C언어로 배우는 객체지향 프로그래밍: 상상보다 훨씬 쉬운 비결
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C언어는 절차지향 언어의 대표 주자로 알려져 있지만, 사실 객체지향의 원리를 이해하기에 가장 완벽한 토대를 제공합니다. 복잡한 C++이나 Java의 문법에 매몰되기 전에, C언어의 구조체와 함수 포인터를 활용하여 객체지향 프로그래밍(OOP)의 핵심을 파악하면 프로그래밍 실력이 비약적으로 상승합니다. 이 글에서는 아주 기초적인 개념부터 시작하여 C언어로 객체지향을 구현하는 가장 쉬운 방법을 안내합니다.
목차
- 객체지향 프로그래밍이란 무엇인가?
- C언어에서 객체를 만드는 도구: 구조체(struct)
- 동작을 부여하는 기술: 함수 포인터 활용
- 캡슐화 구현하기: 정보 은닉의 기초
- 상속의 원리: 구조체 포함(Composition) 방식
- 다형성 흉내 내기: 인터페이스와 함수 테이블
- 결론: C언어로 배우는 OOP의 가치
객체지향 프로그래밍이란 무엇인가?
객체지향은 프로그램을 단순히 명령어의 나열로 보는 것이 아니라, 데이터와 그 데이터를 처리하는 함수를 하나의 단위인 ‘객체’로 묶어 관리하는 방식입니다.
- 절차지향: 무엇을(데이터) 어떻게(함수) 처리할지 순서에 집중합니다.
- 객체지향: 누가(객체) 어떤 능력(함수)을 가지고 서로 소통하는지에 집중합니다.
- 주요 특징: 캡슐화, 상속, 다형성, 추상화가 핵심 4대 요소입니다.
- C언어 활용: C언어에는 class 키워드가 없지만, 구조체를 통해 이 개념을 모두 구현할 수 있습니다.
C언어에서 객체를 만드는 도구: 구조체(struct)
객체는 상태(데이터)와 행위(함수)를 가집니다. C언어에서 데이터를 묶는 가장 강력한 도구는 구조체입니다.
- 구조체의 역할: 서로 다른 타입의 변수들을 하나의 이름으로 묶어줍니다.
- 상태 정의: 객체가 가져야 할 속성들을 구조체 멤버 변수로 선언합니다.
- 메모리 할당: 구조체 변수를 생성하는 행위 자체가 객체의 인스턴스화와 동일합니다.
- 예시: ‘자동차’ 객체를 만든다면 속도, 연료량, 모델명 등을 구조체 내부에 정의합니다.
동작을 부여하는 기술: 함수 포인터 활용
단순한 데이터 묶음인 구조체에 ‘행위’를 부여하려면 함수 포인터가 필요합니다. 이것이 객체지향 프로그래밍 c언어 매우 쉬운 방법의 핵심입니다.
- 함수 포인터란: 함수의 시작 주소를 저장하는 변수입니다.
- 구조체 내 삽입: 구조체 멤버로 함수 포인터를 포함시켜 해당 객체가 특정 동작을 수행하게 합니다.
- 동적 연결: 실행 중에 객체가 수행할 함수를 바꿀 수 있는 유연성을 제공합니다.
- 호출 방식:
객체명.함수포인터명()형태로 호출하여 마치 클래스의 메서드처럼 사용합니다.
캡슐화 구현하기: 정보 은닉의 기초
캡슐화는 외부에서 객체 내부의 민감한 데이터에 직접 접근하지 못하게 막고, 정해진 통로(함수)를 통해서만 소통하는 것입니다.
- 헤더 파일(.h) 활용: 구조체의 선언부만 노출하고 상세 구현은 숨깁니다.
- 정적 변수(static): 소스 파일(.c) 내에서만 유효한 변수를 선언하여 외부 접근을 차단합니다.
- Getter와 Setter: 구조체 멤버에 접근하는 전용 함수를 만들어 데이터의 무결성을 유지합니다.
- 인터페이스 분리: 사용자는 함수가 어떻게 작동하는지 몰라도 인터페이스만 알면 객체를 사용할 수 있습니다.
상속의 원리: 구조체 포함(Composition) 방식
C언어에는 상속 키워드가 없지만, 구조체 안에 다른 구조체를 포함시키는 방식으로 상속과 유사한 효과를 낼 수 있습니다.
- 포함 관계(Has-a): 기본이 되는 구조체를 자식 구조체의 첫 번째 멤버로 배치합니다.
- 메모리 구조 활용: 자식 구조체의 주소는 곧 첫 번째 멤버인 부모 구조체의 주소와 동일함을 이용합니다.
- 포인터 타입 캐스팅: 자식 객체의 주소를 부모 타입의 포인터로 변환하여 부모의 기능을 그대로 사용합니다.
- 코드 재사용: 부모 구조체에 정의된 데이터와 함수 포인터를 자식이 물려받아 활용합니다.
다형성 흉내 내기: 인터페이스와 함수 테이블
다형성은 동일한 메시지에 대해 서로 다른 방식으로 반응하는 성질입니다. C언어에서는 함수 포인터 배열이나 구조체를 통해 이를 구현합니다.
- 가상 함수 테이블(VTable): 객체마다 호출할 함수의 주소를 담은 테이블을 관리합니다.
- 동일한 호출, 다른 결과: 부모 타입 포인터로 여러 자식 객체를 가리키더라도, 각자 연결된 함수 포인터에 따라 다른 동작을 수행합니다.
- 유지보수성 향상: 새로운 형태의 객체가 추가되어도 메인 로직을 수정할 필요가 없습니다.
- 추상화 수준 조절: 구체적인 구현체 대신 공통된 인터페이스(함수 포인터 모음)를 통해 소통합니다.
결론: C언어로 배우는 OOP의 가치
C언어로 객체지향을 공부하는 것은 자동차의 내부 엔진 구조를 직접 뜯어보는 것과 같습니다.
- 기본 원리 체득: 자동화된 기능 뒤에 숨겨진 메모리 구조와 포인터 연산을 명확히 이해하게 됩니다.
- 효율적인 프로그래밍: 불필요한 라이브러리 오버헤드 없이 가벼운 객체지향 시스템을 구축할 수 있습니다.
- 다른 언어로의 확장: C언어에서 익힌 개념은 C++, Java, Python 등의 고급 언어를 배우는 탄탄한 기초가 됩니다.
- 사고의 전환: 단순 코딩을 넘어 시스템 전체를 설계하는 설계자의 관점을 가질 수 있습니다.
객체지향 프로그래밍 c언어 매우 쉬운 방법은 결국 ‘데이터를 어떻게 묶고, 함수를 어떻게 연결할 것인가’에 대한 고민에서 출발합니다. 구조체와 포인터라는 C언어의 기본 도구만으로도 충분히 강력한 객체지향 시스템을 만들 수 있음을 기억하십시오.