Transcript 11 구조적 자료형 추상화와 클래스

11장 구조적 자료형 추상화와 클래스
창원대학교 정보통신공학과
박동규
- 이질적인 구성요소들을 갖는 자료구조인 레코드(struct) 자료형을 선
언할 수 있다.
- struct 변수의 멤버에 접근할 수 있다.
- 계층 레코드 구조를 정의할 수 있다.
- 계층 레코드 변수에 저장된 값을 접근할 수 있다.
- C++ 클래스를 선언할 수 있게 된다.
- 클래스의 선언이 주어졌을 때 클래스 객체를 선언할 수 있다.
- 클래스 멤버 함수를 호출하는 클라이언트 코드를 작성할 수 있다.
- 클래스 멤버 함수를 구현할 수 있다.
- C++ 클래스를 위한 두 개의 파일(명세 파일과 구현 파일)을 구성할 수
있다.
- C++ 클래스 생성자를 작성할 수 있다.
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C++ Data Types
simple
integral
enum
structured
floating
array struct union class
char short int long bool
float double long double address
pointer
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reference
11.2 레코드(C++ 구조체)
• 구조적인 자료형은 구성요소 항목의 모임으로 이루어진다.
• 전체 모임에 대해 하나의 단순 이름이 부여되지만, 각 구
성요소는 여전히 개별적으로 접근할 수 있다.
– 레코드(C++에서는 구조체)
• 각각의 이름에 의해서 접근가능한 고정된 수의 요소를 가진 구조적
자료형이다. 그 요소들은 혼성형(의 서로 다른 형)이 가능하다.
– 필드(C++에서는 멤버)
• 레코드의 요소
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•
한 명의 학생을 기술하기 위한 struct를 사용
– 학생의 성, 이름 및 전체 평점 평균, 프로그래밍 과제 등급, 퀴즈의 등급, 기말 고사
등급, 최종 등급 등을 저장해야 한다.
enum GradeType {A, B, C, D, F };
struct StudentRec
{
string firstName;
string lastName;
float gpa;
// 평점 평균
int programGrade; // 0～400으로 가정
int quizGrade;
// 0～300으로 가정
int finalExam;
// 0～300으로 가정
GradeType courseGrade;
};
// 변수 선언
StudentRec firstStudent;
StudentRec student;
int
grade;
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struct
AnimalType
enum HealthType { Poor, Fair, Good, Excellent } ;
struct AnimalType
{
long
id ;
string
name ;
string
genus ;
string
species ;
string
country ;
int
age ;
float
weight ;
HealthType health ;
};
AnimalType
AnimalType
// declares a struct data type
// does not allocate memory
struct members
thisAnimal ;
// declare variables of AnimalType
anotherAnimal ;
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thisAnimal
5000
.id
2037581
.name
“giant panda”
.genus
“Ailuropoda”
.species
“melanoluka”
.country
“China”
.age
18
.weight
234.6
.health
Good
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anotherAnimal
6000
.id
5281003
.name
“llama”
.genus
“Lama”
.species
“peruana”
.country
“Peru”
.age
7
.weight
278.5
.health
Excellent
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struct type 선언
SYNTAX
struct TypeName
{
MemberList
};
MemberList
// does not allocate memory
SYNTAX
DataType MemberName ;
DataType MemberName ;
.
.
.
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구조체 변수에 접근
•
구조체 변수의 개별 멤버에 접근하기 위해 여러분들은 변
수의 이름과 점(dot)에 이어서 그 멤버의 이름을 주어야
한다.
– 이와 같은 표기법을 멤버 선택자(member selector)라 함
– 예)
cin >> student.finalExam;
grade = student.finalExam + student.programGrade +
student.quizGrade;
if (grade >= 900)
student.courseGrade = A;
else if (grade >= 800)
student.courseGrade = B;
else
...
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구조체의 군집연산
• 구조체 변수에 허용된 군집 연산들.
