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GD's IT Lectures : 기초부터 시리즈/C, C++ 기초부터 ~

[C/C++ 프로그래밍] 12. 구조체

by GDNGY 2023. 5. 16.

Chapter 12. 구조체

구조체의 개념과 선언 방법, 그리고 초기화를 배우게 됩니다. 구조체를 사용해 변수를 선언하고 접근하는 방법, 구조체 배열, 그리고 함수와의 상호작용에 대해 다룹니다. 또한, 구조체의 메모리 할당과 포인터 사용법, 중첩된 구조체 사용, 그리고 typedef를 통한 별칭 설정 등도 포함되어 있습니다. 이를 통해 코드를 효율적으로 작성하는 방법을 배울 수 있습니다.

 

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[Chapter 12. 구조체]

 

12.1. 구조체의 이해

12.1.1. 구조체의 개념과 필요성

12.1.2. 구조체의 선언과 초기화

 

12.2. 구조체의 사용

12.2.1. 구조체 변수의 선언과 접근

12.2.2. 구조체 배열

12.2.3. 구조체와 함수

 

12.3. 구조체와 메모리

12.3.1. 구조체의 메모리 할당

12.3.2. 구조체의 크기 계산

12.3.3. 구조체와 포인터

 

12.4. 구조체와 포인터

12.4.1. 구조체 포인터의 이해와 선언

12.4.2. 구조체 포인터의 활용

 

12.5. 구조체의 중첩

12.5.1. 구조체 내부에 구조체

12.5.2. 구조체 배열의 중첩

12.5.3. 구조체와 함수의 중첩

 

12.6. typedef를 이용한 구조체 별칭

12.6.1. typedef의 이해

12.6.2. typedef를 이용한 구조체 별칭 정의

12.1. 구조체의 이해

구조체의 기본적인 개념과 필요성을 배우게 됩니다. 구조체는 서로 다른 타입의 변수들을 한 그룹으로 묶는 방법을 제공합니다. 이렇게 함으로써 관련된 데이터를 하나의 단위로 취급할 수 있게 됩니다. 또한, 이 섹션에서는 구조체의 선언과 초기화 방법에 대해서도 배울 수 있습니다. 이를 통해 구조체를 어떻게 사용해야 하는지에 대한 이해를 돕게 됩니다.

12.1.1. 구조체의 개념과 필요성

구조체(structure)는 서로 관련이 있는 데이터를 하나의 단위로 묶은 데이터 형입니다. 예를 들어, 학생의 이름, 나이, 성적 등을 담기 위해 각각 다른 변수를 선언하는 것은 번거로운 일이며, 이 변수들 간의 관련성을 명시적으로 보여주지 못합니다. 이때 구조체를 사용하면, 이들 데이터를 하나의 집합으로 묶어서 표현할 수 있으며, 프로그래밍을 효율적으로 수행할 수 있습니다.

 

[예제] C

struct Student {
    char name[20];
    int age;
    int score;
};

struct Student stu1;
strcpy(stu1.name, "Kim");
stu1.age = 20;
stu1.score = 90;


[예제] C++

struct Student {
    string name;
    int age;
    int score;
};

Student stu1;
stu1.name = "Kim";
stu1.age = 20;
stu1.score = 90;

 

위의 코드에서 'struct Student'는 구조체의 선언이며, 각각의 이름, 나이, 점수를 담는 변수를 선언하였습니다. 'stu1'는 'struct Student' 타입의 변수를 선언한 것으로, 이 변수를 통해 name, age, score에 접근할 수 있습니다.

 

12.1.2. 구조체의 선언과 초기화

구조체는 struct 키워드를 사용하여 선언합니다. 구조체 선언은 struct 키워드 다음에 구조체 이름을 작성하고, 중괄호 {} 내부에 구조체 멤버를 선언합니다. 각 멤버는 별도의 자료형을 가질 수 있습니다.

 

구조체 변수는 구조체 타입에 따라 선언하고, 연산자를 사용하여 멤버에 접근할 수 있습니다. 구조체의 초기화는 선언과 동시에 이루어질 수 있습니다.

