모두의 코드
씹어먹는 C++ - <4 - 4. 스타크래프트를 만들자 ② (const, static)>
이번 강좌에서는
생성자 초기화 리스트(initializer list)
클래스의
const, static변수레퍼런스 타입을 리턴하는 함수
this포인터const멤버 함수
등에 대해 배웁니다.
안녕하세요 여러분. 무려 5 개월 만의 컴백 입니다! 최근 들어서 그동안 바뻣던 일이 잘 풀려서 여러 강좌들을 폭풍 업로드 하려 합니다. 아무쪼록 2013년 안으로 저의 씹어먹는 C++ 강좌가 완결될 수 있도록 노력하겠습니다 :) 그 동안 기다려 주셔서 정말로 감사합니다~ . 아무쪼록 2013년 안으로 저의 씹어먹는 C++ 강좌가 완결될 수 있도록 노력하겠습니다 :) 그 동안 기다려 주셔서 정말로 감사합니다!
이번 강좌에서는 지난 강좌에서 만들었던 Marine 클래스를 변형하는것 부터 시작하도록 하겠습니다.
생성자의 초기화 리스트(initializer list)
#include <iostream> class Marine { int hp; // 마린 체력 int coord_x, coord_y; // 마린 위치 int damage; // 공격력 bool is_dead; public: Marine(); // 기본 생성자 Marine(int x, int y); // x, y 좌표에 마린 생성 int attack(); // 데미지를 리턴한다. void be_attacked(int damage_earn); // 입는 데미지 void move(int x, int y); // 새로운 위치 void show_status(); // 상태를 보여준다. }; Marine::Marine() : hp(50), coord_x(0), coord_y(0), damage(5), is_dead(false) {} Marine::Marine(int x, int y) : coord_x(x), coord_y(y), hp(50), damage(5), is_dead(false) {} void Marine::move(int x, int y) { coord_x = x; coord_y = y; } int Marine::attack() { return damage; } void Marine::be_attacked(int damage_earn) { hp -= damage_earn; if (hp <= 0) is_dead = true; } void Marine::show_status() { std::cout << " *** Marine *** " << std::endl; std::cout << " Location : ( " << coord_x << " , " << coord_y << " ) " << std::endl; std::cout << " HP : " << hp << std::endl; } int main() { Marine marine1(2, 3); Marine marine2(3, 5); marine1.show_status(); marine2.show_status(); }
성공적으로 컴파일 하였다면
실행 결과
*** Marine *** Location : ( 2 , 3 ) HP : 50 *** Marine *** Location : ( 3 , 5 ) HP : 50
와 같이 됩니다.
예전에 만들었던 Marine 클래스와 달라진 것은 딱 하나인데, 바로 생성자에서 무언가 특이한 것을 도입했다는 것입니다. 한 번 살펴보도록 할까요.
Marine::Marine() : hp(50), coord_x(0), coord_y(0), damage(5), is_dead(false) {}
놀랍게도 함수 본체에는 아무것도 없습니다. 오직, 위에 추가된 이상한 것들이 기존의 생성자가 했던 일과 동일한 작업을 하고 있을 뿐입니다. 기존의 생성자는
Marine::Marine() { hp = 50; coord_x = coord_y = 0; damage = 5; is_dead = false; }
게 생겼는데, 그 내부에서 하던 멤버 변수들의 초기화 작업들을 새롭게 추가한 것들이 대신해서 하고 있을 뿐입니다.
위와 같이 생성자 이름 뒤에
: hp(50), coord_x(0), coord_y(0), damage(5), is_dead(false) {}
로 오는 것을 초기화 리스트 (initializer list) 라고 부르며, 생성자 호출과 동시에 멤버 변수들을 초기화해주게 됩니다.
Marine::Marine(int x, int y) : coord_x(x), coord_y(y), hp(50), damage(5), is_dead(false) {}
위에서 coord_x 는 x 로 초기화 되고, is_dead 는 false 로 초기화 되게 됩니다.
멤버 초기화 리스트의 일반적인 꼴은 아래와 같습니다.
(생성자 이름) : var1(arg1), var2(arg2) {}
여기서 var 들은 클래스의 멤버 변수들을 지칭하고, arg 는 그 멤버 변수들을 무엇으로 초기화 할 지 지칭하는 역할을 합니다. 한 가지 흥미로운 점은 var1 과 arg1 의 이름이 같아도 되는데, 실제로 아래의 예제는
Marine::Marine(int coord_x, int coord_y) : coord_x(coord_x), coord_y(coord_y), hp(50), damage(5), is_dead(false) {}
정상적으로 작동합니다. 왜냐하면 coord_x ( coord_x ) 에서 바깥쪽의 coord_x 는 무조건 멤버 변수를 지칭하게 되는데, 이 경우 coord_x 를 지칭하는 것이고, 괄호 안의 coord_x 는 원칙상 Marine 이 인자로 받은 coord_x 를 우선적으로 지칭하는 것이기 때문입니다.
따라서 실제로, 인자로 받은 coord_x 가 클래스의 멤버 변수 coord_x 를 초기화 하게 됩니다. 아래는 당연한 얘기 겠지만
Marine::Marine(int coord_x, int coord_y) { coord_x = coord_x; coord_y = coord_y; hp = 50; damage = 5; is_dead = false; }
컴파일러가 두 coord_x 모두 인자로 받은 coord_x 로 구분해서 오류가 나겠지요.