–
–
–
–
–
–
–
군집 연산
구조체의 허용 여부
I/O
아니오
배정
예
산술
아니오
비교
아니오
인자 전달
예, 값 또는 참조(reference)로 전달
함수의 값 반환 예
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• 하나의 구조체 변수는 다른 것에 배정될 수 있다.
• 두 변수가 같은 자료형으로 선언되어 있어야 한다.
StudentRec student;
StudentRec anotherStudent;
•
아래 문장은 구조체 변수 student의 전체 내용을 멤
버 대 멤버 형식으로 변수 anotherStudent에 복사한다.
anotherStudent = student;
• 반면, 군집 I/O 또한 허락하지 않는다(주된 이유는 이렇게
하는 것이 합당하지 않기 때문이다).
– 구조체 변수를 멤버 단위로 하나씩 입력과 출력을 해야 한다.
cin >> student.firstName;
cin >> student.lastName;
...
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계층적 레코드
• 레코드의 구성요소는 다른 레코드일 수도 있다.
• 이와 같이 구성요소들 자체가 레코드들인 레코드를 맞는
레코드를 계층적 레코드라 한다.
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Struct Date
{
int month;
// 1～12라 가정
int day;
// 1～31이라 가정
int year;
// 1900～2050이라 가정
};
struct Statistics
{
float
failRate;
Date lastServiced;
Int
downDays;
};
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struct MachineRec
{
int
idNumber;
string
description;
Statistics
history;
Date
purchaseDate;
float
cost;
};
MachineRec machine;
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machine 변수의 구조체
7000
5719 “DRILLING…”
.02
1
25 1999
4
3
21 1995 8000.0
.month .day .year
.failrate
.lastServiced
.idNumber .description . history
.downdays .month .day .year
.purchaseDate
machine.history.lastServiced.year has value 1999
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.cost
• 구성요소 접근 수식
• machine.purchaseDate
– DateType 구조체 변수
• machine.purchaseDate.month
– DateType 구조체 변수의 month 멤버
• machine.purchaseDate.year
– DateType 구조체 변수의 year 멤버
• machine.history.lastServiced.year
– statisticsType 구조체에 포함된 DateType 구조체 변수의 year 멤
버
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11.5 추상 자료형
• 소프트웨어가 갈수록 복잡해짐에 따라, 알고리즘과 자료
구조를 병행해서 설계해야 한다.
• 이러한 설계는 최상위 단계에서 고려되는 논리적 또는 추
상적 자료 구조에서부터, 정제과정(refinement process)
을 거쳐 C++에서 구체적인 코딩을 할 때까지 진행된다.
• 가게 물품 목록에서 기계 레코드의 논리적인 구조를 표현
하는 두 가지 방법을 살펴보았다.
– 첫 번째 방법은 동시에 모든 구성요소를 정의하는 레코드를 사용
하는 것이다.
– 두 번째 방법은 낮은 단계의 레코드를 이용해 기계의 이력을 기술
하는 일자 및 통계 정보를 정의하고, 이들 레코드를 구성요소로 갖
는 계층적 레코드임
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추상 자료
• 소프트웨어 설계의 세계에서는 추상화가 매우 크고도 복
잡한 소프트웨어 프로젝트를 관리하는데 필수 조건
– 컴퓨터 과학의 기초 교과 과정에서 다루는 프로그램은 대부분 작
고(50~200라인), 한 사람에 의해 전체 프로그램이 이해될 정도
– 대규모 상용 소프트웨어 제품은 몇 십만에서 심지어 몇 백만 라인
으로 구성된다.
– 소프트웨어는 다양한 형태의 추상화 사용 없이는 설계될 수 없다.
– 제어 추상화
• 행위(action)의 논리적인 속성을 그 구현으로부터 분리하는 것이다.
우리는 복잡한 알고리즘을 함수 호출에 의해 수행될 추상적인 행위로
감소시키는 함수를 작성할 때마다 제어 추상화를 하고 있는 것이다.
4.6 + sqrt(x)
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– sqrt 함수를 호출함으로써 제곱근 계산에 관련된 복잡한 세부사항
이 없어도 되기 때문에 우리 프로그램은 좀더 간단해진다.
