C++ 형식 시스템(최신 C++)

아티클
06/10/2015

형식의 개념은 C++에서 매우 중요합니다. 모든 변수, 함수 인수 및 함수 반환 값은 형식이 있어야 컴파일할 수 있습니다. 또한 모든 식(리터럴 값 포함)은 확인 전 컴파일러가 암시적으로 형식을 지정합니다. 이러한 형식 중 일부로는 정수 값을 저장하는 int, 부동 소수점 값을 저장하는 double(스칼라 데이터 형식이라고도 부름) 또는 텍스트를 저장하는 표준 라이브러리 클래스 std::basic_string을 들 수 있습니다. class 또는 struct를 정의하여 고유 형식을 만들 수 있습니다. 이 형식은 변수에 할당되는(또는 식 결과) 메모리 양, 해당 변수에 저장할 수 있는 값의 유형, 이러한 값(비트 패턴)의 해석 방법 및 여기에 대해 수행할 수 있는 작업을 지정합니다. 이 문서에는 C++ 형식 시스템의 주요 기능에 대한 비공식적 개요가 들어 있습니다.

용어

Variable: 다수의 데이터를 나타내는 상징적인 이름으로, 이 이름은 정의된 코드의 전체 범위에서 참조하는 데이터에 액세스하는 데 사용할 수 있습니다. C++에서 "변수"는 일반적으로 스칼라 데이터 형식의 인스턴스를 나타내는 데 사용되며, 다른 형식의 인스턴스는 일반적으로 "개체"라고 부릅니다.

Object: 단순성과 일관성을 유지하기 위해서 본 항목은 "개체" 라는 용어를 사용하여 클래스 또는 구조물의 샘플을 참고합니다. 그리고 일반적으로 모든 유형과 스칼라 변수를 포함하여 사용됩니다.

POD type (기존의 오래된 데이터): C++언어로 된 데이터 유형의 비공식적 범주는 스칼라 유형(기본 유형 섹션 참조할 것) 또는 POD 클래스 유형을 말합니다. POD 클래스는 POD가 아닌 정적 데이터 멤버가 없으며 사용자 정의 생성자, 사용자 정의 소멸자 또는 사용자 정의 할당 연산자가 없습니다. 또한 POD 클래스에는 가상의 함수, 기본 클래스 및 비공개 또는 보호된 비정적 데이터 멤버가 없습니다. POD 유형은 주로 외부 데이터 교환(예: POD 유형만 있는 C 언어로 작성된 모듈)에 사용됩니다.

변수 및 함수 형식 지정

C++는 강력한 형식의 언어이며 정적인 형식이므로 모든 개체에 형식이 있고 해당 형식은 변경되지 않습니다(정적 데이터 개체와 구분해야 함).
코드에 변수를 선언할 때 변수 형식을 명시적으로 지정하거나 auto 키워드를 사용하여 컴파일러가 이니셜라이저의 형식을 유추하도록 해야 합니다.
코드에 함수를 선언할 때 각 인수의 형식과 반환 값을 지정해야 합니다. 그렇지 않으면 함수에서 반환되는 값이 없을 경우 void가 됩니다. 임의 형식의 인수를 허용하는 함수 템플릿을 사용하는 경우는 예외입니다.

먼저 변수를 선언한 후에는 나중에 형식을 변경할 수 없습니다. 그러나 변수 값 또는 함수의 반환 값을 다른 형식의 다른 변수에 복사할 수 있습니다. 이러한 작업은 형식 변환이라고 부르며, 일부 경우에는 필요하지만 데이터가 손실되거나 잘못될 가능성이 있습니다.

POD 형식의 변수를 선언할 때 초기화, 즉 초기 값을 제공하는 것이 좋습니다. 변수를 초기화할 때까지 해당 메모리 위치에 이전에 있던 비트로 구성된 "가비지" 값을 가지고 있습니다. 특히 초기화를 처리하는 다른 언어를 사용하는 경우 C++의 이 특성을 기억해야 합니다. 비 POD 클래스 형식의 변수를 선언할 경우 생성자가 초기화를 처리합니다.