그렇다면, 왜 도대체 초기화 리스트를 사용해야 되냐고 물을 수 있습니다. 왜냐하면
Marine::Marine() { hp = 50; coord_x = coord_y = 0; damage = 5; is_dead = false; }
나
Marine::Marine() : hp(50), coord_x(0), coord_y(0), damage(5), is_dead(false) {}
는 하는 일이 똑같아 보이기 때문이죠. 하지만 실제로 약간의 차이가 있습니다. 왜냐하면, 초기화 리스트를 사용한 버전의 경우 생성과 초기화를 동시에 하게 됩니다.
반면에 초기화 리스트를 사용하지 않는다면 생성을 먼저 하고 그 다음에 대입 을 수행하게 됩니다. 쉽게 말하면 초기화 리스트를 사용하는 것은
int a = 10;
이라 하는 것과 같고, 그냥 예전 버전의 생성자를 사용하는 것은
int a; a = 10;
이라 하는 것과 동일하다는 것입니다. 만약에 int 가 대신에 클래스 였다면, 전자의 경우 복사 생성자 가 호출되는데, 후자의 경우 디폴트 생성자가 호출된 뒤 대입이 수행된다는 이야기 이겠지요.
딱 보아도 후자가 조금 더 하는 작업이 많게 됩니다. 따라서 초기화 리스트를 사용하는 것이조금 더 효율적인 작업이라는 사실을 알 수 있지요. 그 뿐만 아니라, 우리 경험상 반드시 '생성과 동시에 초기화 되어야 하는 것들' 이 몇 가지 있었습니다. 대표적으로 레퍼런스와 상수가 있지요.
앞서 배운 바에 따르면 상수와 레퍼런스들은 모두 생성과 동시에 초기화가 되어야 합니다.
모두 컴파일 오류가 나겠지요. 따라서 만약에 클래스 내부에 레퍼런스 변수나 상수를 넣고 싶다면 이들을 생성자에서 무조건 초기화 리스트를 사용해서 초기화 시켜주어야만 합니다.
#include <iostream> class Marine { int hp; // 마린 체력 int coord_x, coord_y; // 마린 위치 bool is_dead; const int default_damage; // 기본 공격력 public: Marine(); // 기본 생성자 Marine(int x, int y); // x, y 좌표에 마린 생성 int attack(); // 데미지를 리턴한다. void be_attacked(int damage_earn); // 입는 데미지 void move(int x, int y); // 새로운 위치 void show_status(); // 상태를 보여준다. }; Marine::Marine() : hp(50), coord_x(0), coord_y(0), default_damage(5), is_dead(false) {} Marine::Marine(int x, int y) : coord_x(x), coord_y(y), hp(50), default_damage(5), is_dead(false) {} void Marine::move(int x, int y) { coord_x = x; coord_y = y; } int Marine::attack() { return default_damage; } void Marine::be_attacked(int damage_earn) { hp -= damage_earn; if (hp <= 0) is_dead = true; } void Marine::show_status() { std::cout << " *** Marine *** " << std::endl; std::cout << " Location : ( " << coord_x << " , " << coord_y << " ) " << std::endl; std::cout << " HP : " << hp << std::endl; } int main() { Marine marine1(2, 3); Marine marine2(3, 5); marine1.show_status(); marine2.show_status(); std::cout << std::endl << "마린 1 이 마린 2 를 공격! " << std::endl; marine2.be_attacked(marine1.attack()); marine1.show_status(); marine2.show_status(); }
성공적으로 컴파일 하였다면
실행 결과
*** Marine *** Location : ( 2 , 3 ) HP : 50 *** Marine *** Location : ( 3 , 5 ) HP : 50 마린 1 이 마린 2 를 공격! *** Marine *** Location : ( 2 , 3 ) HP : 50 *** Marine *** Location : ( 3 , 5 ) HP : 45
이 됩니다.
위 마린 클래스는 프로그래머들의 실수로 마린의 공격력이 이상하게 변하는 것을 막기 위해서 기본 공격력이라는 상수 멤버를 도입해서, 딱 고정 시켜 버리고 마음 편하게 프로그래밍 할 수 있도록 하였습니다. 따라서 이를 위해 생성자에서 초기화 리스트를 도입해서
Marine::Marine() : hp(50), coord_x(0), coord_y(0), default_damage(5), is_dead(false) {}
와 같이, default_damage 를 생성과 동시에 초기화 할 수 있도록 하였습니다. 따라서 우리는 상수인 default_damage 를 5 로 초기화 할 수 있고, 이 값은 영원히 바뀌지 않게 됩니다.
Marine marine1(2, 3); Marine marine2(3, 5); marine1.show_status(); marine2.show_status();
위와 같이 Marine 의 객체들 (marine1, marine2) 를 생성하면서 생성자 오버로딩에 따라 Marine(int x, int y) 가 호출되는데, 이를 통해 각각 (2,3) 과 (3,5) 에 위치해 있는 마린 객체들을 만들 수 있게 되었습니다. 그리고, show_status 를 호출해 보면 이들이 제대로 정의 되어 있다는 사실을 알 수 있습니다.
std::cout << std::endl << "마린 1 이 마린 2 를 공격! " << std::endl; marine2.be_attacked(marine1.attack());
마찬가지로 Marine 객체들이 서로 공격하는 과정도 잘 실행되고 있음을 알 수 있습니다.
위와 같이 중요한 값들을 상수로 처리하는 것은 매우 유용한 일입니다. 다른 프로그래머가 이 클래스를 사용하면서 실수로 marine 의 default_damage 를 변경하는 명령을 집어 넣더라고 컴파일 오류가 발생하기 때문에 프로그램을 실행해서 지루한 디버깅 과정을 거쳐서 알아 내는 것 보다 훨씬 효율적으로 오류를 발견할 수 있겠지요.
