Class 개념

주상돈·2024년 12월 26일

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클래스

C++은 객체지향 프로그래밍언어이다. 그 첫걸음으로 class에 대해 배워보겠다.

class없는 성적 관리 프로그램 코드이다.

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

//3 과목의 평균을 구하는 함수
double getAvg(int kor, int eng, int math)
{
    return (kor + eng + math ) / 3.0f;
}
//두 개의 수중 최대값을 반환하는 함수
int maxNum(int num1, int num2)
{
    if(num1 >= num2) return num1;
    else return num2;
}
//3과목중 가장 높은 점수를 반환하는 함수
int getMax(int kor, int eng, int math)
{
   return maxNum( maxNum(kor, eng), math);  
}

int main()
{
    int kor[3];
    int eng[3];
    int math[3];
    
    //점수 입력
    for(int i = 0 ; i < 3; i++)
    {
        cin >> kor[i] >> eng[i] >> math[i];
    }
    //각 학생의 평균 점수와 과목 최대 점수를 출력
    for(int i = 0 ; i < 3; i++)
    {
        cout << getAvg(kor[i], eng[i], math[i]) << endl;
        cout << getMax(kor, eng, math) << endl;
    }
    return 0; 
}

이 코드에는 어떤 문제가 있을까?
1. 과목의 개수가 늘어나면 함수의 호출 방식이 변경된다. 즉 기존의 코드는 동작x
2. 성적 관리를 하는 데이터가 모두 노출되어 있다. 사용자의 다른 코드와 혼용되어서 문제를 발생시킬 수 있음.

class의 정의

자동차를 생각해보자. 브레이크를 밟으면 차가 멈추고, 페달을 밟으면 가속이 된다는 걸 우리는 알고 있다. 우리는 운전 할 때 이것만 알면 크게 무리가 없다. 브레이크의 세부 스펙을 알필요는 없다.
class도 동일하다. 우리는 동작을 공개하고 세부 데이터는 공개하지 않는다. 그래야 변화에 유연하게 대처가 가능하기 때문이다.
class는 크게 동작과 데이터로 구성된다. 위 성적 관리 프로그램을 기준으로 동작과 데이터를 나눠보면 아래와 같다.
1 동작
•가장 큰 점수 반환/ 과목의 평균 계산
2 데이터
•각 과목의 점수

코드로 한번 학생 클래스를 정의 해보자.

class Student
{
    //동작 정의(이를 멤버함수라고 한다.)
    double getAvg();
    int getMaxNum();
    
    //데이터 정의(이를 멤버변수라고 한다.)
    int kor[3];
    int eng[3];
    int math[3];
};

Class 내부,외부 구현

멤버함수구현(클래스 내부)

#include <iostream>
#include <algorithm> //max 함수 사용
#include <string>
using namespace std;
class Student
{
    //동작 정의(이를 멤버함수라고 한다)
    double getAvg()
    {
        return (kor + eng + math ) / 3.0; 
    }
    int getMax()
    {
        return max(max(kor, eng), math); 
    }
    
    //데이터 정의(이를 멤버변수라고 한다.)
    int kor;
    int eng;
    int math;
};

멤버함수구현(클래스 외부)

#include <iostream>
#include <algorithm> //max 함수 사용
#include <string>
using namespace std;
class Student
{
    //동작 정의(이를 멤버함수라고 한다)
    double getAvg();
    int getMaxScore();
    //데이터 정의(이를 멤버변수라고 한다.)
    int kor;
    int eng;
    int math;
};
Student::getAvg()
{
    return (kor + eng + math) / 3.0;
}
Student::getMax()
{
    return max(max(kor, eng), math); 
}

접근제어

class는 사용자에게 접근을 허용여부 제어가 가능하다. 접근 제어는 크게 public,private가 있다.
아무것도 작성하지 않으면 접근 제어는 private가 된다.
private는 외부에서 접근 시 에러가 발생한다.

