🎯 객체 지향 프로그래밍과 개발 필수 개념을 정리합니다.

📗 Today I Learned

함수 포인터

함수 포인터는 함수를 가리키는 포인터로, 함수의 주소를 저장하고 이를 통해 해당 함수를 호출할 수 있습니다.

자료형(*함수 포인터 이름)(인자 목록);

[함수 포인터 코드 예시]

일반적으로 함수는 고정된 주소에 저장되지만, 함수 포인터를 사용하면 어떤 함수를 호출할지 런타임에 결정할 수 있습니다.

#include <stdio.h>

int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

int subtract(int a, int b) {
    return a - b;
}

int main() {
    int (*operation)(int, int);  
    char op;
    int x = 10, y = 5;

    printf("연산을 선택하세요 (+ 또는 -): ");
    scanf(" %c", &op);

    if (op == '+') {
        operation = add;
    } else {
        operation = subtract;
    }

    printf("결과: %d\n", operation(x, y));  
}

🤔 함수 주소값을 전달할 때는 왜 &를 쓰지 않을까?

함수의 이름이 함수의 메모리 주소값이기 때문에 연산자를 붙이지 않아도 됩니다.

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사용자 정의 타입

구조체

하나 이상의 서로 다른 종류의 변수(데이터)를 하나로 묶어서 새로운 데이터 타입을 정의하는 기능입니다.

구조체를 선언할 때는 struct 키워드를 사용합니다.

#include <stdio.h>

struct Student {
    char name[20];   
    int age;         
    float grade;     
};

int main() {
    struct Student s1 = {"Alice", 20, 3.8};

    printf("이름: %s\n", s1.name);
    printf("나이: %d\n", s1.age);
    printf("학점: %.1f\n", s1.grade);

    return 0;
}

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공용체

여러 개의 변수를 하나의 메모리 공간에서 공유하는 데이터 구조입니다. 구조체와 비슷하지만 모든 멤버 변수가 같은 메모리 공간을 공유한다는 점에서 차이가 있습니다.

공용체를 선언할 때는 union 키워드를 사용합니다.

#include <stdio.h>

union Data {
    int i;
    float f;
    char str[20];
};

int main() {
    union Data data;

    data.i = 10;
    printf("정수: %d\n", data.i);

    data.f = 3.14;
    printf("실수: %f\n", data.f);
     printf("정수 값 확인: %d\n", data.i); // 이상한 값이 출력될 가능성이 있음

    strcpy(data.str, "Hello");
    printf("문자열: %s\n", data.str);

    return 0;
}

⚠️ 공용체는 모든 멤버가 같은 메모리를 공유하므로, 값을 저장하면 기존 값이 사라집니다. 따라서 값을 저장한 즉시 바로 사용해야 하며, 여러 값을 동시에 보관할 수 없습니다.

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열거형

관련된 상수들을 하나의 그룹으로 묶어 관리할 때 사용됩니다. 컴파일러는 열거형의 멤버를 정수형 상수로 취급하며, 기본적으로 0부터 1씩 증가하는 값이 자동으로 할당됩니다.

열거형을 선언할 때는 enum 키워드를 사용합니다.

#include <stdio.h>

enum Week {
    SUNDAY = 0,
    MONDAY,
    TUESDAY,
    WEDNESDAY,
    THURSDAY,
    FRIDAY,
    SATURDAY
};

int main() {
    int userInput;
    enum Week today;

    printf("요일을 숫자로 입력하세요 (0: 일, 1: 월, 2: 화, 3: 수, 4: 목, 5: 금, 6: 토): ");
    scanf("%d", &userInput); 

    if (userInput < 0 || userInput > 6) {
        printf("잘못된 입력입니다.\n");
    } else {
        today = (enum Week)userInput;  // 정수를 열거형으로 변환

        printf("선택한 요일의 번호: %d\n", today);
    }

    return 0;
}

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메모리

출처 : 위키피디아 '동적 메모리 할당'

코드 영역

코드 영역은 실행할 프로그램의 명령어가 저장되는 공간입니다. CPU가 이 영역에서 명령어들을 하나씩 처리합니다.