#include <iostream> class Marine { int hp; // 마린 체력 int coord_x, coord_y; // 마린 위치 bool is_dead; const int default_damage; // 기본 공격력 public: Marine(); // 기본 생성자 Marine(int x, int y); // x, y 좌표에 마린 생성 Marine(int x, int y, int default_damage); int attack(); // 데미지를 리턴한다. void be_attacked(int damage_earn); // 입는 데미지 void move(int x, int y); // 새로운 위치 void show_status(); // 상태를 보여준다. }; Marine::Marine() : hp(50), coord_x(0), coord_y(0), default_damage(5), is_dead(false) {} Marine::Marine(int x, int y) : coord_x(x), coord_y(y), hp(50), default_damage(5), is_dead(false) {} Marine::Marine(int x, int y, int default_damage) : coord_x(x), coord_y(y), hp(50), default_damage(default_damage), is_dead(false) {} void Marine::move(int x, int y) { coord_x = x; coord_y = y; } int Marine::attack() { return default_damage; } void Marine::be_attacked(int damage_earn) { hp -= damage_earn; if (hp <= 0) is_dead = true; } void Marine::show_status() { std::cout << " *** Marine *** " << std::endl; std::cout << " Location : ( " << coord_x << " , " << coord_y << " ) " << std::endl; std::cout << " HP : " << hp << std::endl; } int main() { Marine marine1(2, 3, 10); Marine marine2(3, 5, 10); marine1.show_status(); marine2.show_status(); std::cout << std::endl << "마린 1 이 마린 2 를 공격! " << std::endl; marine2.be_attacked(marine1.attack()); marine1.show_status(); marine2.show_status(); }
성공적으로 컴파일 하였다면
실행 결과
*** Marine *** Location : ( 2 , 3 ) HP : 50 *** Marine *** Location : ( 3 , 5 ) HP : 50 마린 1 이 마린 2 를 공격! *** Marine *** Location : ( 2 , 3 ) HP : 50 *** Marine *** Location : ( 3 , 5 ) HP : 40
이 예제에서는 생성자 하나를 새로 더 추가하였는데 한 번 살펴보도록 합시다.
Marine::Marine(int x, int y, int default_damage) : coord_x(x), coord_y(y), hp(50), default_damage(default_damage), is_dead(false) {}
이전에는 default_damage 에 초기화 리스트로 5 를 전달하였는데, 이 생성자의 경우 어떤 값을 전달할 지 인자로 받은 다음에 그 내용을 상수에 넣어주었습니다. 마찬가지로 이는
const int default_damage = (인자로 받은 default_damage);
를 실행한 것과 마찬가지 이기 때문에 잘 작동됨을 알 수 있습니다. 그리고, 실제로 5 가 아닌 10 의 HP 가 깎였음을 show_status 를 통해 확인 할 수 있습니다.
생성된 총 `Marine` 수 세기 (static 변수)
자, 이번에는 여태까지 만들어지는 총 Marine 의 수를 알아내기 위해 코드를 짠다고 생각해봅시다. 이를 위해서는 많은 방법이 있겠지만 가장 단순한 두 방식을 생각해본다면
어떠한 배열에
Marine을 보관해 놓고, 생성된 마린의 개수를 모두 센다.어떤 변수를 만들어서
Marine의 생성시에 1 을 추가하고, 소멸시에 1 을 뺀다.
을 생각할 수 있을 것입니다. 첫 번째 방법의 경우, (물론 vector 라는 자료형을 이용하면 쉽게 할 수 있겠지만 나중에 이야기 하도록 합시다.) 따로 크기가 자유자재로 변할 수 있는 배열을 따로 만들어야 하는 문제점이 있고, 두 번째의 같은 경우 만일 어떠한 함수 내에서 이런 변수를 정의하였다면 다른 함수에서도 그 값을 이용하기 위해 인자로 계속 전달해야 하는 귀찮음이 있습니다.
물론 전역 변수로 만들면 되지 않겠냐고 물을 수 도 있겠지만, 전역 변수의 경우 프로젝트의 크기가 커질 수 록 프로그래머의 실수로 인해 서로 겹쳐서 오류가 날 가능성이 다분하기에 반드시 필요한 경우가 아니면 사용을 하지 않습니다. (실제로 꼭 필요한 경우가 아니면 전역변수는 사용하지 맙시다)
하지만 C++ 에서는 위와 같은 문제를 간단하게 해결 할 수 있는 기능을 제공하고 있습니다. 마치 전역 변수 같지만 클래스 하나에만 종속되는 변수인 것인데요, 바로 static 멤버 변수입니다.
예전에 C 언어에서 어떠한 함수의 static 변수 (여기 참조) 가 지역 변수들 처럼 함수가 종료될 때 소멸되는 것이 아니라 프로그램이 종료될 때 소멸되는 것 처럼, 어떤 클래스의 static 멤버 변수의 경우, 멤버 변수들 처럼, 객체가 소멸될 때 소멸되는 것이 아닌, 프로그램이 종료될 때 소멸되는 것입니다.
또한, 이 static 멤버 변수의 경우, 클래스의 모든 객체들이 '공유' 하는 변수로써 각 객체 별로 따로 존재하는 멤버 변수들과는 달리 모든 객체들이 '하나의' static 멤버 변수를 사용하게 됩니다. 그럼 바로 아래의 예제를 살펴 보도록 합시다.