다음 예제에서는 각각에 대한 일부 설명을 포함한 몇 가지 간단한 변수 선언을 보여 줍니다. 또한 컴파일러가 특정 변수의 후속 작업을 허용하거나 거부하기 위해 형식 정보를 사용하는 방법을 보여줍니다.

    int result = 0;              // Declare and initialize an integer.
    double coefficient = 10.8;   // Declare and initialize a floating 
                                 // point value.
    auto name = "Lady G.";       // Declare a variable and let compiler 
                                 // deduce the type.
    auto address;                // error. Compiler cannot deduce a type 
                                 // without an intializing value.
    age = 12;                    // error. Variable declaration must
                                 // specify a type or use auto!
    result = "Kenny G.";         // error. Can’t assign text to an int.
    string result = "zero";      // error. Can’t redefine a variable with
                                 // new type.
    int maxValue;                // Not recommended! maxValue contains 
                                 // garbage bits until it is initialized.

기본(기본 제공) 형식

일부 언어와 달리, C++에는 다른 형식이 파생되는 유니버설 기본 형식이 없습니다. 언어의 Visual C++ 구현에는 기본 제공 형식이라고도 알려진 여러 개의 기본 형식이 있습니다. 여기에는 int, double, long, bool과 char 및 wchar_t 형식(각각 ASCII 및 UNICODE 문자용)과 같은 숫자 형식이 포함됩니다. 가장 기본적인 유형(bool,double, wchar_t와 관련 유형 제외)에는 변수가 저장할 수 있는 값의 범위를 수정해주는 미등록 버전이 있습니다. 예를 들어 32비트 부호 있는 정수를 저장하는 int는 -2,147,483,648에서 2,147,483,647 사이의 값을 나타낼 수 있습니다. 또한 32비트로 저장되는 unsigned int는 0에서 4,294,967,295 사이의 값을 저장할 수 있습니다. 각 사례에서 사용할 수 있는 값의 총 수는 동일하며, 범위만 다릅니다.

제어 기본 항목은 어떤 작업을 수행할 수 있는지 및 기본 형식 및 방법들이 다른 기본 형식으로 변환될 수 있는지를 통제하도록 만든 컴파일러에 의해 인식됩니다. 기본 제공 형식 및 크기와 숫자 제한의 전체 목록은 기본 형식 (C++)를 참조하십시오.

다음 그림은 기본 제공 형식의 상대적 크기를 보여 줍니다.

기본 제공 형식의 크기(바이트)

다음 표에는 가장 자주 사용하는 기본 형식이 나와 있습니다.

형식	크기	주석
int	4바이트	정수 값에 대한 기본 선택입니다.
double	8바이트	부동 소수점 값에 대한 기본 선택입니다.
bool	1바이트	true 또는 false가 될 수 있는 값을 나타냅니다.
char	1바이트	UNICODE로 변환되지 않는 이전 C 스타일 문자열 또는 std::string 개체의 ASCII 문자에 사용합니다.
wchar_t	2바이트	UNICODE 형식(Windows의 경우 UTF-16, 운영 체제마다 다를 수 있음)으로 인코딩할 수 있는 "와이드" 문자 값을 나타냅니다. std::wstring 형식 문자열에 사용되는 문자 형식입니다.
unsigned char	1바이트	C++에는 기본 byte 형식이 없습니다. 바이트 값을 나타내려면 부호 없는 문자를 사용합니다.
unsigned int	4바이트	비트 플래그에 대한 기본 선택입니다.
long long	8바이트	매우 큰 정수 값을 나타냅니다.

void 형식입니다.