– 자료 추상화
• 추상화 기법은 또한 자료에도 적용할 수 있다.
• 자료형은 값의 집합(도메인)과 그 값들에 적용 가능한 연산들의 집합
으로 구성
• 자료 추상화는 자료형의 논리적인 속성을 상세한 구현 내역으로부터
분리시키는 것
• 자료 추상화는 프로그래밍 언어 자체에서 제공하지 않는 자료형이 요
구될 때 그 역할을 수행한다.
• 그 새로운 자료형을 추상 자료형(ADT; Abstract Data Type)으로서
정의할 수 있다.
• 이 추상 자료형에 대하여 우리는 단지 그 논리적인 속성에만 관심을
갖고 상세한 구현 내역에 대한 사항은 따로 생각해도 된다.
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• ADT에 대한 명세 내역
TYPE
Time
DOMAIN
각 Time 값은 하루 중의 시각으로 시, 분, 초의 형식이다.
OPERATIONS
시각 설정
시각 인쇄
시각의 1초 증가시키기
두 개 시각의 동등 비교
한 시각이 다른 시각에 비해 빠른지를 검사
– ADT의 명세에서는 추상 자료값과 사용자를 위한 추상 연산을 정의한다.
– 궁극적으로 ADT는 프로그램 코드에서 구현
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C++ 클래스
• 클래스는 추상 자료형을 표현하기 위해 특별히 제공하는
구조적 자료형
– 클래스는 구조체와 비슷하지만 거의 항상 그것의 구성요소(클래
스 멤버)가 자료뿐만 아니라 그 자료를 조작할 수 있는 함수까지
포함하도록 설계되었다
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Time 클래스
// SPECIFICATION FILE
( timetype.h )
class TimeType
{
// declares a class data type
// does not allocate memory
public :
// 5 public function members
void
void
void
bool
bool
Set ( int hours , int mins , int secs ) ;
Increment ( ) ;
Write ( ) const ;
Equal ( TimeType otherTime ) const ;
LessThan ( TimeType otherTime ) const ;
// 3 private data members
private :
int
int
int
hrs ;
mins ;
secs ;
};
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class 형을 위하여 두개의 분리된 파일 사용
// SPECIFICATION FILE
( timetype .h )
// Specifies the data and function members.
class TimeType
{
public:
. . .
private:
. . .
};
// IMPLEMENTATION FILE
( timetype.cpp )
// Implements the TimeType member functions.
. . .
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Implementation File for TimeType
// IMPLEMENTATION FILE
( timetype.cpp )
// Implements the TimeType member functions.
#include “ timetype.h” // also must appear in client code
#include <iostream>
. . .
bool TimeType :: Equal ( /* in */ TimeType otherTime ) const
// Postcondition:
//
Function value == true, if this time equals otherTime
//
== false , otherwise
{
return ( (hrs == otherTime.hrs) && (mins == otherTime.mins)
&& (secs == otherTime.secs) ) ;
}
. . .
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클래스, 클래스 객체, 클래스 멤버
• 클래스는 자료형이며, 자료 객체가 아님
– 여느 자료형과 같이 클래스는 그 타입의 많은 객체를 생성하기 위
한 유형(패턴)이다.
– 자료형을 쿠키 제조기로, 그리고 그 자료형의 객체는 쿠키라고 생
각하라.
• 다음 선언은 Time 클래스 형의 두 객체 time1, time2를 생
성한다. 각 객체는 클래스의 비공개 자료 멤버인 hrs,
mins, secs를 위한 사본을 갖는다.