private에 접근 시도

#include <iostream>
#include <algorithm> //max 함수 사용
#include <string>
using namespace std;

class Student
{
    //동작 정의(이를 멤버함수라고 한다)
    double getAvg();
    int getMaxScore();
    //데이터 정의(이를 멤버변수라고 한다.)
    int kor;
    int eng;
    int math;
};

double Student::getAvg()
{
    return (kor + eng + math) / 3.0;
}

int Student::getMaxScore()
{
    return max(max(kor, eng), math);
}

int main()
{
    Student s;
    s.getAvg();
    
    return 0;
}

private멤버에 액세스할 수 없다고 뜬다. 당연하다.

public, private으로 접근제어

#include <iostream>
#include <algorithm> //max 함수 사용
#include <string>
using namespace std;

class Student
{
public:
    //동작 정의(이를 멤버함수라고 한다)
    double getAvg();
    int getMaxScore();

private:
    //데이터 정의(이를 멤버변수라고 한다.)
    int kor;
    int eng;
    int math;
};

double Student::getAvg()
{
    return (kor + eng + math) / 3.0;
}

int Student::getMaxScore()
{
    return max(max(kor, eng), math);
}

int main()
{
    Student s;
    s.getAvg();
    
    return 0;
}

오류가 나지않는다. 코드에서 오류가 발생하지 않는 이유는 Student 클래스의 getAvg()와 getMaxScore() 메서드가 클래스 내부에서 정의된 멤버 함수이기 때문이다. C++에서 private 접근 지정자는 같은 클래스 내부에서만 접근할 수 있도록 제한한다. 하지만 멤버 함수는 클래스 내부에 정의되므로 private 멤버 변수에 접근할 수 있다.

getter와 setter

그렇다면 private에 있는 변수를 제어해야 할 때는 어떤 방법을 사용할까?
이 때 사용 하는게 getter와 setter이다.
멤버변수를 바꿀 때 setter를, 값을 가져올 때 getter를 사용한다.

getter와 setter를 적용한 class

#include <iostream>
#include <algorithm> //max 함수 사용
#include <string>

using namespace std;

class Student
{
public:
    //동작 정의(이를 멤버함수라고 한다)
    double getAvg();
    int getMaxScore();

	    void setMathScore(int math)
    {
        this->math = math;
    }
    void setEngScore(int eng)
    {
        this->eng = eng;
  
    }
    void setKorScore(int kor)
    {
        this->kor = kor;
    }

    int  getMathScore() { return math; }
    int  getEngScore() { return eng; }
    int  getKorScore() { return kor; }

private:
    //데이터 정의(이를 멤버변수라고 한다.)
    int kor;
    int eng;
    int math;
};

double Student::getAvg()
{
    return (kor + eng + math) / 3.0;
}

int Student::getMaxScore()
{
    return max(max(kor, eng), math);
}

int main()
{
    Student s;

    //점수 입력(변수로 해도 되지만 간단히 
    s.setEngScore(32);
    s.setKorScore(52);
    s.setMathScore(74);

    //평균 최대점수 출력
    cout << s.getAvg() << endl;
    cout << s.getMaxScore() << endl;

    return 0;
}

생성자

생성자는 객체가 생성될 때 한번 호출 된다.
보통 필요한 멤버 변수를 초기화 하거나 객체가 동작할 준비를 하기 위해 사용한다. 생성자는 반환형이 없고, class 이름과 같은 함수 형태이다.

기본 생성자

#include <iostream>
using namespace std;

class Person {
public:
    string name;
    int age;

    // 기본 생성자
    Person() {
        name = "Unknown";
        age = 0;
    }

    void display() {
        cout << "Name: " << name << ", Age: " << age << endl;
    }
};

int main() {
    Person p; // 기본 생성자 호출
    p.display();
    return 0;
}

매개변수가 있는 생성자

#include <iostream>
using namespace std;

class Person {
public:
    string name;
    int age;

    // 매개변수가 있는 생성자
    Person(string n, int a) {
        name = n;
        age = a;
    }

    void display() {
        cout << "Name: " << name << ", Age: " << age << endl;
    }
};

int main() {
    Person p("Alice", 25); // 매개변수가 있는 생성자 호출
    p.display();
    return 0;
}

기본매개변수가 있는 생성자

#include <iostream>
using namespace std;

class Person {
public:
    string name;
    int age;

