C++
C++은 기존의 C언어에 여러 가지 기능을 추가하여 만든 프로그래밍 언어입니다.
C++은 C언어에서 절차 지향적 언어의 특징을 가져왔을 뿐만 아니라, 클래스를 사용하는 객체 지향적 언어인 동시에 템플릿으로 대변되는 일반화 프로그래밍 방식의 언어이기도 합니다.
C++이란?
C++은 기존의 C언어에 여러 가지 기능을 추가하여 만든 프로그래밍 언어입니다.
C++은 C언어에서 절차 지향적 언어의 특징을 가져왔습니다.
또한, Simula에서 클래스를 사용하는 객체 지향적 언어의 특징을 가져왔습니다.
그와 동시에 템플릿으로 대변되는 일반화 프로그래밍 방식의 언어이기도 합니다.
C++은 C언어를 기초로 삼아 만든 언어이므로, 기존의 C 표준 라이브러리를 그대로 사용할 수 있습니다.
이러한 C++은 타입, 연산자, 제어문, 포인터 등의 주요 문법을 C언어에서 가져왔기 때문에 C언어에 대한 기초를 알고 있으면 좋습니다.
하지만 C++을 배우기 위해서는 기존의 C언어만의 절차 지향적 프로그래밍 습관에서 벗어날 필요가 있습니다.
따라서 반드시 C언어부터 배울 필요는 없으며, C++ 수업만으로도 충분히 학습할 수 있습니다.
C++의 역사
C++은 C언어가 개발된 벨 연구소의 비야네 스트롭스트룹(Bjarne Stroustrup)에 의해 개발됩니다.
1979년에 비야네 스트롭스트룹은 객체지향적 언어인 Simula의 개념을 C언어에 추가하여 "C with Classes"라는 이름으로 새로운 언어를 발표합니다.
이후 증가 연산자(++)의 도입으로부터 C언어의 확장판이라는 의미를 담아 C++이라는 이름으로 1984년에 개정합니다.
C++의 탄생 배경
1970년대 개발된 C언어와 파스칼 등은 모두 1980년대에 이르러서는 절차 지향적이고 구조적 프로그래밍 언어로써 여러 방면에서 사용됩니다.
이러는 와중에 새로운 프로그래밍 방식인 객체 지향 프로그래밍(OOP, Object-Oriented Programming)의 개념이 스몰토크(Smalltalk)나 에이다(Ada) 등의 언어를 통해 대중에게 알려지게 됩니다.
이때 벨 연구소의 비야네 스트롭스트룹은 프로그래머들이 더욱 쉽고 즐겁게 유용한 프로그램을 만들 수 있는 프로그래밍 언어를 만들고자 합니다.
그래서 기존의 C언어에 객체 지향 프로그래밍의 클래스 개념만을 추가하여 만든 언어가 바로 초기의 C++입니다.
C++의 특징
C++이 프로그래밍 언어로써 가지는 특징은 다음과 같습니다.
1. C++은 절차 지향적이며 구조적 프로그래밍 언어입니다.
2. C++은 객체 지향 프로그래밍 언어입니다.
3. C++은 일반화 프로그래밍 언어입니다.
이처럼 C++은 세 가지 프로그래밍 방식을 모두 지원하는 언어이며, 따라서 다양한 방식으로 프로그램을 작성할 수 있습니다.
또한, 다양한 시스템에서의 프로그래밍을 지원하는 유용하고도 강력한 클래스 라이브러리들이 아주 많이 제공됩니다.
하지만 C++은 이렇게 언어로서 다양한 방식을 지원하며 강력하게 거듭났지만, 프로그래머의 측면에서 보면 이러한 다양한 기능을 모두 배워야 하는 부담으로 작용하기도 합니다.
C++ 표준
C++에 대한 표준은 ANSI(American National Standards Institute)와 ISO(International Organization for Standardization)가 표준화 작업을 진행하게 됩니다.
1998년에 첫 C++ 국제 표준인 ISO/IEC 14882:1998이 제정되며, 이 표준을 C++98이라고 부르게 됩니다.
이후 C++98에서 단순한 기술적 개정만을 진행한 ISO/IEC 14882:2003(C++03)이 2003년에 공개됩니다.
2011년에는 많은 언어적 특성이 추가된 ISO/IEC 14882:2011이 발표되며, 이 표준을 C++11이라고 부르게 됩니다.
이후 C++11의 사소한 버그 수정 및 약간의 기술적 개선을 진행한 ISO/IEC 14882:2014(C++14)가 2014년에 공개됩니다.
현재에는 2017년 제정을 목표로 하는 C++17이 기능 목록 정의를 완료하는 등 제정 작업이 순조롭게 진행 중입니다.