// static 멤버 변수의 사용 #include <iostream> class Marine { static int total_marine_num; int hp; // 마린 체력 int coord_x, coord_y; // 마린 위치 bool is_dead; const int default_damage; // 기본 공격력 public: Marine(); // 기본 생성자 Marine(int x, int y); // x, y 좌표에 마린 생성 Marine(int x, int y, int default_damage); int attack(); // 데미지를 리턴한다. void be_attacked(int damage_earn); // 입는 데미지 void move(int x, int y); // 새로운 위치 void show_status(); // 상태를 보여준다. ~Marine() { total_marine_num--; } }; int Marine::total_marine_num = 0; Marine::Marine() : hp(50), coord_x(0), coord_y(0), default_damage(5), is_dead(false) { total_marine_num++; } Marine::Marine(int x, int y) : coord_x(x), coord_y(y), hp(50), default_damage(5), is_dead(false) { total_marine_num++; } Marine::Marine(int x, int y, int default_damage) : coord_x(x), coord_y(y), hp(50), default_damage(default_damage), is_dead(false) { total_marine_num++; } void Marine::move(int x, int y) { coord_x = x; coord_y = y; } int Marine::attack() { return default_damage; } void Marine::be_attacked(int damage_earn) { hp -= damage_earn; if (hp <= 0) is_dead = true; } void Marine::show_status() { std::cout << " *** Marine *** " << std::endl; std::cout << " Location : ( " << coord_x << " , " << coord_y << " ) " << std::endl; std::cout << " HP : " << hp << std::endl; std::cout << " 현재 총 마린 수 : " << total_marine_num << std::endl; } void create_marine() { Marine marine3(10, 10, 4); marine3.show_status(); } int main() { Marine marine1(2, 3, 5); marine1.show_status(); Marine marine2(3, 5, 10); marine2.show_status(); create_marine(); std::cout << std::endl << "마린 1 이 마린 2 를 공격! " << std::endl; marine2.be_attacked(marine1.attack()); marine1.show_status(); marine2.show_status(); }
성공적으로 컴파일 하였다면
실행 결과
*** Marine *** Location : ( 2 , 3 ) HP : 50 현재 총 마린 수 : 1 *** Marine *** Location : ( 3 , 5 ) HP : 50 현재 총 마린 수 : 2 *** Marine *** Location : ( 10 , 10 ) HP : 50 현재 총 마린 수 : 3 마린 1 이 마린 2 를 공격! *** Marine *** Location : ( 2 , 3 ) HP : 50 현재 총 마린 수 : 2 *** Marine *** Location : ( 3 , 5 ) HP : 45 현재 총 마린 수 : 2
와 같이 나오게 됩니다.
static int total_marine_num;
먼저 위와 같이 클래스 static 변수를 정의하였습니다. 모든 전역 및 static 변수들은 정의와 동시에 값이 자동으로 0 으로 초기화 되기 때문에 이 경우 우리가 굳이 따로 초기화 하지 않아도 되지만 클래스 static 변수들의 경우 아래와 같은 방법으로 초기화 합니다.
int Marine::total_marine_num = 0;
간혹 어떤 사람들의 경우 클래스 내부에서
class Marine { static int total_marine_num = 0;
와 같이 초기화 해도 되지 않냐고 묻는 경우가 있는데, 멤버 변수들을 위와 같이 초기화 시키지 못하는 것처럼 static 변수 역시 클래스 내부에서 위와 같이 초기화 하는 것은 불가능 합니다. 위와 같은 꼴이 되는유일한 경우는 const static 변수일 때만 가능한데, 실제로
class Marine { const static int x = 0;
으로 쓸 수 있습니다.
그럼 실제로 total_marine_sum 이 잘 작동하고 있는지 살펴보도록 합시다. 클래스의 편한 점이 생성자와 소멸자를 제공한다는 점인데, 덕분에 Marine 이 생성될 때, 그리고 소멸될 때 굳이 따로 처리하지 않고도, 생성자와 소멸자 안에 total_marine_num 을 조작하는 문장을 넣어주면 편하게 처리할 수 있습니다. 그 결과
Marine::Marine() : hp(50), coord_x(0), coord_y(0), default_damage(5), is_dead(false) { total_marine_num++; } Marine::Marine(int x, int y) : coord_x(x), coord_y(y), hp(50), default_damage(5), is_dead(false) { total_marine_num++; } Marine::Marine(int x, int y, int default_damage) : coord_x(x), coord_y(y), hp(50), default_damage(default_damage), is_dead(false) { total_marine_num++; }
로 각 생성자 호출 시에 total_marine_num 을 1 씩 증가시키는 문장을 넣었고,
~Marine() { total_marine_num--; }
소멸 될때는 1 감소시키는 문장을 넣었습니다.
Marine marine1(2, 3, 5); marine1.show_status(); Marine marine2(3, 5, 10); marine2.show_status();
따라서 위를 실행하면 실제로 총 Marine 의 수가 1, 2 늘어나는 것을 확인할 수 있고, 그 다음에 create_marine 을 실행하였을 때
void create_marine() { Marine marine3(10, 10, 4); marine3.show_status(); }
역시 marine3 을 생성함으로써 총 marine 의 수가 3 이 됨을 확인할 수 있는데, marine3 은 create_marine 의 지역 객체이기 때문에 create_marine 이 종료될 때 소멸되게 됩니다. 따라서 다시 main 함수로 돌아와서
std::cout << std::endl << "마린 1 이 마린 2 를 공격! " << std::endl; marine2.be_attacked(marine1.attack()); marine1.show_status();
에서 총 마린수를 표시할 때 2 명으로 나오게 됩니다.