    // 기본 매개변수가 있는 생성자
    Person(string n = "DefaultName", int a = 18) {
        name = n;
        age = a;
    }

    void display() {
        cout << "Name: " << name << ", Age: " << age << endl;
    }
};

int main() {
    Person p1;              // 기본값 사용
    Person p2("Bob", 30);   // 값을 지정
    p1.display();
    p2.display();
    return 0;
}

잘못된 매개변수 전달로 에러 발생

#include <iostream>
using namespace std;

class Person {
public:
    string name;
    int age;

    // 매개변수가 있는 생성자
    Person(string n, int a) {
        name = n;
        age = a;
    }
};

int main() {
    Person p("Tom"); // 에러: 생성자에 필요한 매개변수 부족
    // 컴파일 에러: "no matching function for call to 'Person::Person(const char [4])'"
    // 매개변수 두 개를 요구하는 생성자에 하나의 매개변수만 전달하여 매칭되지 않음
    p.display();
    return 0;
}

Person의 매개변수는 string타입의 n과 int타입 a 두개인데 main()함수에서 Person p("Tom");즉 string타입의 n만 매개변수 전달로 오류가난다. 또한 Person클래스에 display메서드도 정의되어 있지않기때문에 오류가난다.

선언만 하고 정의하지 않아 에러 발생

#include <iostream>
using namespace std;

class Person {
public:
    string name;
    int age;

    // 생성자를 선언만 하고 정의하지 않음
    Person(string n, int a);
};

int main() {
    Person p("Alice", 25); // 선언된 생성자의 정의가 없으므로 컴파일 에러 발생
    cout << "Name: " << p.name << ", Age: " << p.age << endl;
    return 0;
}

기본 생성자를 잘못 호출해서 에러 발생

#include <iostream>
using namespace std;

class Person {
public:
    string name;
    int age;

    void temp() {}
    // 생성자를 선언만 하고 정의하지 않음
    Person(string n, int a) {}
};

int main() {
    Person p("a", 30);
    Person p2;

    p.temp();
    p2.temp();


    return 0;
}

이제 Student에 생성자를 적용해보자.
어차피 3과목의 점수는 무조건 있어야 한다.
하지만. 경우에 따라서는 3과목 점수를 모두 입력하고 싶지 않을 때가 있다. 생성자는 객체가 생성되는 순간 한번 호출됨.

#include <iostream>
#include <algorithm> //max 함수 사용
#include <string>

using namespace std;

class Student
{
public:
    //값이 주어지지 않을경우 기본값을 할당하는 생성자
    Student(int math = 32, int eng = 17, int kor = 52)
    {
        this->math = math;
        this->eng = eng;
        this->kor = kor;
    }
    double getAvg();
    int getMaxScore();

    //동작 정의(이를 멤버함수라고 합니다)
    void setMathScore(int math)
    {
        math = math;
        //this.math = math;와 동일
    }
    void setEngScore(int eng)
    {
        eng = eng;
        //this.eng = eng;와 동일
    }
    void setKorScore(int math)
    {
        math = math;
        //this.math = math;와 동일
    }

    int  getMathScore() { return math; }
    int  getEngScore() { return eng; }
    int  getKorScore() { return kor; }

private:
    //데이터 정의(이를 멤버변수라고 합니다.)
    int kor;
    int eng;
    int math;
};

double Student::getAvg()
{
    return (kor + eng + math) / 3.0;
}

int Student::getMaxScore()
{
    return max(max(kor, eng), math);
}


int main()
{
    Student s;
    //아래와 같이 사용할 수도 있음
    //Student s(1);
    //Student s(1, 2);
    //Student s(32, 52, 74);

    //평균 최대점수 출력
    cout << s.getAvg() << endl;
    cout << s.getMaxScore() << endl;

    return 0;
}

코드 파일 나누기

지금까지 Student class를 구현해봤다 지금까지 모든 class를 하나의 파일에 구현했는데 말씀드렸다시피 내부구현은 사용자가 알필요 없기 때문에 include해서 사용할 수 있는 방식으로 구현해서 제공 한다.
글도 마찬가지다. 소설을 쓰는데 한문장으로 200페이지를 쓰는 경우는 없다. 코드도 한 파일에만 작성하지 않고 파일을 나눠서 작성한다.
헤더 파일과 소스 파일로 크게 나뉠 수 있으며 보통 헤더 파일에 선언을 하고, 소스 파일엔 구현을 한다. 이전에 구현했던 Student클래스를 기준으로 알아보겠다. 최종적으로 파일의 구조는 아래 처럼 될 것이다.