void 형식은 특수한 형식입니다. void 형식의 변수는 선언할 수 없지만 원시(형식화되지 않은) 메모리를 할당할 때 필요한 void *(void 포인터) 형식의 변수는 선언할 수 있습니다. 그러나 void에 대한 포인터는 형식이 안전하지 않으며 일반적으로 최신 C++에서 사용하지 않는 것이 좋습니다. 함수 선언에서 void 반환 값은 해당 함수가 값을 반환하지 않음을 의미합니다. 이는 일반적이고 허용 가능한 void 사용 방식입니다. C 언어는 매개 변수 목록에서 void를 선언하는 0 매개 변수를 가진 함수가 필요했지만(예: fou(void)), 최신 C++에서는 이 방식을 사용하지 않고 fou()를 선언해야 합니다. 자세한 내용은 형식 변환 및 형식 안전성(최신 C++)을 참조하십시오.

const 형식 한정자

기본 제공 또는 사용자 정의 형식은 const 키워드로 정규화할 수 있습니다. 또한 멤버 함수는 const 한정 또는 const 오버로드일 수 있습니다. const 형식 값은 초기화한 후 수정할 수 없습니다.

    const double PI = 3.1415;
    PI = .75 //Error. Cannot modify const variable.

const 한정자는 함수 및 변수 선언에 광범위하게 사용되며 "const 정확성"은 C++의 중요한 개념입니다. 기본적으로 const를 사용하는 것은 컴파일 타임에 값이 실수로 수정되지 않는 것을 보장합니다. 자세한 내용은 const (C++)을 참조하십시오.

const 형식은 비const 버전과 구분됩니다. 예를 들어, const int는 int와 구분되는 형식입니다. 변수에서 const-ness를 제거해야 하는 것과 같이 드문 경우에 C++ const_cast 연산자를 사용할 수 있습니다. 자세한 내용은 형식 변환 및 형식 안전성(최신 C++)을 참조하십시오.

String 형식

엄격히 말해서 C++ 언어에는 기본 제공되는 "문자열" 형식이 없습니다. 단일 문자 저장에는 char 및 wchar_t가 사용됩니다. 마지막으로 유효한 문자를 한 개 지난 배열 요소에 종료 null 값(예: ASCII ‘\0’)을 추가하여 이러한 형식의 배열을 문자열과 비슷하게 선언해야 합니다("C 스타일 문자열"이라고도 함). 훨씬 더 많은 코드를 작성해야 하거나 외부 문자열 유틸리티 라이브러리 함수를 사용해야 하는 C 스타일 문자열입니다. 그러나 현대적인 C++에는 표준 라이브러리 형식 std::string(8비트 char-type 문자열일 경우) 또는 std::wstring(16비트 wchar_t-type 문자열일 경우)이 있습니다. 이러한 STL 컨테이너는 모든 호환 C++ 빌드 환경에 포함된 표준 라이브러리에 속하기 때문에 네이티브 문자열 형식으로 생각할 수 있습니다. 간단히 #include <string> 지시문을 사용하여 이러한 형식을 프로그램에서 사용할 수 있도록 만듭니다. (MFC 또는 ATL을 사용하지 않는 경우 CString 클래스도 사용할 수 있지만 C++ 표준에 포함되지는 않습니다.) 현대 C++에서는 null로 끝나는 문자 배열(앞에서 언급한 C 스타일 문자열)을 사용하지 않는 것이 좋습니다.

사용자 정의 형식

class, struct, union 또는 enum을 정의하면 해당 구문이 기본 형식인 것처럼 코드의 나머지에 사용됩니다. 메모리 크기는 잘 알려져 있고, 사용법에 관한 규정이 컴파일 타임 검사, 가동 시 프로그램 수명 점검을 위해 적용됩니다. 기본 제공 형식과 사용자 정의 형식 간 기본적 차이는 다음과 같습니다.