 

[예제] C

struct Person {
    char name[20];
    int age;
};

struct Person p1 = {"John", 25}; // 선언과 동시에 초기화
printf("Name: %s, Age: %d\n", p1.name, p1.age); // 출력: Name: John, Age: 25

 

[예제] C++

struct Person {
    string name;
    int age;
};

Person p1 = {"John", 25}; // 선언과 동시에 초기화
cout << "Name: " << p1.name << ", Age: " << p1.age << endl; // 출력: Name: John, Age: 25

여기서 "John"과 25는 각각 구조체 Person의 멤버인 name과 age를 초기화하는 값입니다. 구조체 변수 p1은 선언과 동시에 초기화되었습니다.

 

이렇게 구조체를 이해하고 활용하면, 관련 있는 데이터를 묶어서 다루기 편리하게 됩니다. 이것이 바로 구조체의 필요성입니다. 구조체는 프로그래밍에서 매우 중요한 요소입니다.

 

12.2. 구조체의 사용

구조체를 실제로 어떻게 활용하는지에 대해 배웁니다. 구조체 변수의 선언 및 접근 방법, 구조체 배열의 활용, 그리고 함수 내에서 구조체를 사용하는 방법에 대해 알아봅니다. 이를 통해 단순히 구조체의 개념을 이해하는 것을 넘어서, 실제 프로그래밍에서 구조체를 어떻게 활용할 수 있는지에 대한 실질적인 이해를 돕게 됩니다.

12.2.1. 구조체 변수의 선언과 접근

구조체를 선언하는 방법을 배웠다면, 이제 구조체의 변수를 선언하고 접근하는 방법을 알아봅시다. 구조체 변수는 선언된 구조체 타입에 따라 만들어집니다. 각 변수는 해당 구조체의 인스턴스라고 할 수 있으며, 구조체 내의 각 항목에 접근하려면 점(.) 연산자를 사용합니다.

 

다음은 C 언어에서의 예시입니다:

[예제] C

struct Employee {
    char name[20];
    int id;
};

struct Employee emp1; // Employee 구조체 타입의 변수 emp1을 선언

strcpy(emp1.name, "James"); // emp1의 name 멤버에 접근
emp1.id = 1234; // emp1의 id 멤버에 접근

printf("Employee Name: %s\n", emp1.name);
printf("Employee ID: %d\n", emp1.id);

 

C++에서는 다음과 같이 사용할 수 있습니다:

[예제] C++

struct Employee {
    string name;
    int id;
};

Employee emp1; // Employee 구조체 타입의 변수 emp1을 선언

emp1.name = "James"; // emp1의 name 멤버에 접근
emp1.id = 1234; // emp1의 id 멤버에 접근

cout << "Employee Name: " << emp1.name << endl;
cout << "Employee ID: " << emp1.id << endl;

 

구조체 변수를 선언하는 방법과 멤버에 접근하는 방법을 이해했다면, 이제 구조체를 실제로 사용하여 복잡한 데이터를 더 효율적으로 관리하는 방법을 배울 준비가 되었습니다. 이렇게 복잡한 데이터를 묶어서 관리하는 것은 프로그래밍의 핵심 기법 중 하나이므로 잘 이해하고 넘어가시기 바랍니다.

 

12.2.2. 구조체 배열

우리는 이제 구조체 변수를 선언하고 접근하는 방법에 대해 배웠습니다. 그럼 이제 구조체의 배열에 대해 알아볼까요? 여러분이 이미 배열에 대해 알고 있다면, 구조체 배열 역시 쉽게 이해하실 수 있을 것입니다. 구조체 배열은 동일한 타입의 구조체 변수를 여러 개 가질 수 있는 배열입니다.