헤더 파일에 Class 정의

#ifndef STUDENT_H_
#define STUDENT_H_
class Student
{
public:
    //값이 주어지지 않을경우 기본값을 할당하는 생성자
    Student(int math = 32, int eng = 17, int kor = 52)
    {
        this->math = math;
        this->eng = eng;
        this->kor = kor;
    }
    double getAvg();
    int getMaxScore();

    //동작 정의(이를 멤버함수라고 합니다)
    void setMathScore(int math)
    {
       this->math = math;
    }
    void setEngScore(int eng)
    {
        this->eng = eng;
    }
    void setKorScore(int math)
    {
      this->math = math;
    }

    int  getMathScore() { return math; }
    int  getEngScore() { return eng; }
    int  getKorScore() { return kor; }

private:
    //데이터 정의(이를 멤버변수라고 합니다.)
    int kor;
    int eng;
    int math;
};
#endif

class를 헤더 파일에 정의할 때 가장 중요한 것은 class가 중복 선언되지 않게 하는 것 이다. 내가 만든 헤더 파일을 여러 파일에서 사용 하다 보면 class가 여러번 정의 될 수 있다. 이를 방지 하기 위해서 #ifndef 구문을 활용 한다.

#ifndef STUDENTH의 의미는 STUDENTH가 정의 되어 있지 않은 경우에만 아래 코드를 수행하라는 의미이다.
#Define STUDENTH는 STUDENTH를 정의한다. #ifndef일 때만 #define이 수행되므로 단 한번만 수행 될 수 있다.
ifnedf가 끝났다는 것을 알려주기 위해 #endif를 작성 한다.
최종적으로 Student Class는 중복 정의 될 수 없게 된다.

Student class를 헤더파일에 정의(Student.cpp)

#include "Student.h"
#include <algorithm> // max 함수

using namespace std;

double Student::getAvg()
{
    return (kor + eng + math) / 3.0;
}

int Student::getMaxScore()
{
    return max(max(kor, eng), math);
}

소스 파일에서 정의한 멤버함수중 아직 구현되지 않은 부분을 구현하면 된다. 이 때 당연히 구현한 헤더파일을 include 해줘야 한다.
1. 정의된 class가 포함된 Student.h를 include한다.
본인이 만든 헤더 파일을 double quote로(큰 따옴표) C++에서 제공하는 헤더 파일은 <>로 포함한다.
2. 멤버 함수를 정의할때는 클래스 이름::멤버함수와 같이 하고 정의 하면 된다.

Student class를 헤더파일에 정의(main.cpp)

이제 class의 정의와 구현이 끝났으므로 실제 main함수에서 사용해보자.
정의된 class가 포함된 Student.h를 include한다.

#include <iostream>
#include "Student.h"

using namespace std;

int main()
{
    Student s;
    Student s2(1);
    Student s3(1,2);
    Student s4(32,52,74);

    //평균 최대점수 출력
    cout << s.getAvg() << endl;
    cout << s.getMaxScore() << endl;

    return 0;
}

지금까지 배운 내용으로 두 문제정도 풀어볼려고한다.

배터리 관리 클래스 만들기

C++로 간단한 배터리 관리 클래스를 만들어보자.
• 기능
-배터리 잔량(0~100)을 관리한다.
-배터리 사용 및 충전을 할 수 있어야 한다.
-초기 배터리는 0이다.
• 구현할 메서드
-배터리 잔량을 반환하는 메서드
-배터리를 사용하는 메서드(한번 호출될때마다 배터리 잔량 5씩 감소)
-배터리를 충전하는 메서드(한번 호출될때마다 배터리 잔량은 7씩 충전)
• 초기 상태
배터리 잔량의 기본값은 100이다. 해당 값은 생성자에서 설정할 수 있어야 한다.
아래는 완성된 모습

[배터리 관리 클래스 시나리오]
1. 프로그램 시작 시, 초기 배터리 잔량은 100%로 설정됩니다.
2. 배터리를 두 번 사용하여 각 사용 시 5%씩 잔량이 감소합니다.

