤버 함수 (member function) 정의

• 함수의 반환형 (return type)
  • 함수가 종료되었을 때 반환할 값의 자료형 (일반적인 함수와 같은 의미)
  • void는 함수가 아무런 값도 반환하지 않는다는 것을 의미
• 함수 본문은 함수가 어떤 일을 수행하는지 기술함
  • 중괄호 {}에 의해 제한된다.

클래스 사용

• 클래스는 사용자 정의 자료형 (user-defined type)
  • C++ 객체생성시 사용
    • 클래스 형의 변수
• dot operator ( . )
  • 객체의 멤버 함수 및 데이터 멤버의 접근에 사용된다.

Defining a Member Function with a Parameter

매개변수와 인수

함수 매개변수 (parameter)

: 함수가 업무를 실행하는데 필요한 정보

함수 인수 (argument)

: 함수의 매개 변수를 위해 함수 호출시 공급된 값

• 인수 값은 함수 매개변수로 복사된다.

매개변수 리스트 (parameter lists)

• 함수 이름 뒤의 ()안에 위치하여 함수가 실행되는데 필요한 정보를 넘겨받음
• 여러개의 매개변수는 ,으로 구분되며 임의의 개수가 가능
• 함수 인자의 개수와 순서, 자료형은 함수 매개변수의 개수, 순서, 자료형과 일치해야 함

Defining a function parameter again as a local variable in the function is a compilation error.

Data Members

지역변수와 멤버변수

지역 변수 (local variables)

• 함수 안에서 선언된 변수
  • 함수 밖에서 사용할 수 없다.
• 함수가 소멸될 때 같이 소멸된다.

멤버 변수 (member variables)

• 객체가 살아있는 동안만 존재
• 데이터 멤버로 표현
  • 클래스 정의에 선언된 변수

접근 지정자

접근 지정자 private

• 데이터 멤버나 멤버 함수에 오직 같은 클래스의 멤버 함수로만 접근이 가능하게 한다.
• private은 클래스 멤버의 기본 (default) 접근 지정자
• 자료 은닉 (자료의 캡슐화)
• default 속성은 private이다.

기타 접근 지정자

• public, protected

set Functions and get Functions

소프트웨어공학과 set, get 함수

• public 멤버함수로 선언
• private 데이터 멤버의 값을 설정(set) 또는 읽을(get) 수 있도록 정의된 인터페이스 역할
  • 클래스의 설계자는 private 데이터에 접근할 수 있는 방법을 제시해야 함
• 클래스의 모든 private 멤버는 set, get 함수를 통해 접근해야 함

Initializing Objects with Constructors

클래스 생성자 (constructor)

• 객체가 만들어질 때 객체의 데이터를 초기화 하기 위해 사용되는 함수

  • 객체가 생성될 때 암묵적으로 (implicitly) 호출
  • 반드시 클래스와 같은 이름으로 정의 되어야 한다.
  • 값을 반환하지 않음
    • 반환형 없음 (void 형도 아님)

• 기본 생성자 (default constructor)는 매개변수를 가지지 않는다.

  • 클래스가 생성자를 프로그래머가 선언하지 않았다면, 컴파일러가 자동으로 기본 생성자를 제공
    • 오직 객체 클래스의 데이터 멤버의 생성자만 호출하는 역할

UML diagram

작성방법

• 함수의 반환형은 함수 이름과 () 뒤에 :을 붙이고 반환형을 명시
• - 기호는 private 멤버를, + 기호는 public 멤버를 의미

UML에서 클래스 생성자 표기

• 세번째 섹션에 등장하며 <<constructor>> 라고 명기하여 일반 멤버함수와 구분
• 일반적으로 멤버함수보다 앞에 위치함

Separating .h and .cpp Files

용도에 따른 파일의 분리

.cpp는 소스코드 파일로 알려져 있다.

헤더 파일 (header files)

• 클래스 선언부가 위치하며, 소스 파일과 보통 분리됨
  • 클래스가 어디에서 사용되더라도 컴파일러가 클래스를 인식할 수 있도록 해준다.
• 일반적으로 .h 확장자를 가진다.