그런데 클래스 안에 static 변수 만 만들 수 있는 것이 아닙니다. 놀랍게도 클래스 안에는 static 함수도 정의할 수 있는데, static 변수가 어떠한 객체에 종속되는 것이 아니라, 그냥 클래스 자체에 딱 1 개 존재하는 것인 것 처럼, static 함수 역시 어떤 특정 객체에 종속되는 것이 아니라 클래스 전체에 딱 1 개 존재하는 함수입니다.
즉, static 이 아닌 멤버 함수들의 경우 객체를 만들어야지만 각 멤버 함수들을 호출할 수 있지만 static 함수의 경우, 객체가 없어도 그냥 클래스 자체에서 호출할 수 있게 됩니다. 그럼, 아래 예제를 살펴볼까요.
// static 함수 #include <iostream> class Marine { static int total_marine_num; const static int i = 0; int hp; // 마린 체력 int coord_x, coord_y; // 마린 위치 bool is_dead; const int default_damage; // 기본 공격력 public: Marine(); // 기본 생성자 Marine(int x, int y); // x, y 좌표에 마린 생성 Marine(int x, int y, int default_damage); int attack(); // 데미지를 리턴한다. void be_attacked(int damage_earn); // 입는 데미지 void move(int x, int y); // 새로운 위치 void show_status(); // 상태를 보여준다. static void show_total_marine(); ~Marine() { total_marine_num--; } }; int Marine::total_marine_num = 0; void Marine::show_total_marine() { std::cout << "전체 마린 수 : " << total_marine_num << std::endl; } Marine::Marine() : hp(50), coord_x(0), coord_y(0), default_damage(5), is_dead(false) { total_marine_num++; } Marine::Marine(int x, int y) : coord_x(x), coord_y(y), hp(50), default_damage(5), is_dead(false) { total_marine_num++; } Marine::Marine(int x, int y, int default_damage) : coord_x(x), coord_y(y), hp(50), default_damage(default_damage), is_dead(false) { total_marine_num++; } void Marine::move(int x, int y) { coord_x = x; coord_y = y; } int Marine::attack() { return default_damage; } void Marine::be_attacked(int damage_earn) { hp -= damage_earn; if (hp <= 0) is_dead = true; } void Marine::show_status() { std::cout << " *** Marine *** " << std::endl; std::cout << " Location : ( " << coord_x << " , " << coord_y << " ) " << std::endl; std::cout << " HP : " << hp << std::endl; std::cout << " 현재 총 마린 수 : " << total_marine_num << std::endl; } void create_marine() { Marine marine3(10, 10, 4); Marine::show_total_marine(); } int main() { Marine marine1(2, 3, 5); Marine::show_total_marine(); Marine marine2(3, 5, 10); Marine::show_total_marine(); create_marine(); std::cout << std::endl << "마린 1 이 마린 2 를 공격! " << std::endl; marine2.be_attacked(marine1.attack()); marine1.show_status(); marine2.show_status(); }
성공적으로 컴파일 하였다면
실행 결과
전체 마린 수 : 1 전체 마린 수 : 2 전체 마린 수 : 3 마린 1 이 마린 2 를 공격! *** Marine *** Location : ( 2 , 3 ) HP : 50 현재 총 마린 수 : 2 *** Marine *** Location : ( 3 , 5 ) HP : 45 현재 총 마린 수 : 2
와 같이 나옵니다.
static 함수는 앞에서 이야기 한 것과 같이, 어떤 객체에 종속되는 것이 아니라 클래스에 종속되는 것으로, 따라서 이를 호출하는 방법도 (객체).(멤버 함수) 가 아니라,
Marine::show_total_marine();
와 같이 (클래스)::(static 함수) 형식으로 호출하게 됩니다. 왜냐하면 어떠한 객체도 이 함수를 소유하고 있지 않기 때문이죠. 그러하기에, static 함수 내에서는 클래스의 static 변수 만을 이용할 수 밖에 없습니다. 만일 static 함수 내에서 아래처럼 그냥 클래스의 멤버 변수들을 이용한다면
void Marine::show_total_marine() { std::cout << default_damage << std::endl; // default_damage 는 멤버 변수 std::cout << "전체 마린 수 : " << total_marine_num << std::endl; }
default_damage 가 누구의 default_damage 인지 아무도 모르는 상황이 발생합니다. 즉, 어떤 객체의 default_damage 인지 static 변수인 show_total_marine() 은 알 수 없겟죠. 왜냐하면 앞에서 계속 말해왔듯이 어떤 객체에도 속해이지 않기 때문이니까요!