프로그래밍(programming)
프로그래밍이란 목적에 맞는 알고리즘으로부터 프로그래밍 언어를 사용하여 구체적인 프로그램을 작성하는 과정을 의미합니다.
이렇게 작성된 소스 파일(source file)은 먼저 실행 파일(executable file)로 변환되어야 실행할 수 있습니다.
1. 소스 파일(source file)의 작성
2. 선행처리기(preprocessor)에 의한 선행처리
3. 컴파일러(compiler)에 의한 컴파일
4. 링커(linker)에 의한 링크
5. 실행 파일(executable file)의 생성
소스 파일(source file)의 작성
프로그래밍에서 가장 먼저 해야 할 작업은 바로 프로그램을 작성하는 것입니다.
다양한 에디터를 사용하여 C++ 문법에 맞게 논리적으로 작성된 프로그램을 원시 파일 또는 소스 파일이라고 합니다.
C++을 통해 작성된 소스 파일의 확장자는 대부분 .cpp 가 됩니다.
선행처리기(preprocessor)에 의한 선행처리
선행처리(preprocess)란 소스 파일 중에서도 선행처리 문자(#)로 시작하는 선행처리 지시문의 처리 작업을 의미합니다.
이러한 선행처리 작업은 선행처리기(preprocessor)에 의해 처리됩니다.
선행처리기는 코드를 생성하는 것이 아닌, 컴파일하기 전 컴파일러가 작업하기 좋도록 소스를 재구성해주는 역할만을 합니다.
컴파일러(compiler)에 의한 컴파일
컴퓨터는 0과 1로 이루어진 이진수로 작성된 기계어만을 이해할 수 있습니다.
소스 파일은 개발자에 의해 C++ 언어로 작성되기 때문에 컴퓨터가 그것을 바로 이해할 수는 없습니다.
따라서 소스 파일을 컴퓨터가 알아볼 수 있는 기계어로 변환시켜야 하는데, 그 작업을 컴파일(compile)이라고 합니다.
컴파일은 C/C++컴파일러에 의해 수행되며, 컴파일이 끝나 기계어로 변환된 파일을 오브젝트 파일(object file)이라고 합니다.
이러한 오브젝트 파일의 확장자는 .o 나 .obj 가 됩니다.
링커(linker)에 의한 링크
컴파일러에 의해 생성된 오브젝트 파일은 운영체제와의 인터페이스를 담당하는 시동 코드(start-up code)를 가지고 있지 않습니다.
또한, 대부분의 C++ 프로그램에서 사용하는 표준 라이브러리 파일도 가지고 있지 않습니다.
하나 이상의 오브젝트 파일과 라이브러리 파일, 시동 코드 등을 합쳐 하나의 파일로 만드는 작업을 링크(link)라고 합니다.
링크는 링커(linker)에 의해 수행되며, 링크가 끝나면 하나의 새로운 실행 파일이나 라이브러리 파일이 생성됩니다.
이처럼 여러 개의 소스 파일을 작성하여 최종적으로 링크를 통해 하나의 실행 파일로 만드는 것을 분할 컴파일이라고 합니다.
실행 파일(executable file)의 생성
소스 파일은 선행처리기, 컴파일러 그리고 링커에 의해 위와 같은 과정을 거쳐 실행 파일로 변환됩니다.
최근 사용되는 개발 툴은 대부분 위에서 소개한 선행처리기, 컴파일러, 링커를 모두 내장하고 있으므로 소스 파일에서 한 번에 실행 파일을 생성할 수 있습니다.
이렇게 생성된 실행 파일의 확장자는 .exe 가 됩니다.
간단한 C++ 프로그램
간단한 C++ 프로그램의 기본 구조는 다음과 같습니다.
언제나 다음과 같이 구성되는 것은 아니지만 많은 C++ 프로그램이 이와 비슷한 형태로 구성됩니다.
예제
#include 문
#define 문
int main()
{
명령문;
return 문;
}
예제
#include <iostream>
#define TEXT "Welcome to C++ Programming!!"
int main()
{
std::cout << TEXT;
return 0;
}
main() 함수
C++ 프로그램은 가장 먼저 main() 함수를 찾고, 그곳에서부터 실행을 시작합니다.
따라서 모든 C++ 프로그램은 반드시 하나의 main() 함수를 가지고 있어야 합니다.
만약 main() 함수를 발견하지 못하면 C++ 컴파일러는 오류를 발생시킬 것입니다.
명령문(statement)
C++ 프로그램의 동작을 명시하고, 이러한 동작을 컴퓨터에 알려주는 데 사용되는 문장을 명령문(statement)이라고 합니다.