컴파일러는 기본적으로 사용자 정의 형식을 인식하지 못합니다. 컴파일 프로세스 중 정의를 처음으로 발견할 때 형식을 "학습"합니다.
오버로드를 통해 적합한 연산자를 클래스 멤버 또는 비멤버 함수로 정의하여 해당 형식에서 수행할 수 있는 연산자와 다른 형식으로 변환할 수 있는 방법을 지정합니다. 자세한 내용은 오버로딩을 참조하십시오.
정적 형식(개체 형식을 절대 변경할 수 없는 규칙)일 필요는 없습니다. 상속성 및 다형성 메커니즘을 통해 사용자 정의 형식의 클래스로 선언된 변수(클래스의 개체 인스턴스라고 부름)는 런타임에 컴파일 타임과 다른 형식을 가질 수 있습니다. 자세한 내용은 파생 클래스을 참조하십시오.

포인터 형식

C 언어의 초기 버전부터 시작해서 C++에서는 계속하여 특수 선언자*(별표)를 사용하여 포인터 형식의 변수를 선언할 수 있습니다. 포인터 형식은 메모리에서 실제 데이터 값이 저장되는 위치의 주소를 저장합니다. 최신 C++에서는 이를 원시 포인터라 하며 특수 연산자 *(별표) 또는 ->(보다 큼이 있는 대시)를 통해 코드에서 액세스됩니다. 이를 역참조라고 하며, 사용할 항목은 스칼라에 대해 포인터를 역참조하거나 개체의 멤버에 대해 포인터를 역참조하는지 여부에 따라 달라집니다. 포인터 형식 사용은 C 및 C++ 프로그램 개발 환경에서 가장 까다롭고 복잡한 요소 중 하나였습니다. 이 단원에서는 필요한 경우 기본 포인터를 사용하는 것과 관련된 몇 가지 사실 및 연습에 대해 간단히 설명하지만, 현대적인 C++에서는 스마트 포인터(이 단원의 뒷 부분에서 자세히 설명)의 기술 발전에 따라 개체 소유권을 위해 더 이상 기본 포인터를 사용할 필요가 없으며 권장되지도 않습니다. 원본 포인터를 개체 관찰 시 사용하면 편하고 안전하지만 개체 소유권 획득에 사용해야 할 경우 소유한 개체의 생성 및 소멸 방법을 신중하게 고려하고 주의해서 사용해야 합니다.

가장 먼저 알아야 할 점은 원시 포인터 변수를 선언하는 것은 포인터 변수 역참조가 있는 경우 포인터를 참조하는 메모리 위치의 주소를 저장하는 데 필요한 메모리를 할당한다는 것입니다. 데이터 값 자체에 대한 메모리 할당(백업 저장소라고도 함)이 아직 할당되지 않았습니다. 즉, 기본 포인터 변수를 선언하면 실제 데이터 변수가 아니라 메모리 주소 변수를 만듭니다. 포인터 변수에 백업 저장소에 대한 올바른 주소가 포함되어 있는지 확인하기 전에 포인터 변수를 역참조하면 프로그램에서 정의되지 않은 동작(일반적으로 심각한 오류)이 발생합니다. 다음 예제에서는 이런 종류의 오류를 보여 줍니다.

    int* pNumber;       // Declare a pointer-to-int variable.
    *pNumber = 10;      // error. Although this may compile, it is
                        // a serious error. We are dereferencing an
                        // uninitialized pointer variable with no
                        // allocated memory to point to.

이 예제는 실제 정수 데이터 또는 할당된 유효한 메모리 주소를 저장하기 위해 할당된 메모리 없이 포인터를 역참조합니다. 다음은 다음 오류를 해결한 코드입니다.

    int number = 10;          // Declare and initialize a local integer
                              // variable for data backing store.
    int* pNumber = &number;   // Declare and initialize a local integer
                              // pointer variable to a valid memory
                              // address to that backing store.
...
    *pNumber = 41;            // Dereference and store a new value in 
                              // the memory pointed to by
                              // pNumber, the integer variable called
                              // “number”. Note “number” was changed, not
                              // “pNumber”.