this
// 자기 자신을 가리키는 포인터 this #include <iostream> class Marine { static int total_marine_num; const static int i = 0; int hp; // 마린 체력 int coord_x, coord_y; // 마린 위치 bool is_dead; const int default_damage; // 기본 공격력 public: Marine(); // 기본 생성자 Marine(int x, int y); // x, y 좌표에 마린 생성 Marine(int x, int y, int default_damage); int attack(); // 데미지를 리턴한다. Marine& be_attacked(int damage_earn); // 입는 데미지 void move(int x, int y); // 새로운 위치 void show_status(); // 상태를 보여준다. static void show_total_marine(); ~Marine() { total_marine_num--; } }; int Marine::total_marine_num = 0; void Marine::show_total_marine() { std::cout << "전체 마린 수 : " << total_marine_num << std::endl; } Marine::Marine() : hp(50), coord_x(0), coord_y(0), default_damage(5), is_dead(false) { total_marine_num++; } Marine::Marine(int x, int y) : coord_x(x), coord_y(y), hp(50), default_damage(5), is_dead(false) { total_marine_num++; } Marine::Marine(int x, int y, int default_damage) : coord_x(x), coord_y(y), hp(50), default_damage(default_damage), is_dead(false) { total_marine_num++; } void Marine::move(int x, int y) { coord_x = x; coord_y = y; } int Marine::attack() { return default_damage; } Marine& Marine::be_attacked(int damage_earn) { hp -= damage_earn; if (hp <= 0) is_dead = true; return *this; } void Marine::show_status() { std::cout << " *** Marine *** " << std::endl; std::cout << " Location : ( " << coord_x << " , " << coord_y << " ) " << std::endl; std::cout << " HP : " << hp << std::endl; std::cout << " 현재 총 마린 수 : " << total_marine_num << std::endl; } int main() { Marine marine1(2, 3, 5); marine1.show_status(); Marine marine2(3, 5, 10); marine2.show_status(); std::cout << std::endl << "마린 1 이 마린 2 를 두 번 공격! " << std::endl; marine2.be_attacked(marine1.attack()).be_attacked(marine1.attack()); marine1.show_status(); marine2.show_status(); }
성공적으로 컴파일 하였다면
실행 결과
*** Marine *** Location : ( 2 , 3 ) HP : 50 현재 총 마린 수 : 1 *** Marine *** Location : ( 3 , 5 ) HP : 50 현재 총 마린 수 : 2 마린 1 이 마린 2 를 두 번 공격! *** Marine *** Location : ( 2 , 3 ) HP : 50 현재 총 마린 수 : 2 *** Marine *** Location : ( 3 , 5 ) HP : 40 현재 총 마린 수 : 2
와 같이 나옵니다.
일단 가장 먼저 눈에 띄는 것은 바로 레퍼런스를 리턴하는 함수와 this 라는 것인데, 차근 차근 살펴 보도록 하겠습니다.
Marine& Marine::be_attacked(int damage_earn) { hp -= damage_earn; if (hp <= 0) is_dead = true; return *this; }
일단 this 라는 것이 C++ 언어 차원에서 정의되어 있는 키워드 인데, 이는 객체 자신을 가리키는 포인터의 역할을 합니다. 즉, 이 멤버 함수를 호출하는 객체 자신을 가리킨다는 것이지요. 따라서, 실제로 위 내용은
Marine& Marine::be_attacked(int damage_earn) { this->hp -= damage_earn; if (this->hp <= 0) this->is_dead = true; return *this; }
과 동일한 의미가 됩니다. (구조체 포인터 변수에서 -> 를 이용해서 구조체 원소들에 접근했던 것을 상기해보세요) 실제로 모든 멤버 함수 내에서는 this 키워드가 정의되어 있으며 클래스 안에서 정의된 함수 중에서 this 키워드가 없는 함수는 (당연하게도) static 함수 뿐입니다.
그러면 이제 Marine& 을 리턴한다는 말이 도대체 무엇인지 생각해봅시다. 이전 강좌에서 배운 바에 따르면 레퍼런스라는 것이 어떤 변수의 다른 별명이라고 했습니다. (실제로 레퍼런스를 별명(alias) 라고 부르기도 합니다)
그런데, 그 별명을 리턴한다니, 무슨 말일까요? '레퍼런스를 리턴하는 함수' 에 대해 알아보기 위해 아래와 같은 짤막한 예제 클래스를 살펴보도록 합시다.
레퍼런스를 리턴하는 함수
// 레퍼런스를 리턴하는 함수 #include <iostream> class A { int x; public: A(int c) : x(c) {} int& access_x() { return x; } int get_x() { return x; } void show_x() { std::cout << x << std::endl; } }; int main() { A a(5); a.show_x(); int& c = a.access_x(); c = 4; a.show_x(); int d = a.access_x(); d = 3; a.show_x(); // 아래는 오류 // int& e = a.get_x(); // e = 2; // a.show_x(); int f = a.get_x(); f = 1; a.show_x(); }
성공적으로 컴파일 하였다면
실행 결과
5 4 4 4
와 같이 나옵니다.
일단 위 클래스 A 는 아래와 같이 int 와 int 의 레퍼런스를 리턴하는 두 개의 함수를 가지고 있습니다.
int& access_x() { return x; } int get_x() { return x; }
access_x 는 x 의 레퍼런스를 리턴하게 되고, get_x 는 x 의 '값' 을 리턴하게 되지요. 실제로 이들이 어떻게 작동하는지 살펴보도록 하겠습니다.
int& c = a.access_x(); c = 4; a.show_x();
여기서 레퍼런스 c 는 x 의 레퍼런스, 즉 x 의 별명을 받았습니다. 따라서, c 는 x 의 별명으로 탄생하게 되는 것이지요.레퍼런스를 리턴하는 함수는 그 함수 부분을 원래의 변수로 치환했다고 생각해도 상관이 없습니다. 다시 말해서
int &c = x; // 여기서 x 는 a 의 x
와 동일한 말이라는 것입니다. 따라서 c 의 값을 바꾸는 것은 a 의 x 의 값을 바꾸는 것과 동일한 의미이므로 (c 는 단순히 x 에 다른 이름을 붙여준 것일뿐!) show_x 를 실행 시에 x 의 값이 5 에서 4 로 바뀌었음을 알 수 있습니다. 그렇다면 아래 예도 살펴볼까요.
int d = a.access_x(); d = 3; a.show_x();
이번에는 int& 가 아닌 그냥 int 변수에 'x 의 별명' 을 전달하였습니다. 만일 d 가 int& 였다면 x 의 별명을 받아서 d 역시 또 다른 x 의 별명이 되었겠지만, d 가 그냥 int 변수 이므로, 값의 복사가 일어나 d 에는 x 의 값이 들어가게 됩니다. 그리고 당연히, d 는 x 의 별명이 아닌 또 다른 독립적인 변수 이기에, d = 3; 을 해도 x 의 값은 바뀌지 않은 채, 그냥 4 가 출력되게 되죠.