 

다음은 C 언어에서의 구조체 배열을 선언하고 사용하는 방법입니다:

[예제] C

struct Student {
    char name[20];
    int age;
};

struct Student students[3]; // Student 구조체 타입의 배열을 선언

// 배열의 각 요소에 접근
strcpy(students[0].name, "John");
students[0].age = 20;

strcpy(students[1].name, "Mike");
students[1].age = 22;

strcpy(students[2].name, "Sara");
students[2].age = 21;

for(int i = 0; i < 3; i++) {
    printf("Student Name: %s\n", students[i].name);
    printf("Student Age: %d\n", students[i].age);
}

 

C++에서는 다음과 같이 작성할 수 있습니다:

[예제] C++

struct Student {
    string name;
    int age;
};

Student students[3]; // Student 구조체 타입의 배열을 선언

// 배열의 각 요소에 접근
students[0].name = "John";
students[0].age = 20;

students[1].name = "Mike";
students[1].age = 22;

students[2].name = "Sara";
students[2].age = 21;

for(int i = 0; i < 3; i++) {
    cout << "Student Name: " << students[i].name << endl;
    cout << "Student Age: " << students[i].age << endl;
}

 

여기서 우리는 배열에 구조체를 사용하여 관련된 여러 개의 데이터 항목을 하나의 그룹으로 관리하는 방법을 배웠습니다. 이를 통해 우리는 코드의 가독성을 향상하고, 복잡한 데이터를 효과적으로 관리할 수 있게 됩니다. 구조체 배열은 프로그래밍에서 자주 사용되는 중요한 개념이므로, 잘 이해하고 활용해 보세요!

 

12.2.3. 구조체와 함수

구조체는 프로그램 내에서 복잡한 데이터를 한 곳에 모아 관리하는 데 효과적인 도구입니다. 그러나 구조체와 함께 함수를 사용하면 더욱 강력해집니다. 함수는 작업을 수행하는 코드의 블록이며, 구조체를 매개변수로 받거나 반환값으로 사용할 수 있습니다. 이로써, 우리는 코드의 재사용성을 높이고, 프로그램의 가독성과 유지 보수성을 향상할 수 있습니다.

 

다음은 C 언어에서의 예시입니다:

[예제] C

struct Rectangle {
    int length;
    int width;
};

// 구조체를 반환하는 함수
struct Rectangle createRectangle(int length, int width) {
    struct Rectangle rect;
    rect.length = length;
    rect.width = width;
    return rect;
}

// 구조체를 매개변수로 받는 함수
int calculateArea(struct Rectangle rect) {
    return rect.length * rect.width;
}

int main() {
    struct Rectangle rect1 = createRectangle(5, 7);
    printf("Area of Rectangle: %d\n", calculateArea(rect1));
    return 0;
}

 

C++에서는 다음과 같이 사용할 수 있습니다:

[예제] C++

struct Rectangle {
    int length;
    int width;
};

// 구조체를 반환하는 함수
Rectangle createRectangle(int length, int width) {
    Rectangle rect;
    rect.length = length;
    rect.width = width;
    return rect;
}

// 구조체를 매개변수로 받는 함수
int calculateArea(Rectangle rect) {
    return rect.length * rect.width;
}

int main() {
    Rectangle rect1 = createRectangle(5, 7);
    cout << "Area of Rectangle: " << calculateArea(rect1) << endl;
    return 0;
}

 

구조체를 매개변수로 받거나 반환하는 함수를 사용하면, 서로 관련된 데이터를 그룹화하고 이를 기반으로 연산을 수행하는 코드를 더 깔끔하고 효과적으로 작성할 수 있습니다. 이런 방식은 특히 큰 프로그램을 작성하거나, 복잡한 문제를 해결할 때 큰 도움이 됩니다.

 

12.3. 구조체와 메모리

구조체의 메모리 할당 방식, 구조체의 크기 계산 방법, 그리고 구조체와 포인터의 상호 작용에 대해 알아봅니다. 이를 통해, C/C++에서 구조체가 메모리 상에서 어떻게 위치하는지 이해하고, 메모리를 효율적으로 활용하는 방법을 배울 수 있습니다. 또한, 이를 통해 프로그램의 성능 향상과 메모리 관리를 위한 기본적인 이해를 갖추게 됩니다. 프로그래밍에 있어서 깊은 이해를 필요로 하는 중요한 주제입니다.