이러한 C++의 모든 명령문은 반드시 세미콜론(;)으로 끝나야 합니다.
실행 결과
std::cout << "C++ 프로그래밍"; // 정상적으로 출력됨.
std::cout << "C++ 프로그래밍" // 오류가 발생함.
반환(return)문
반환문은 함수의 종료를 의미하며, 함수를 호출한 곳으로 결괏값을 반환하는 역할을 합니다.
특히 main() 함수가 반환되면, 프로그램 전체가 종료됩니다.
선행처리(preprocess)문
#include 문과 #define 문은 모두 선행처리기에 의해 처리되는 선행처리문입니다.
#include 문은 외부에 선언된 함수나 상수 등을 사용하기 위해서 헤더 파일의 내용을 현재 파일에 포함할 때 사용합니다.
C언어에서는 헤더 파일에 .h 확장자를 사용했지만, C++에서는 헤더 파일의 확장자를 사용하지 않기로 합니다.
따라서 기존 C언어 헤더 파일들의 이름 앞에 c를 추가하여 C++ 스타일의 헤더 파일로 변환하기도 합니다.
예제
#include <math.h> // C언어에서는 이 스타일만 허용됨.
#include <cmath> // C++에서는 이 스타일뿐만 아니라 위의 스타일도 사용할 수 있음.
물론 원칙은 위와 같이 바뀌었지만 C++ 프로그램에서는 기존의 C언어 스타일로도 헤더 파일을 사용할 수 있습니다.
#define 문은 함수나 상수를 단순화해주는 매크로를 정의할 때 사용합니다.
네임스페이스(namespace)
네임스페이스란 이름이 기억되는 영역을 뜻하며, 이름이 소속된 공간을 의미합니다.
네임스페이스는 C++ 프로그램을 작성할 때 발생하는 이름에 대한 충돌을 방지해 주는 방법을 제공합니다.
이러한 네임스페이스는 C언어에는 없는 C++ 만의 새로운 기능입니다.
C++ 프로그램의 표준 구성 요소인 클래스, 함수, 변수 등은 std라는 이름 공간에 저장되어 있습니다.
따라서 C++ 프로그램에서 표준 헤더 파일인 iostream 내의 정의를 사용하려면 다음과 같이 사용해야 합니다.
예제
#include <iostream>
#define TEXT "Welcome to C++ Programming!!"
int main()
{
std::cout << TEXT;
return 0;
}
위의 예제처럼 std라는 네임스페이스에 있는 정의를 사용하려면, std:: 접두어를 붙여 해당 정의가 std라는 네임스페이스에 있다는 것을 컴파일러에 알려줘야 합니다.
이러한 네임스페이스에 속한 정의를 간단하게 사용하려면 다음과 같은 명령문을 추가하면 됩니다.
문법
using namespace std; // std라는 네임스페이스에 속한 정의들은 네임스페이스 이름을 붙이지 않아도 사용할 수 있음.
다음 예제는 앞서 살펴본 예제와 정확히 같은 동작을 수행합니다.
예제
#include <iostream>
#define TEXT "Welcome to C++ Programming!!"
using namespace std;
int main()
{
cout << TEXT;
return 0;
}
주석(comment)
주석이란 코드에 대한 이해를 돕는 설명을 적거나 디버깅을 위해 작성하는 일종의 메모입니다.
C++ 컴파일러는 주석은 무시하고 컴파일하므로, 실행 파일에서는 이러한 주석을 확인할 수 없습니다.
C++에서 주석을 작성하는 문법은 다음과 같습니다.
문법
// C++ 한 줄 주석
C++은 한 줄 주석뿐만 아니라, /*로 시작해서 */로 끝나는 C언어 스타일의 여러 줄 주석도 사용할 수 있습니다.
다음 예제는 여러 줄 주석 안에 또 다른 한 줄 주석을 중첩해서 삽입하는 예제입니다.
예제
/* 여러 줄
// 이렇게 두 줄 주석 안에 또 다른 한 줄 주석을 삽입할 수 있습니다.
주석입니다. */
위의 예제처럼 C++에서는 여러 줄 주석 안에 또 다른 한 줄 주석을 삽입할 수 있습니다.
하지만 다음 예제처럼 여러 줄 주석 안에 또 다른 여러 줄 주석은 중첩해서 삽입할 수는 없습니다.
예제
① /* 여러 줄
② /* 또 다른 여러 줄 주석입니다. */
③ 주석입니다. */
위의 예제처럼 여러 줄 주석 안에 또 다른 여러 줄 주석을 삽입하면, ②번 라인에서 삽입한 주석의 종료 기호(*/)를 ①번 라인에서 시작한 첫 번째 주석이 자신의 종료 기호(*/)로 잘못 인식하게 됩니다.