그럼 주석 처리된 위 예를 살펴봅시다. 주석을 풀면 컴파일이 안되므로 주석 처리 해 놓은 것인데, 실제로 주석을 풀고 컴파일을 해보면
컴파일 오류
error C2440: 'initializing' : cannot convert from 'int' to 'int &'
아래와 같은 오류가 발생합니다. 그 이유는 레퍼런스가 아닌 타입을 리턴하는 경우는 '값' 의 복사가 이루어지기 때문에 임시 객체가 생성되는데, 임시객체의 레퍼런스를 가질 수 없기 때문입니다. (임시객체는 문장이 끝나게 되면 소멸됩니다) 이 과정을 그림으로 그려보면 아래와 같습니다.
get_x 의 리턴으로 인해 임시로 '복사생성' 된 int 는 a.get_x() 부분을 대체하며 위 그림의 경우
int &e = x
과 같이 되는데, x' 은 문장이 끝날 때 자동으로 소멸되는 임시 객체 이기 때문에 레퍼런스를 만들 수 없습니다. 설사 레퍼런스를 만들었다고 해도 '이미 존재하지 않는 것에 대한 별명' 이 되므로 이 레퍼런스에 접근하는 것은 오류이겠지요.
아무튼 이러한 이유로 int 를 리턴하는 a.get_x 에 대해서는 레퍼런스를 만들 수 없습니다. (정확한 설명을 하자면 int& 는 좌측값에 대한 레퍼런스 이고, a.get_x() 는 우측값 이기 때문에 레퍼런스를 만들 수 없습니다. 좌측값, 우측값 내용은 나중에 더 자세히 다루겠지만 궁금하신 분들은 이 글을 읽어보세요!)
int f = a.get_x(); f = 1; a.show_x();
마지막으로 위 코드는 익히 보왔던 것 처럼, 임시로 생성된 int 변수 (위 그림에서는 x') 이 f 에 복사되는데, 역시 f = 1 한 것이 실제 객체 a 의 x 에게는 아무런 영향을 끼칠 수 없겠지요. 한 가지 재미있는 점은
a.access_x() = 3;
위 문장이 잘 작동한다는 점인데, 앞에서도 말했지만 '레퍼런스를 리턴하는 함수는 그 함수 부분을 리턴하는 원래 변수로 치환해도 된다' 라는 말이 명확히 들어맞는 다는 점입니다. 즉, 위 문장은 결국
a.x = 3;
과 동일한 말이 됩니다. 그 에 반면, 잘 알고 있듯이
a.get_x() = 3;
은 역시 오류가 나게 되는데, 왜냐하면 a.get_x() 는 get_x() 가 리턴하면서 생성되는 임시 객체 (x') 으로 치환되며 임시객체에 대입을 하게 되는 모순적인 상황이 발생하게 됩니다.
그럼 이제 다시 예전의 Marine 예제로 돌아가보도록 합시다.
Marine& Marine::be_attacked(int damage_earn) { this->hp -= damage_earn; if (this->hp <= 0) this->is_dead = true; return *this; }
위 경우 be_attacked 함수는 Marine& 타입을 리턴하게 되는데, 위 경우, *this 를 리턴하게 됩니다. 앞에서도 말했지만 this 가 지금 이 함수를 호출한 객체를 가리키는 것은 기억 하시죠? 그렇기 때문에 *this 는 그 객체 자신을 의미하게 됩니다. 따라서,
marine2.be_attacked(marine1.attack()).be_attacked(marine1.attack());
문장의 경우, 먼저 marine2.be_attacked(marine1.attack()) 이 먼저 실행되고 리턴되는 것이 다시 marine2 이므로 그 다음에 또 한 번marine2.be_attacked(marine1.attack()) 가 실행된다고 생각할 수 있습니다.
간단하죠? 만일, be_attacked 함수의 리턴 타입이 Marine& 이 아니라 그냥 Marine 이라고 해봅시다. 즉, 만일 be_attacked 함수가 아래와 같이 바뀌었다고 가정한다면
MarineMarine::be_attacked(int damage_earn) { this->hp -= damage_earn; if (this->hp <= 0) this->is_dead = true; return *this; }
위로 바뀐 함수를 가지고
marine2.be_attacked(marine1.attack()).be_attacked(marine1.attack());
를 실행해보면 marine2 는 실제로 두 번 공격이 아닌 1 번 공격으로 감소한 HP 만을 보입니다. (즉 40 이 아닌 45 로 나옴) 이는 앞에서도 설명했듯이 리턴타입이 Marine 이므로, 임시 객체 Marine 을 생성해서, *this 의 내용으로 복사가 되고 (즉, Marine 의 복사 생성자 호출) 이 임시 객체에 대한 be_attacked 함수가 호출되게 되는 것입니다.