첫 번째 사용 후 잔량: 95%

두 번째 사용 후 잔량: 90%

배터리를 한 번 충전하여 7% 잔량이 증가합니다.

충전 후 잔량: 97%

다시 배터리를 한 번 사용하여 잔량이 5% 감소합니다.

사용 후 잔량: 92%

각 단계에서 배터리 잔량의 변화가 출력됩니다.

위 시나리오대로 실행했을 때 출력 값은 아래와 같습니다.

Initial charge: 100%
Battery used. Current charge: 95%
Battery used. Current charge: 90%
Battery charged. Current charge: 97%
Battery used. Current charge: 92

Battery.h

#ifndef BATTERY_H_
#define BATTERY_H_

class Battery
{
private:
	int charge; // 배터리 잔량
public:
	// 초기화 리스트를 사용한 생성자: 기본값은 100으로 설정 
	Battery(int initialCharge = 100): charge(initialCharge) {
		if (charge < 0) {
			charge = 0;
		}
		else if (charge > 100) {
			charge = 100;
		}
	}
	// 배터리 사용
	void useBattery();
	// 배터리 충전
	void chargeBettery();
	//배터리 잔량 반환
	int getCharge() const{
		return charge;
	}

};
#endif

Battery.cpp

#include "Battery.h"
#include <iostream>

using namespace std;

void Battery::useBattery() {
	if (charge >= 5) { // 배터리가 5퍼이상이면 5를뺌
		charge -= 5;
	}
	else {		// 5미만이면 0
		charge = 0;
	}
	cout << "Battery used. Current charge: " << charge << "%" << endl;		// 문구 출력
}
void Battery::chargeBettery() {
	if (charge <= 93) {	// 배터리가 93퍼 이하면 7을 더함
		charge += 7;
	}
	else {
		charge = 100;	// 배터리가 93퍼 미만이면 100%
	}
	cout << "Battery charged. Current charge: " << charge << "%" << endl;			// 문구 출력
}

main.cpp

#include <iostream>
#include "Battery.h"

using namespace std;

int main()
{
    Battery battery;

    cout << "Initial charge: " << battery.getCharge() << endl;
    battery.useBattery();
    battery.useBattery();
    battery.chargeBettery();
    battery.useBattery();

    return 0;
}

배터리 헤더파일을 확인하면 생성자를 좀 다르게 선언한다 이게 무엇이냐 하면 초기화 리스트를 사용한 생성자이다.
초기화리스트 초기화 리스트에 관한 내용이다.

실행 결과

두 분수의 곱셈을 할 수 있는 클래스 만들기

C++로 간단하게 두 분수의 곱셈을 하는 클래스를 만들어 보자.
• - Fraction 클래스를 만들어 분수를 표현 하세요
- 분자는 numerator, 분모는 denominator로 관리 합니다.
- 두 분수의 곱의 결과는 기약분수로 출력 합니다.
• 구현할 메서드
- 기본 생성자를 만드세요(numerator = 0 / denominator = 1 )
- 분자의 분모의 수를 입력받는 생성자를 구현하세요
- 배터리 잔량을 반환하는 메서드
- 현재 분수를 출력하는 함수 display를 를 구현하세요
- 기약분수 형태로 만드는 함수 simplify를 구현하세요 이 때 최대공약수를 구하는 함수가 필요할 수 있는데 아래를 참조하세요
아래는 완성된 모습이다.

입력 시나리오:

입력은 사용자로부터 직접 받지 않으며, 프로그램에 하드코딩된 값으로 실행됩니다.

Fraction f1(1, 2): 첫 번째 분수는 1/2로 설정됩니다.