– 프로그램 실행 중 어느 한순간에, time1의 hrs, mins, secs를 위
한 사본은 값 5, 30, 10이란 값을 가질 수 있고, time2의 사본은
값 17, 58, 2를 각각 보유할 수 있다
– TimeType time1;
– TimeType time2;
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TimeType Class Instance Diagrams
currentTime
Set
Set
Increment
endTime
Private data:
hrs
17
mins
58
Write
Increment
Private data:
hrs
18
mins
30
secs
0
Write
LessThan
LessThan
secs
2
Equal
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Equal
클래스 객체의 기본 연산
• C++는 구조체와 클래스를 기본 자료형과는 다르게 취급
– 대부분의 기본 연산이 구조체와 클래스에 적용되지 않는다. 여러
분은 TimeType의 두 객체를 더하기 위해 + 연산자를 사용할 수
없으며, 동등 비교를 위해 == 연산자 또한 사용할 수 없다.
• 구조체와 클래스 객체에 유효한 두 가지 기본 연산자는 멤
버 선택(.)과 배정(=) 연산자
– 구조체처럼 점 표기법을 사용하여 클래스의 개별적인 멤버를 선택
할 수 있다.
– 클래스 객체의 이름을 쓰고 점을 찍은 뒤 멤버 이름을 부여하면 된
다.
– 다음 문장은 time1 객체의 Increment 함수를 호출한다.
time1.Increment();
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예제
Time time1;
Time time2;
int inputHrs;
int inputMins;
int inputSecs;
time1.Set(5, 20, 0);
// time1이 5:20:0으로 설정됨
cout << "Enter hours, minutes, seconds: ";
cin >> inputHrs >> inputMins > inputSecs;
time2.Set"(inputHrs, inputMins, inputSecs);
if (time1.LessThan(time2))
DoSomething();
time2 = time1;
time2.Write();
// 5:20:0이 출력됨
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// 멤버 대 멤버 배정
클래스 통용범위
• 클래스 범위는 구조체, 공용체, 클래스 내에서 멤버 이름
에 적용된다.
– 멤버 이름이 클래스 범위를 가진다는 말은 멤버 이름이 그 클래스
(또는 구조체 또는 공용체) 내로 한정된다는 것이다.
– 만약 같은 식별자(이름)가 그 클래스 외부에 선언되었다면 두 개
의 식별자는 연관성이 없다.
– Time 클래스는 Write라는 이름의 멤버 함수를 가진다.
– 같은 프로그램 내의 다른 클래스(가령, SomeClass) 또한 Write라
는 이름의 멤버 함수를 가질 수 있다.
– 그 프로그램은 어느 클래스와도 연관성이 없는 전역 함수 Write를
또한 가질 수 있다
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클래스 통용범위
TimeType checkInTime;
SomeClass someObject;
int n;
...
checkInTime.Write();
someObject.Write();
Write(n);
• 프로그램에서 C++ 컴파일러가 세 개의 Write 함수를 구별하는 것에
는 전혀 문제가 없다.
– 첫 두 개의 함수 호출 구문에서 점 표기법은 클래스의 멤버 선택을 의미
한다.
– 첫 문장은 Time 클래스의 Write 함수를 호출
– 두 번째 문장은 SomeClass의 Write 함수를 호출
– 마지막 문장은 점 표기법을 사용하지 않았다.
• 이 때 컴파일러는 전역 함수 Write를 호출하는 것으로 인식한다.
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구현파일의 범위
• in the implementation file, the scope resolution
operator is used in the heading before the function
member’s name to specify its class
void TimeType :: Write ( ) const
{
. . .
}
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Use of const with Member Functions
• when a member function does not modify the private
data members, use const in both the function
prototype (in specification file) and the heading of
the function definition (in implementation file)
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Example Using const with
a Member Function
void TimeType :: Write ( ) const
// Postcondition: Time has been output in form HH:MM:SS
{
if ( hrs < 10 )
cout << ‘0’ ;
cout << hrs << ‘:’ ;
if ( mins < 10 )
cout << ‘0’ ;
cout << mins << ‘:’ ;
if ( secs < 10 )
cout << ‘0’ ;
cout << secs ;
}
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파일의 분할 컴파일과 링킹
specification file
timetype.h
main program
client.cpp
implementation file
timetype.cpp
#include “timetype.h”
Compiler
Compiler
client.obj
timetype.obj
Linker
client.exe
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헤더 파일에서 다중 삽입의 방지
• often several program files use the same header file
containing typedef statements, constants, or class type
declarations--but, it is a compile-time error to define
the same identifier twice
• this preprocessor directive syntax is used to avoid the
compilation error that would otherwise occur from
multiple uses of #include for the same header file
#ifndef Preprocessor_Identifier
#define Preprocessor_Identifier
.