따라서 결국 두 번째 be_attacked 는 marine2 가 아닌 엉뚱한 임시 객체에 대해 호출되는 것이므로 결국 marine2 는 marine1 의 공격을 1 번만 받게 됩니다.
const 함수
C++ 에서는 변수들의 값을 바꾸지 않고 읽기 만 하는, 마치 상수 같은 멤버 함수를 상수 함수 로써 선언할 수 있습니다. 아래의 예제를 살펴봅시다.
// 상수 멤버 함수 #include <iostream> class Marine { static int total_marine_num; const static int i = 0; int hp; // 마린 체력 int coord_x, coord_y; // 마린 위치 bool is_dead; const int default_damage; // 기본 공격력 public: Marine(); // 기본 생성자 Marine(int x, int y); // x, y 좌표에 마린 생성 Marine(int x, int y, int default_damage); int attack() const; // 데미지를 리턴한다. Marine& be_attacked(int damage_earn); // 입는 데미지 void move(int x, int y); // 새로운 위치 void show_status(); // 상태를 보여준다. static void show_total_marine(); ~Marine() { total_marine_num--; } }; int Marine::total_marine_num = 0; void Marine::show_total_marine() { std::cout << "전체 마린 수 : " << total_marine_num << std::endl; } Marine::Marine() : hp(50), coord_x(0), coord_y(0), default_damage(5), is_dead(false) { total_marine_num++; } Marine::Marine(int x, int y) : coord_x(x), coord_y(y), hp(50), default_damage(5), is_dead(false) { total_marine_num++; } Marine::Marine(int x, int y, int default_damage) : coord_x(x), coord_y(y), hp(50), default_damage(default_damage), is_dead(false) { total_marine_num++; } void Marine::move(int x, int y) { coord_x = x; coord_y = y; } int Marine::attack() const { return default_damage; } Marine& Marine::be_attacked(int damage_earn) { hp -= damage_earn; if (hp <= 0) is_dead = true; return *this; } void Marine::show_status() { std::cout << " *** Marine *** " << std::endl; std::cout << " Location : ( " << coord_x << " , " << coord_y << " ) " << std::endl; std::cout << " HP : " << hp << std::endl; std::cout << " 현재 총 마린 수 : " << total_marine_num << std::endl; } int main() { Marine marine1(2, 3, 5); marine1.show_status(); Marine marine2(3, 5, 10); marine2.show_status(); std::cout << std::endl << "마린 1 이 마린 2 를 두 번 공격! " << std::endl; marine2.be_attacked(marine1.attack()).be_attacked(marine1.attack()); marine1.show_status(); marine2.show_status(); }
성공적으로 컴파일 하였다면
실행 결과
*** Marine *** Location : ( 2 , 3 ) HP : 50 현재 총 마린 수 : 1 *** Marine *** Location : ( 3 , 5 ) HP : 50 현재 총 마린 수 : 2 마린 1 이 마린 2 를 두 번 공격! *** Marine *** Location : ( 2 , 3 ) HP : 50 현재 총 마린 수 : 2 *** Marine *** Location : ( 3 , 5 ) HP : 40 현재 총 마린 수 : 2
와 같이 나옵니다. 사실 위 소스는 거의 바뀐 것은 없고, 단순히 예시를 위해 아래와 같이 attack 함수를 살짝 바꾸었습니다.
int attack() const; // 데미지를 리턴한다.
일단 상수 함수는 위와 같은 형태로 선언을 하게 됩니다. 즉,
(기존의 함수의 정의) const;
그리고 함수의 정의 역시 const 키워드를 꼭 넣어주어야 하는데, 아래와 같이 말이지요.
int Marine::attack() const { return default_damage; }
그렇게 하였으면 위 attack 함수는 '상수 멤버 함수' 로 정의된 것입니다. 우리는 상수 함수로 이 함수를 정의함으로써, 이 함수는 다른 변수의 값을 바꾸지 않는 함수라고 다른 프로그래머에게 명시 시킬 수 있습니다. 당연하게도, 상수 함수 내에서는 객체들의 '읽기' 만이 수행되며, 상수 함수 내에서 호출 할 수 있는 함수로는 다른 상수 함수 밖에 없습니다.
사실 많은 경우 클래스를 설계할 때, 멤버 변수들은 모두 private 에 넣고, 이 변수들의 값에 접근하는 방법으로 get_x 함수 처럼 함수를 public 에 넣어 이 함수를 이용해값을 리턴받는 형식을 많이 사용합니다. 이렇게 하면 멤버 변수들을 private 에 넣음으로써 함부로 변수에 접근하는 것을 막고, 또 그 값은 자유롭게 구할 수 있게 됩니다.
그럼 이번 강좌는 여기서 마치도록 하겠습니다!
생각해보기
문제 1
아래와 같은 코드에서 복사 생성 은 몇 번 이나 표시될까요?
#include <iostream> class A { int x; public: A(int c) : x(c) {} A(const A& a) { x = a.x; std::cout << "복사 생성" << std::endl; } }; class B { A a; public: B(int c) : a(c) {} B(const B& b) : a(b.a) {} A get_A() { A temp(a); return temp; } }; int main() { B b(10); std::cout << "---------" << std::endl; A a1 = b.get_A(); }
(난이도 : 上 -사실 이 글을 잘 읽었더라면 틀리게 답하는 것이 맞습니다. 컴파일러는 불필요한 복사를 막기 위해 _copy elision_ 이라는 기술을 사용하고 있는데, 이에 관해서는 추후에 이야기 하도록 하겠습니다. 정 궁금하신 분들은 http://en.wikipedia.org/wiki/Copy_elision 를 읽어보시기 바랍니다.)
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