Fraction f2(3, 4): 두 번째 분수는 3/4로 설정됩니다.
출력:
곱한 결과: 3/8

Fraction.h

#ifndef FRACTION_H_
#define FRACTION_H_

// Fraction클래스 정의
class Fraction
{
private:
	int numerator;		// 분자
	int denominator;	// 분모
	int gcd(int a, int b);							// gcd 함수는 Fraction 클래스 내부에서만 사용되므로 private으로 설정
public:
	Fraction() : numerator(0), denominator(1) {}	// 기본 생성자, 분자를0, 분모를1로 초기화.(0/1은 0을 나타냄)
	Fraction(int num, int denom);					// 매개변수가 있는 생성자 사용자로부터 분자와 분모를 입력받아 초기화한다.
	void display();									// 현재 분수를 보여주는 함수
	void simplify();								// 기약분수로 변환하는 함수
	Fraction multiply(const Fraction& other) const;	// 두 분수를 곱하는 함수
};

#endif

Fraction.cpp

#include "Fraction.h"
#include <iostream>

using namespace std;

Fraction::Fraction(int num, int denom)
	: numerator(num), denominator(denom) {
	if (denom == 0) {
		throw std::invalid_argument("Denominator cannot be zero.");
	}
}

int Fraction::gcd(int a, int b) {		//최대 공약수를 계산하는 유클리드 호제법 구현
	while (b != 0) {
		int temp = b;
		b = a % b;
		a = temp;
	}
	return a;	// b가0이 되었을때 최대공약수
}
void Fraction::simplify(){
	int gcd = Fraction::gcd(numerator, denominator);	// 분자와 분모의 최대공약수 계산
	numerator /= gcd;		// 분자를 최대공약수로 나눔
	denominator /= gcd;		// 분모를 최대공약수로 나눔
}

void Fraction::display() {
	cout << numerator << "/" << denominator << endl;
}

Fraction Fraction::multiply(const Fraction& other) const{
	// 새로운 분자
	int newNumerator = numerator * other.numerator;
	// 새로운 분모
	int newDenominator = denominator * other.denominator;
	// 새로운 분수
	Fraction newFraction = Fraction(newNumerator, newDenominator);
	// 새로운 분수를 기약분수로 만듦
	newFraction.simplify();
	return newFraction;
}

main.cpp

#include <iostream>
#include "Fraction.h"

using namespace std;

int main()
{
    // 두 분수 생성
    Fraction f1(1, 2); // 첫 번째 분수: 1/2
    Fraction f2(3, 4); // 두 번째 분수: 3/4

    // 두 분수를 곱하기
    Fraction product = f1.multiply(f2); // f1 * f2

    // 결과 출력
    cout << "곱한 결과: ";
    product.display(); // 결과 분수 출력
    cout << endl;

    return 0;

}

실행 결과

정리

오늘은 클래스에대해 공부해보았다. 헤더파일 소스파일 메인소스파일 이렇게 구현하는게 습관이 안되어있다보니 조금 애를 먹은 것 같다. 그냥 메인소스파일에다가 전부 다 구현하던 습관이있어서.. 하지만 좋은 개발자가 되기위해서는 이렇게 나누어서 구현하는게 좋으니 계속 연습해서 익숙해지는게 목표이다.

주상돈

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C++ 프로그래밍 기초(2)

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Class 개념

TIL

클래스

class의 정의

Class 내부,외부 구현

멤버함수구현(클래스 내부)

멤버함수구현(클래스 외부)

접근제어

private에 접근 시도

public, private으로 접근제어

getter와 setter

getter와 setter를 적용한 class

생성자

기본 생성자

매개변수가 있는 생성자

기본매개변수가 있는 생성자

잘못된 매개변수 전달로 에러 발생

선언만 하고 정의하지 않아 에러 발생

기본 생성자를 잘못 호출해서 에러 발생

코드 파일 나누기

헤더 파일에 Class 정의

Student class를 헤더파일에 정의(Student.cpp)

Student class를 헤더파일에 정의(main.cpp)

배터리 관리 클래스 만들기

Battery.h

Battery.cpp

main.cpp

실행 결과

두 분수의 곱셈을 할 수 있는 클래스 만들기

Fraction.h

Fraction.cpp

main.cpp

실행 결과

정리

C++ 프로그래밍 기초(2)

객체지향 프로그래밍

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