12.3.1. 구조체의 메모리 할당

구조체는 메모리 상에서 연속적인 공간에 할당됩니다. 즉, 구조체를 선언하면, 구조체의 모든 멤버가 메모리 상에서 순차적으로 위치하게 됩니다. 이러한 방식은 구조체의 각 멤버에 접근하거나 값을 변경할 때 효율적입니다.

 

다음은 C 언어에서의 예시입니다:

[예제] C

#include <stdio.h>

struct Rectangle {
    int length;
    int width;
};

int main() {
    struct Rectangle rect1;
    rect1.length = 5;
    rect1.width = 7;

    printf("Size of rect1: %lu bytes\n", sizeof(rect1));  // 출력: Size of rect1: 8 bytes

    return 0;
}

 

위의 예제에서, 'Rectangle' 구조체는 2개의 'int' 멤버를 가지고 있습니다. 'int'의 크기는 보통 4 바이트이므로, 'Rectangle' 구조체의 크기는 8바이트가 됩니다. 여기서 sizeof 연산자를 사용하여 'rect1'의 크기를 계산하면, 예상한 대로 8바이트가 출력됩니다.

 

C++에서도 비슷하게 사용합니다:

[예제] C++

#include <iostream>

struct Rectangle {
    int length;
    int width;
};

int main() {
    Rectangle rect1;
    rect1.length = 5;
    rect1.width = 7;

    std::cout << "Size of rect1: " << sizeof(rect1) << " bytes" << std::endl;  // 출력: Size of rect1: 8 bytes

    return 0;
}

 

위 예제에서는 'cout'와 'endl'을 사용하여 구조체의 크기를 출력하고 있습니다.

 

구조체의 메모리 할당 방식을 이해하면, 우리는 메모리 사용량을 적정하게 유지하면서 필요한 데이터를 효율적으로 관리할 수 있습니다. 이는 특히 메모리가 제한적인 임베디드 시스템이나, 대용량 데이터를 다루는 시스템에서 중요한 역할을 합니다. 때문에, 이러한 지식은 더 복잡하고 실질적인 프로그래밍 문제를 해결하는 데 도움이 됩니다.

 

12.3.2. 구조체의 크기 계산

구조체의 크기를 계산하려면 sizeof 연산자를 사용하면 됩니다. sizeof 연산자는 메모리의 바이트 단위 크기를 반환하는 특수한 연산자입니다.

 

아래에는 C 언어에서 구조체의 크기를 계산하는 예시를 보여드리겠습니다:

[예제] C

#include <stdio.h>

struct MyStruct {
    int i;
    double d;
    char c;
};

int main() {
    struct MyStruct s;
    printf("Size of MyStruct: %lu bytes\n", sizeof(s));  // 출력: Size of MyStruct: 16 bytes
    return 0;
}

 

이 코드에서 'MyStruct'라는 구조체는 'int', 'double', 'char' 세 가지 타입의 멤버를 가지고 있습니다. 각각의 멤버의 크기는 일반적으로 'int'는 4 바이트, 'double'은 8 바이트, 'char'은 1 바이트입니다. 그러나 sizeof(s)의 결과는 16 바이트입니다. 이는 C/C++에서 데이터는 특정 바이트 경계에 맞춰 메모리에 저장되는데, 이를 '데이터 정렬(data alignment)'이라 합니다. 따라서 'MyStruct'의 크기는 13 바이트가 아닌 16 바이트가 됩니다.