드라이버 파일 (driver files)

• 작성한 클래스나 함수를 운용하기 위해 사용되는 프로그램
• 실행 될 수 있게 하기 위해 하나의 main 함수를 포함

드라이버 cpp 파일 예제

#include <iostream>
using std::cout;
using std::endl;

#include "GradeBook.h"

int main()
{
    GradeBook gradeBook1("CS101 introduction to C++ Programming");
    GradeBook gradeBook2("CS102 Data Structures in C++");

    cout << "gradeBook1 created for course: " << gradeBook1.getCourseName()
         << "\ngradeBook2 created for course: " << gradeBook2.getCourseName()
         << endl;
    return 0;
}

#include 전처리기 지시자

• 헤더 파일을 포함(include)하기 위해 사용됨
  • C++ 전처리기는 이 지시자를 헤더파일로 바꿔치기 함
• 사용자가 생성한 헤더파일을 포함할 때는 “ “를 이용
  • 예: #include“myclass.h”
• C++ 표준 라이브러리를 포함할 때는 <>를 이용
  • 예: #include <iostream>

컴파일 과정에서 헤더 파일의 역할

• 컴파일러는 객체의 크기를 알아야 한다.
• C++ 객체는 일반적으로 데이터 멤버만 포함한다.
• 컴파일러는 오직 하나의 클래스 멤버 함수의 복사본을 생성 (공유)
  • 이 복사본은 모든 클래스 객체에서 공유
• 예) 4개의 정수형 데이터 멤버와 2개의 멤버 함수를 가진 클래스 객체
  • 16바이트 (데이터 멤버)의 크기를 가짐
• 컴파일러는 헤더 파일을 통해 객체의 크기를 알아내고 메모리를 할당함.

Separating Interface from Implementation

인터페이스 (interface)

• 사용자가 어떤 (which) 서비스를 사용할 수 있으며, 어떻게 (how) 그 서비스를 요청하는지 정의된 약속
  • 그러나 클래스가 어떻게 (how) 서비스를 수행하는지에 관한 구체적인 정보는 없음
  • 멤버 함수 이름, 반환형과 매개변수형만으로 정의됨
    • 함수 원형 (function prototype)
• 클래스의 인터페이스는 클래스의 public 멤버 함수로 정의된다.

구현(implementation)과 인터페이스의 분리

• 클래스의 헤더 파일 (.h)
  • 멤버 함수의 원형은 클래스의 public 인터페이스를 기술함
  • 구체적인 구현 내용은 숨겨진다.
    • 클라이언트 코드는 구현 정보를 필요로 하지않고, 입출력만 필요로함.
• 클래스의 소스코드 파일 (.cpp)
  • 별도의 소스코드 파일에서 클래스 멤버함수를 구현한다.
    • Binary scope resolution operator (::)를 이용하여 클래스 이름과 멤버 함수의 정의를 연결
    • 예: voidGradeBook::displayMessage()

컴파일

• 소스코드 파일은 컴파일 되어 클래스 목적 코드(object code, *.obj)를 생성한다.
  • 클래스를 구현하는 프로그래머는 헤더파일(*.h)과 목적 코드 (*.obj)를 클라이언트에 제공해 주면 됨 (목적코드는 기계어)
• 클라이언트는 자신의 코드에 반드시 #include “헤더파일” 을 선언했어야 한다.
  • 그렇지 않으면 컴파일러는 클래스의 존재를 모름
  • 함수의 원형이 선언된 헤더 파일을 include하는 원리와 같음

Validating Data with set Functions

private 멤버에 대한 set 함수의 용도

• set 함수는 데이터를 검증(validation) 할 수 있다.
  • 유효성 검사(validity checking)로 알려져 있다.
  • 객체를 안정적인 상태로 유지
    • 데이터 멤버는 유효한 값만을 가짐
  • 유효하지 않은 값으로 설정할 경우,오류에 해당되는 코드를 리턴할 수 있음

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