[C++] OOP - 클래스와 메모리

chooha·2026년 1월 2일

C++

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📚 C++ OOP와 클래스 개념

🔸 OOP - Class 소개

기본 개념

Class : 객체를 만들기 위한 정의, 설계도, 틀
Object : 클래스로부터 생성된 각각의 실체, 인스턴스

OOP의 4가지 핵심 특징
1. Abstraction (추상화)

일반화(Generalization)와 모델링
복잡한 현실 세계를 클래스로 단순화하여 표현

Encapsulation (캡슐화)
- private 접근 지정자를 통해 구현
- 데이터와 메서드를 하나로 묶고 외부로부터 보호
Inheritance (상속)
- 기존 클래스의 특성을 물려받아 재사용
- 코드의 재사용성과 확장성 향상
Polymorphism (다형성)
- Static Polymorphism : Function Overloading (컴파일 타임에 결정)
- Dynamic Polymorphism : Function Overriding (virtual 키워드 사용, 런타임에 결정)

🔸 Object Alignment (객체 메모리 정렬)

메모리 정렬 예제

class Cat
{
public:
    void Speak();
private:
    double d8;    // 8 bytes
    int i4a;      // 4 bytes
    int i4b;      // 4 bytes
};

메모리 크기 변화

위 코드의 경우: Cat 객체 크기 = 16 bytes
d8과 i4a의 선언 순서를 바꾸면: 24 bytes로 증가

Padding이 발생하는 이유

메모리 정렬 규칙(Alignment Rule) 때문에 발생
각 멤버 변수는 자신의 크기의 배수인 주소에서 시작해야 함
- int (4 bytes) : 0, 4, 8, 12, 16, ... 주소에서 시작
- double (8 bytes) : 0, 8, 16, 24, 32, ... 주소에서 시작
전체 객체 크기는 가장 큰 멤버 변수 크기의 배수여야 함
CPU가 정렬되지 않은 메모리에 접근할 때 성능이 저하되거나 오류가 발생할 수 있어 컴파일러가 자동으로 패딩을 삽입함

메모리 최적화 팁

구조체나 클래스 설계 시 멤버 변수를 크기 순으로 정렬하면 패딩을 최소화할 수 있음
큰 타입(double, long long)을 먼저, 작은 타입(char, bool)을 나중에 배치
#pragma pack 지시자로 패딩을 제어할 수도 있지만, 성능 저하가 발생할 수 있으므로 주의 필요

🔸 alignas 키워드

False Sharing 문제

Cat arr[100]과 같은 배열이 있을 때 발생 가능
캐시 라인(Cache Line)의 최소 단위는 64 bytes
Cat 객체가 24 bytes인 경우, 하나의 객체가 두 개의 캐시 라인에 나뉘어 저장될 수 있음
이로 인해 false sharing이 발생하여 성능 저하 초래

alignas를 통한 해결

class alignas(32) Cat
{
    // ...
};

객체를 32 bytes 단위로 정렬하여 false sharing 방지
캐시 효율성 향상

🔸 Static in Class

1. Static Member Function (정적 멤버 함수)

객체를 생성하지 않고도 호출 가능
클래스 이름으로 직접 접근

Cat::StaticSpeak();

2. Static Member Variable (정적 멤버 변수)

클래스 외부에서 명시적으로 초기화 필요

class Cat {
    static int count;
};
int Cat::count = 0;  // 클래스 외부에서 초기화

Static 메모리 영역(데이터 세그먼트)에 할당됨
모든 객체가 공유하는 변수
프로그램 시작 시 초기화되고 프로그램 종료 시까지 유지됨

3. Static Variable in a Function (함수 내 정적 변수)

함수 내부에서 선언된 정적 변수

void func() {
    static int count = 0;  // 함수가 처음 호출될 때 초기화
    count++;
}

함수가 처음 호출될 때 초기화됨
함수 호출이 끝나도 값이 유지됨

초기화 시점 비교

Static member variable: 프로그램 시작 전 (전역 변수와 동일)
Static variable in function: 함수가 처음 호출될 때 (지연 초기화)

🔸 this 키워드

this의 역할

현재 객체의 주소를 가리키는 포인터
멤버 함수 내에서 암묵적으로 사용됨

Static 멤버 함수의 제약

Static 멤버 함수는 특정 객체와 연결되어 있지 않음
따라서 this 포인터가 존재하지 않음
일반 멤버 변수나 멤버 함수를 사용할 수 없음
- 이들은 this를 통해 호출되기 때문

this 포인터 활용

멤버 변수와 매개변수 이름이 같을 때 구분

void SetName(string name) {
    this->name = name;  // 멤버 변수와 매개변수 구분
}

메서드 체이닝 구현

Cat& SetAge(int age) {
    this->age = age;
    return *this;  // 자기 자신을 반환
}

🔸 inline, const, constexpr 정리

inline 키워드

함수 호출 오버헤드를 제거하기 위한 키워드
컴파일러에게 함수 본문을 호출 지점에 직접 삽입하도록 요청
작고 자주 호출되는 함수에 사용하면 효과적
클래스 내부에서 정의된 멤버 함수는 자동으로 inline 처리됨
주의: 함수가 너무 크면 코드 크기가 증가할 수 있음 (컴파일러가 무시할 수 있음)

inline int Add(int a, int b) { return a + b; }
// 호출 시 → int result = a + b; 로 직접 삽입됨

const 키워드 (멤버 함수)

멤버 함수가 객체의 상태(멤버 변수)를 변경하지 않음을 명시
const 객체는 const 멤버 함수만 호출할 수 있음
함수 선언 뒤에 const를 붙여 사용

class Cat {
    int age;
public:
    int GetAge() const { return age; }  // ✅ 읽기만 가능
    void SetAge(int a) { age = a; }     // ❌ const 객체는 호출 불가
};

const Cat kitty;
kitty.GetAge();  // ✅ OK
kitty.SetAge(5); // ❌ 컴파일 에러

constexpr 키워드

컴파일 타임에 값이 결정되는 상수 표현식
런타임 성능 향상 (컴파일 시 계산 완료)
함수에 사용하면 컴파일 타임에 실행 가능
C++11부터 도입, C++14/17에서 기능 확장

constexpr int Square(int x) { return x * x; }

int arr[Square(5)];  // 컴파일 타임에 arr[25]로 결정됨

// static member variable과 함께 사용
class Math {
    static constexpr double PI = 3.14159;  // 컴파일 타임 상수
};

const vs constexpr 비교

const: 런타임 또는 컴파일 타임 상수 (값 변경 불가)
constexpr: 반드시 컴파일 타임 상수 (더 엄격함)

const int a = 10;           // 컴파일 타임 상수
const int b = GetValue();   // 런타임 상수 (함수 호출 결과)

constexpr int c = 10;       // ✅ 컴파일 타임 상수
constexpr int d = GetValue(); // ❌ 컴파일 에러 (constexpr 함수여야 함)