따라서 위 예제의 ③번 라인은 주석으로 인식되지 못하고, 컴파일 시 오류가 발생하게 됩니다.
그러므로 C++에서 여러 줄 주석은 절대로 중첩해서 사용해서는 안 됩니다.
C++ 표준 입출력 클래스
사용자가 프로그램과 대화하기 위해서는 사용자와 프로그램 사이의 입출력을 담당하는 수단이 필요합니다.
C++의 모든 것은 객체로 표현되므로, 입출력을 담당하는 수단 또한 C언어의 함수와는 달리 모두 객체입니다.
C언어의 printf() 함수나 scanf() 함수처럼 C++에서도 iostream 헤더 파일에 표준 입출력 클래스를 정의하고 있습니다.
C++에서는 cout 객체로 출력 작업을, cin 객체로 입력 작업을 수행하고 있습니다.
또한, C++에서는 기존의 C언어 스타일처럼 printf() 함수나 scanf() 함수로도 입출력 작업을 수행할 수 있습니다.
cout 객체
cout 객체는 다양한 데이터를 출력하는 데 사용되는 C++에서 미리 정의된 출력 스트림을 나타내는 객체입니다.
cout 객체를 사용하는 문법은 다음과 같습니다.
문법
std::cout << 출력할데이터;
삽입 연산자(<<)는 오른쪽에 위치한 출력할 데이터를 출력 스트림에 삽입합니다.
이렇게 출력 스트림에 삽입된 데이터는 스트림을 통해 출력 장치로 전달되어 출력됩니다.
예제
cout << "C++ 수업에 오신 것을 환영합니다!";
cin 객체
cin 객체는 다양한 데이터를 입력받는 데 사용되는 C++에서 미리 정의된 입력 스트림을 나타내는 객체입니다.
cin 객체를 사용하는 문법은 다음과 같습니다.
문법
std::cin >> 저장할변수;
추출 연산자(>>)를 통해 사용자가 입력한 데이터를 입력 스트림에서 추출하여, 오른쪽에 위치한 변수에 저장합니다.
이때 cin 객체는 자동으로 사용자가 입력한 데이터를 오른쪽에 위치한 변수의 타입과 동일하게 변환시켜 줍니다.
예제
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
int age;
cout << "여러분의 나이를 입력해 주세요 : ";
cin >> age;
cout << "여러분의 나이는 " << age << "살 입니다." << endl;
return 0;
}
위의 예제에서 여러분이 입력한 데이터는 자동으로 정수를 저장할 때 사용하는 타입으로 변환될 것입니다.
만약에 문자열을 입력하면 cin 객체는 변수 age에 숫자가 아니라는 의미인 0을 전달할 것입니다.
C언어 표준 입출력 함수와의 차이점
C언어 표준 입출력 함수인 printf() 함수나 scanf() 함수와 C++ 표준 입출력 객체와의 차이점은 다음과 같습니다.
1. 삽입 연산자(<<)와 추출 연산자(>>)가 데이터의 흐름을 나타내므로 좀 더 직관적입니다.
2. C++ 표준 입출력 객체는 입출력 데이터의 타입을 자동으로 변환시켜주므로 더욱 편리하고 안전합니다.
C++11/14 문법적 변경 사항
C++11/14에서는 기존의 C++98/03 문법과 비교하여 많은 사항이 변경되거나 새롭게 추가되었습니다.
C++11/14에서 새롭게 추가된 대표적인 문법적 변경 사항은 다음과 같습니다.
1. 초기화 리스트 및 초기화 방법의 통합
2. 새로운 타입의 추가 : long long형 정수
3. 새로운 스마트 포인터 추가 :
4. 널 포인터 상수 추가 : nullptr
5. 열거체의 범위 지정
6. 자동 타입 변환 : auto
7. 타입 변환 연산자 추가 : explicit
8. 범위 기반 for 문 추가
9. 람다 함수와 람다 표현식 추가
C++11/14 표준 라이브러리 변경 사항
C++11/14의 표준 라이브러리에 다양한 헤더 파일이 새롭게 추가되었습니다.
C++11/14에서 새롭게 추가된 대표적인 표준 라이브러리는 다음과 같습니다.
1. 확장할 수 있는 난수 생성기의 추가 : random 헤더 파일
2. 튜플 템플릿의 추가: tuple 헤더 파일
3. 정규 표현식의 추가 : regex 헤더 파일
4. 다중 프로그래밍을 위한 스레드의 지원 : thread_local 키워드, automic 헤더 파일
5. 임베디드 프로그래밍을 위한 저수준 프로그래밍 지원
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