스택 영역

함수 호출 시 지역 변수와 함수의 반환 주소가 저장되는 영역입니다.

힙 영역

힙은 동적으로 할당된 메모리가 저장되는 공간입니다. 프로그램 실행 중 사용자가 직접 메모리를 할당 및 해제할 수 있다.

동적 메모리 할당

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>  // malloc(), free() 사용을 위한 헤더 파일

int main() {
    int *ptr = (int *)malloc(sizeof(int) * 5);  // 힙 영역에 정수 5개 크기의 동적 배열 할당

    if (ptr == NULL) {
        printf("메모리 할당 실패\n");
        return 1;
    }

    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        ptr[i] = i * 10;
        printf("%d ", ptr[i]);
    }

    free(ptr);  // 힙 메모리 해제
    return 0;
}

• malloc() 같은 동적 메모리 할당 함수를 사용해서 실행 중에 크기를 정할 수 있습니다.

• 명시적으로 free()를 호출해야 메모리가 해제됩니다.
  ( 동적 할당으로 얻은 메모리를 free()로 해제하지 않으면, 해당 메모리는 프로그램이 종료될 때까지 계속 차지하게 되기 때문입니다. )

💡 앞으로 객체를 동적으로 생성할 때 사용되는 new 연산자를 이용한 객체는 힙 영역에 객체가 생성됩니다. 다만, TypeScript에서는 다만, GC(가비지 컬렉션) 이 있기 때문에 C++처럼 delete를 직접 할 필요는 없습니다.

데이터 영역

데이터 영역에는 전역 변수와 static 변수가 저장됩니다. 프로그램 시작 시 메모리가 할당되고, 종료될 때까지 유지된다.

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객체 지향 프로그래밍

프로그램을 객체(클래스) 단위로 구성하고, 객체가 서로 데이터를 주고받으며 동작하도록 설계하는 방식입니다.

☁️ 등장 배경

초기의 프로그래밍은 절차 지향(구조적) 프로그래밍 방식이 주를 이뤘습니다. 명령어를 순차적으로 실행하면서 프로그램을 작성하는 방식으로, 코드를 함수 단위로 나누어 관리하는 것이 특징입니다.

하지만, 소프트웨어가 점점 대형화되고 복잡해지면서 몇 가지 한계가 나타났습니다.

• 코드 재사용이 어렵다

• 유지보수가 어렵다

• 데이터 보호가 어렵다

이러한 문제를 해결하기 위해 객체 지향 프로그래밍(OOP, Object-Oriented Programming) 개념이 등장했습니다.

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클래스

클래스는 사용자 정의 데이터 타입으로, 데이터(멤버 변수)와 기능(멤버 함수)를 함께 묶어 사용할 수 있도록 하는 개념입니다. 객체를 만들기 위한 설계도라고 할 수 있습니다.

구성 요소

• 멤버 변수(필드) : 객체가 가지는 데이터입니다.

• 메서드(멤버 함수) : 객체가 수행하는 기능입니다.

• 생성자(Constructor) : 객체가 생성될 때 자동으로 실행되는 함수입니다.

접근 지정자

접근 지정자는 클래스 내부의 멤버(변수, 메서드)에 대한 접근 권한을 설정하는 키워드입니다.

• public : 누구나 접근 가능한 지정자입니다. (외부에서도 사용 가능)

• protected : 상속 관계에서만 접근 가능한 지정자입니다. (자식 클래스에서만 사용 가능)

• private : 클래스 내부에서만 접근 가능한 지정자입니다. (외부에서는 접근 불가능)

클래스 예시 코드

클래스을 선언할 때는 class 키워드를 사용합니다.
객체 지향 언어인 C#을 예시로 합니다.

using System;

class Dog {
  // 멤버 변수 
  private int eyes;
  private int nose;
  private int mouth; 
  private int ears;

  // 생성자
  public Dog() {
    eyes = 2;
    nose = 1;
    mouth = 1;
    ears = 2;
  }

  // 멤버 메서드
  public void Bark() {
    Console.WriteLine("멍멍!");
  }
}

class Program {
  static void Main() {
    Dog myDog = new Dog();
    
    // 메서드 호출
    myDog.Bark(); // "멍멍!"
  }
}

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객체 지향 프로그래밍 특징

추상화

불필요한 세부 사항을 감추고, 핵심 기능만 제공하는 것입니다.

