[Day10] Classes & OOP(Object-Oriented Programming)

베리투스·2025년 8월 18일

TIL: Today I Learned

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C++ 객체지향 프로그래밍의 핵심인 class에 대해 학습했다. 관련 데이터와 함수를 하나로 묶어 코드의 재사용성과 유지보수성을 높이는 방법을 배웠다. 💻 public, private 접근 제어자를 통한 캡슐화, 생성자를 이용한 객체 초기화, getter와 setter를 통한 안전한 데이터 관리법을 익혔다. 마지막으로 클래스 선언부와 구현부를 .h와 .cpp 파일로 분리하여 체계적인 프로젝트를 구성하는 방법까지 정리했다. 🚀

📌 목표

클래스의 역할과 필요성 이해
클래스와 객체를 정의하고 활용
접근 제어자(public, private)를 사용한 캡슐화
생성자, getter, setter의 개념과 사용법 학습
헤더(.h)와 소스(.cpp) 파일 분리

📖 이론

1. 클래스(Class)의 등장 배경

기존의 절차지향 프로그래밍에서는 데이터(변수)와 그 데이터를 처리하는 함수가 분리되어 있었다.
이로 인해 프로그램의 규모가 커질수록 데이터와 함수 간의 관계가 복잡해지고, 데이터가 의도치 않게 변경될 위험이 있었다. (예: 성적 관리 프로그램에서 국어, 영어, 수학 점수 배열과 평균 계산 함수가 따로 노는 경우)
클래스는 이러한 문제를 해결하기 위해 관련 있는 데이터와 함수를 하나의 묶음으로 정의하는 방법을 제공했다.

2. 클래스의 정의와 캡슐화

클래스(Class): 객체를 생성하기 위한 '설계도' 또는 '틀'이다. 클래스 내부에는 데이터 저장을 위한 멤버 변수(Member Variables)와 특정 동작을 수행하는 멤버 함수(Member Functions)가 포함된다.
캡슐화(Encapsulation): 클래스의 핵심 특징 중 하나로, 데이터(멤버 변수)와 해당 데이터를 처리하는 함수를 하나로 묶고, 외부로부터의 직접적인 접근을 제한하여 데이터를 보호하는 것을 의미한다. 마치 자동차의 내부 엔진은 숨기고 운전자에게는 핸들과 페달만 제공하는 것과 같다.

3. 접근 제어자(Access Specifiers)

캡슐화를 구현하기 위해 사용하며, 멤버에 대한 외부 접근 수준을 지정한다.
- public: 클래스 외부 어디에서든 접근할 수 있다. 주로 멤버 함수(메서드)에 사용된다.
- private: 해당 클래스의 멤버 함수 내에서만 접근할 수 있다. 외부에서는 절대 접근할 수 없으며, 정보 은닉(Information Hiding)을 실현한다. 멤버 변수는 보통 private으로 선언한다.
- (참고) class 키워드로 클래스를 정의할 때, 접근 제어자를 명시하지 않으면 모든 멤버는 기본적으로 private이 된다.

4. getter와 setter

private으로 선언된 멤버 변수는 외부에서 직접 접근할 수 없기 때문에, 이 변수의 값을 읽거나 수정할 수 있는 통로가 필요하다.
- getter: private 멤버 변수의 값을 읽어서 반환하는 public 멤버 함수. (e.g., int getScore();)
- setter: private 멤버 변수의 값을 설정(수정)하는 public 멤버 함수. (e.g., void setScore(int newScore);)
- 이를 통해 데이터의 무결성을 검사하는 로직(e.g., 점수는 0~100 사이)을 setter 내부에 추가할 수 있어, 데이터를 안전하게 관리할 수 있다.

5. 생성자(Constructor)

객체가 생성될 때 자동으로 호출되는 특별한 멤버 함수이다.
주로 멤버 변수를 초기화하는 역할을 한다.
클래스 이름과 동일한 이름을 가지며, 반환형이 없다.
매개변수가 없는 기본 생성자와 매개변수를 통해 값을 전달받는 매개변수 있는 생성자가 있다.

6. 헤더(.h)와 소스(.cpp) 파일 분리

프로젝트 규모가 커지면 하나의 파일에 모든 코드를 작성하기 어렵다.
헤더 파일(.h): 클래스의 선언부를 작성한다. 클래스의 구조, 멤버 변수, 멤버 함수의 원형(prototype) 등이 포함된다. 다른 파일에서 이 클래스를 사용하려면 이 헤더 파일을 #include한다.
소스 파일(.cpp): 클래스의 구현부를 작성한다. 헤더 파일에 선언된 멤버 함수들의 실제 동작 코드를 정의한다.
헤더 가드(Header Guard): 헤더 파일이 여러 번 #include되어 발생하는 중복 정의 오류를 막기 위해 #ifndef, #define, #endif 전처리기 지시문을 사용한다.