.
.
#endif
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전처리 지지사 #ifndef 사용 예
// timetype .h
// SPECIFICATION FILE
#ifndef TIME_H
#define TIME_H
class TimeType
{
public:
FOR COMPILATION THE CLASS DECLARATION IN
FILE timetype.h WILL BE INCLUDED ONLY ONCE
// timetype .cpp
// IMPLEMENTATION FILE
#include “timetype.h”
. . .
. . .
// client.cpp
// Appointment program
#include “timetype.h”
int main ( void )
{
private:
. . .
};
#endif
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. . .
}
11.8 클래스 생성자
• Time 클래스는 이미 살펴본 바와 같이 하나의 단점을 갖고 있다.
– 그것은 클라이언트 코드에서 다른 멤버 함수를 호출하기 전에 Set 함수를
호출해야 한다는 점
// 전조건:
// Set 함수가 적어도 한 번 호출되었어야 한다.
– 만약 클라이언트가 Set 함수를 먼저 호출하지 않았다면 이 전조건은 거짓
이며, 클라이언트와 함수 구현간의 협약이 깨진다.
• 클래스들은 거의 항상 자료를 캡슐화하기 때문에, 클래스를 작성하는
사람은 자료를 초기화하는 것을 사용자에게 의존해서는 안된다.
–
만약 사용자가 초기화 작업을 잊고 하지 않을 경우, 원치 않는 결과가 발
생할 것이다.
– C++는 클래스 객체의 초기화를 보장하는 클래스 생성자라 불리는 메커
니즘을 제공
• 생성자는 클래스 객체가 생성될 때마다 묵시적으로 호출되는 멤버 함수
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TimeType 클래스 생성자 사양
class TimeType
// timetype.h
{
public :
// 7 function members
void
Set ( int hours , int minutes , int seconds ) ;
void
Increment ( ) ;
void
Write ( ) const ;
bool
Equal ( TimeType otherTime ) const ;
bool
LessThan ( TimeType otherTime ) const ;
TimeType ( int initHrs , int initMins , int initSecs ) ; // constructor
TimeType ( ) ;
private :
int
int
int
};
// default constructor
// 3 data members
hrs ;
mins ;
secs ;
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TimeType 디폴트 생성자 구현
TimeType :: TimeType ( )
// Default Constructor
// Postcondition:
//
hrs == 0 && mins == 0 && secs == 0
{
hrs = 0 ;
mins = 0 ;
secs = 0 ;
}
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또다른 TimeType 생성자 구현
TimeType :: TimeType ( /* in */ int initHrs,
/* in */ int initMins,
/* in */ int initSecs )
// Constructor
// Precondition: 0 <= initHrs <= 23 && 0 <= initMins <= 59
//
0 <= initSecs <= 59
// Postcondition:
//
hrs == initHrs && mins == initMins && secs == initSecs
{
hrs = initHrs ;
mins = initMins ;
secs = initSecs ;
}
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생성자의 자동 호출
TimeType departureTime ;
// default constructor invoked
TimeType movieTime (19, 30, 0 ) ;
// parameterized constructor
departureTime
Set
Increment
Set
Private data:
hrs
0
Write
mins
0
secs
0
LessThan
Equal
movieTime
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Increment
Private data:
hrs
19
mins
30
Write
LessThan
secs
Equal
0
과제
• 프로그래밍 워밍업 연습문제
– 1번, 3번, 4번
– 7번
• 12시간 체계로 시간을 출력하는 프로그램을 실행하여 결과를 함께 제
출할 것
• 프로그래밍 문제
– 1번
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끝