캡슐화

외부에서 내부 데이터를 직접 볼 수 없도록 숨기고, 인터페이스를 통해 조작하도록 합니다.

상속성

기존 클래스의 기능을 그대로 물려받고, 필요한 기능을 추가할 수 있도록 합니다.

class Animal {
  public void Eat() {
    Console.WriteLine("먹는다.");
  }
}

class Dog : Animal {
  public void Bark() {
    Console.WriteLine("멍멍!");
  }
}

class Program {
  static void Main() {
    Dog myDog = new Dog();
    myDog.Eat();  // "먹는다."
    myDog.Bark(); // "멍멍!"
  }
}

다형성

같은 메서드라도 객체에 따라 다르게 동작하는 것을 말합니다. 오버라이딩(Overriding) 과 오버로딩(Overloading) 두 가지 기법이 있습니다.

오버로딩

같은 이름의 메서드를 매개변수만 다르게 정의합니다.

class MathOperations {
  public int Add(int a, int b) {
    return a + b;
  }

  public double Add(double a, double b) {
    return a + b;
  }
}

class Program {
  static void Main() {
    MathOperations math = new MathOperations();
    Console.WriteLine(math.Add(3, 5));       // 8
    Console.WriteLine(math.Add(3.5, 2.5));   // 6.0
  }
}

오버라이딩

부모 클래스의 메서드를 재정의합니다.

class Animal {
  public virtual void Speak() {
    Console.WriteLine("동물이 소리를 낸다.");
  }
}

class Dog : Animal {
  public override void Speak() {
    Console.WriteLine("멍멍!");
  }
}

class Program {
  static void Main() {
    Animal myAnimal = new Dog();
    myAnimal.Speak();  // "멍멍!"
  }
}

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인터페이스

인터페이스는 메소드의 목록만을 가지고 있는 명세로, 사용자 정의 타입입니다. 즉, 메소드의 선언만 포함하며, 구현은 하지 않습니다.

using System;

interface IFlyable { // 인터페이스 
    void Fly();  
}

class Bird : IFlyable {
    public void Fly() {
        Console.WriteLine("새가 날아갑니다.");
    }
}

class Airplane : IFlyable {
    public void Fly() {
        Console.WriteLine("비행기가 날아갑니다.");
    }
}

class Program {
    static void Main() {
        IFlyable myBird = new Bird();
        myBird.Fly();  // "새가 날아갑니다." 
        
        IFlyable myPlane = new Airplane();
        myPlane.Fly();  // "비행기가 날아갑니다." 
    }
}

🤔 인터페이스를 왜 사용하는 걸까?

일관성 유지 - 여러 개발자가 공동 작업을 할 때, 표준을 정하는 역할을 합니다.

코드 유지보수 & 수정 용이 - 기존 클래스를 수정하지 않고도 기능을 추가할 수 있습니다.

다중 상속 가능 - 인터페이스는 여러 개 상속이 가능합니다.

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람다식

기존 익명 메소드를 더욱 간결하게 만드는 식입니다.

기존에는 익명 메소드를 사용하려면 delegate 키워드를 써야 했던 것을 =>로 함수를 간결하게 표현한 것입니다.

Square square = x => x * x;
Console.WriteLine(square(5));  // 25

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✏️ 회고

내 코드는 대부분 절차지향이었다는 걸 알게 되었고, 객체지향적으로 바꾸려면 클래스에 더 익숙해져야겠다고 느꼈다.