💻 코드

Student.h (클래스 선언부)

// 헤더 가드: STUDENT_H_가 정의되지 않았다면 아래 코드를 컴파일
#ifndef STUDENT_H_
// STUDENT_H_를 정의. 다음에 이 파일을 또 include하면 위 ifndef에 걸려 코드가 무시됨
#define STUDENT_H_

// Student 클래스 선언
class Student {
public: // 외부에서 접근 가능한 멤버
    // 생성자: 객체 생성 시 점수를 받아 초기화 (기본값 할당)
    Student(int math = 0, int eng = 0, int kor = 0);

    // 멤버 함수(메서드) 선언
    double getAvg();      // 평균 점수를 반환하는 getter
    int getMaxScore();  // 최고 점수를 반환하는 getter

private: // 클래스 내부에서만 접근 가능한 멤버
    // 멤버 변수: 학생의 과목별 점수
    int kor;
    int eng;
    int math;
};

#endif // 헤더 가드 끝

Student.cpp (클래스 구현부)

#include "Student.h" // Student 클래스 선언이 담긴 헤더 파일을 포함
#include <algorithm> // std::max 함수를 사용하기 위해 포함

// 생성자 구현
// Student 클래스에 속한 생성자임을 ::(스코프 지정 연산자)로 명시
// 멤버 초기화 리스트를 사용하여 멤버 변수 초기화
Student::Student(int math, int eng, int kor) : math(math), eng(eng), kor(kor) {
    // 생성자 본문은 비워둘 수 있음
}

// getAvg 멤버 함수 구현
double Student::getAvg() {
    // private 멤버 변수인 kor, eng, math에 접근하여 평균 계산
    return (kor + eng + math) / 3.0;
}

// getMaxScore 멤버 함수 구현
int Student::getMaxScore() {
    // std::max를 중첩 사용하여 세 과목 중 최고 점수 반환
    return std::max(kor, std::max(eng, math));
}

main.cpp (클래스 사용부)

#include <iostream>
#include "Student.h" // 우리가 정의한 Student 클래스를 사용하기 위해 include

int main() {
    // Student 클래스의 객체(인스턴스) 생성
    // 생성자에 인자를 전달하여 각 과목 점수 초기화
    Student student1(90, 85, 95);

    // 객체의 public 멤버 함수 호출
    std::cout << "학생1의 평균 점수: " << student1.getAvg() << std::endl;
    std::cout << "학생1의 최고 점수: " << student1.getMaxScore() << std::endl;

    // student1.kor = 100; // 컴파일 에러! kor은 private 멤버이므로 외부에서 직접 접근 불가

    return 0;
}

⚠️ 실수

처음에는 main.cpp에서 "Student.h"를 include하는 것을 잊어서 Student 타입을 찾을 수 없다는 에러를 만났다. 😅 클래스를 사용하려면 반드시 그 설계도(헤더 파일)를 포함시켜야 한다는 것을 깨달았다.
또 Student.cpp에서 멤버 함수를 구현할 때 Student:: 스코프 지정자를 빼먹어서 "정의되지 않은 함수"라는 컴파일 오류를 겪었다. 어떤 클래스에 속한 함수인지 명확히 알려줘야 한다는 점을 명심해야겠다.
#include <iostream>과 #include "Student.h"의 차이도 헷갈렸는데, <>는 시스템 라이브러리 헤더를, ""는 사용자 정의 헤더를 우선적으로 찾는다는 점을 되새겼다.

✅ 핵심 요약

개념	설명	비고
클래스 (Class)	객체를 만들기 위한 설계도. 데이터(멤버 변수)와 기능(멤버 함수)을 하나로 묶는다.	`class Student { ... };`
객체 (Object)	클래스라는 설계도를 바탕으로 메모리에 실체화된 인스턴스.	`Student student1;`
캡슐화	데이터와 함수를 묶고, 외부의 직접적인 접근을 막아 정보를 은닉하는 것.	객체지향의 핵심 원칙
접근 제어자	`public`, `private` 등을 사용하여 멤버의 접근 권한을 제어한다.	`public`: 외부 공개, `private`: 내부 전용
생성자	객체가 생성될 때 자동으로 호출되어 멤버 변수를 초기화하는 특별한 함수.	클래스 이름과 동일, 반환형 없음
getter & setter	`private` 멤버에 안전하게 접근(읽기/쓰기)하기 위해 제공되는 `public` 함수.	데이터 무결성 유지에 유용
파일 분리	클래스의 선언은 헤더(.h)에, 구현은 소스(.cpp)에 작성하여 코드의 구조화 및 재사용성을 높인다.	헤더 가드(`#ifndef`) 필수