수정된 코드 예제는 로컬 스택 메모리를 사용하여 pNumber가 가리키는 백업 저장소를 만듭니다. 간단히 기본 형식을 사용합니다. 실제로 포인터의 지원 저장소는 new 키워드 표현식(C 스타일 프로그래밍에서는 이전 malloc() C 런타임 라이브러리 함수가 사용됨)을 사용하여 힙(또는 "자유 저장소")이라는 메모리 영역에 동적으로 할당되는 사용자 정의 형식인 경우가 많습니다. 일단 이러한 "변수"가 할당되어, 특히 클래스 정의로 기반을 이루면 일반적으로 "개체"로 언급됩니다. new에 할당된 메모리는 해당delete 문에 의해 삭제되어야 합니다(또는 할당에 필요한 malloc() 기능인 C 런타임 기능 free()을 사용할 경우).

그러나 특히 복잡한 코드에서는 동적으로 할당된 개체를 삭제하는 것을 쉽게 잊기 때문에 메모리 누수라고 하는 리소스 버그가 발생합니다. 그러므로 최신 C++에서는 원시 포인터를 사용하지 않는 것이 좋습니다. 스마트 포인터로 원본 포인터를 래핑하는 것은 항상 좋습니다. 원본 포인트는 소멸자가 호출되면 메모리를 자동 해제하고(스마트 포인터의 범위에서 벗어날 경우) 사용자는 스마트 포인터를 사용하여 C++ 프로그램에 있는 모든 급의 버그를 제거합니다. 다음 예에서 MyClass는 DoSomeWork();의 공용 메서드를 가진 사용자 정의 형식입니다.

void someFunction() {
    unique_ptr<MyClass> pMc(new MyClass);
    pMc->DoSomeWork();
}
  // No memory leak. Out-of-scope automatically calls the destructor
  // for the unique_ptr, freeing the resource.

스마트 포인터에 대한 자세한 내용은 스마트 포인터(최신 C++)를 참조하십시오.

포인터 변환에 대한 자세한 내용은 형식 변환 및 형식 안전성(최신 C++)를 참조하십시오.

일반 포인터에 대한 자세한 내용은 포인터를 참조하십시오.

Windows 데이터 형식

C 및 C++의 클래식 Win32 프로그래밍에서 대부분의 함수에는 매개 변수 및 반환 값 형식을 지정하는 Windows 관련 typedefs 및 #define 매크로(windef.h에 정의됨)가 사용됩니다. 이러한 "Windows 데이터 형식"은 대부분 C/C++ 기본 제공 형식에 지정된 특수 이름(별칭)입니다. 이러한 typedefs 및 전처리기 정의의 전체 목록을 보려면 Windows Data Types를 참조하십시오. HRESULT, LCID와 같은 이러한 typedefs 중 일부는 유용하며 설명을 포함합니다. INT와 같은 다른 형식은 특별한 의미가 없으며 기본적 C++ 형식의 별칭입니다. 그 외 Windows 데이터 유형은 C 프로그래밍 및 16비트 프로세서 시기부터 내려온 이름을 그대로 가지고 있으며 최신 하드웨어 또는 운영 체제에 다른 목적과 의미를 가지고 있지 않습니다. 또한 Windows Runtime base data types로 나열된 Windows 런타임 라이브러리와 연결된 특수 데이터 형식도 있습니다. 현대적인 C++에서 일반적인 지침은 Windows 형식이 값 해석 방식에 대해 추가적인 의미를 전달하지 않는 한 C++ 기본 형식을 사용하는 것입니다.

추가 정보

C++ 형식 시스템에 대한 자세한 내용은 다음 항목을 참조하십시오.

값 형식(최신 C++)	값 형식 및 용도와 관련된 문제에 대해 설명합니다.
형식 변환 및 형식 안전성(최신 C++)	일반적인 형식 변환 문제를 설명하고 이러한 문제를 방지하는 방법을 보여 줍니다.

참고 항목

기타 리소스

C++의 진화(최신 C++)

C++ 언어 참조

C++ 표준 라이브러리 참조

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