 

같은 내용을 C++에서 확인할 수도 있습니다:

[예제] C

#include <iostream>

struct MyStruct {
    int i;
    double d;
    char c;
};

int main() {
    MyStruct s;
    std::cout << "Size of MyStruct: " << sizeof(s) << " bytes" << std::endl;  // 출력: Size of MyStruct: 16 bytes
    return 0;
}

 

구조체의 크기를 정확히 계산하려면 '데이터 정렬'에 대한 이해가 필요합니다. '데이터 정렬'은 컴퓨터 아키텍처에 따라 다르며, 이는 효율적인 메모리 접근을 위해 중요합니다. 대부분의 경우, 컴파일러가 이를 자동으로 관리해 주지만, 때로는 프로그래머가 직접 메모리 정렬을 관리해야 할 때도 있습니다. 그런 경우에는 특정 키워드(__attribute__((aligned)) 등)를 사용하여 메모리 정렬을 조절할 수 있습니다. 하지만 이는 초급 단계를 벗어난 고급 주제로, 이를 이해하려면 메모리 구조와 컴퓨터 아키텍처에 대한 깊은 이해가 필요합니다. 

 

12.3.3. 구조체와 포인터

포인터와 구조체를 함께 사용하면, 더욱 다양한 프로그래밍 기법을 활용할 수 있습니다. 구조체 포인터는 구조체의 주소를 저장하는 포인터로, 이를 통해 구조체의 멤버에 동적으로 접근하거나 함수로 구조체를 전달할 수 있습니다. 

 

구조체 포인터를 선언하는 방법은 다음과 같습니다. 예를 들어, 아래 코드는 struct MyStruct 형태의 포인터 p를 선언합니다. 

 

[예제] C

struct MyStruct {
    int i;
    double d;
};

struct MyStruct* p;

 

이렇게 선언된 구조체 포인터를 사용하여 구조체의 멤버에 접근하려면 '->' 연산자를 사용합니다. 아래 코드에서 p->i와 p->d는 각각 s.i와 s.d를 가리킵니다. 

 

[예제] C

struct MyStruct s = {10, 3.14};
struct MyStruct* p = &s;

printf("%d, %f\n", p->i, p->d);  // 출력: 10, 3.140000

 

이와 비슷하게 C++에서도 동일한 방법으로 구조체 포인터를 선언하고 사용할 수 있습니다.

 

[예제] C++

struct MyStruct {
    int i;
    double d;
};

int main() {
    MyStruct s = {10, 3.14};
    MyStruct* p = &s;
    
    std::cout << p->i << ", " << p->d << std::endl;  // 출력: 10, 3.14
    return 0;
}

 

또한 구조체 포인터를 이용하면, 구조체를 반환하는 함수를 만들 수 있습니다. 이는 함수 내부에서 생성된 구조체의 주소를 반환함으로써, 함수 외부에서도 해당 구조체를 사용할 수 있게 합니다. 이런 방식은 동적 메모리 할당과 함께 사용되어, 큰 규모의 데이터를 효율적으로 관리하는 데 도움이 됩니다.

하지만 이렇게 사용할 때는 메모리 누수에 주의해야 합니다. 함수 내에서 동적으로 할당한 메모리는 반드시 적절한 시점에서 해제되어야 합니다. 그렇지 않으면 사용하지 않는 메모리가 계속 쌓여 시스템의 자원을 낭비하게 되는 '메모리 누수(memory leak)' 문제가 발생할 수 있습니다. 이는 심각한 성능 저하를 초래하며, 프로그램의 안정성을 위협할 수 있습니다.

이처럼 포인터와 구조체를 함께 사용하는 것은 매우 강력한 도구입니다. 하지만 이는 동시에 주의를 요구하는 부분이기도 합니다. 그래서 이러한 기법을 잘 이해하고, 적절하게 사용하는 것이 중요합니다.

 

12.4. 구조체와 포인터

구조체와 포인터가 어떻게 함께 작동하는지에 대해 배웁니다. 구조체 포인터의 선언과 사용, 그리고 구조체 포인터를 활용한 다양한 프로그래밍 기법에 대해 알아봅니다. 이를 통해, 복잡한 데이터 구조를 효율적으로 관리하고, 메모리를 효율적으로 활용하는 방법을 배울 수 있습니다. 이 섹션은 C/C++ 프로그래밍에서 중요한 개념을 다루므로, 잘 이해하고 넘어가는 것이 중요합니다.

12.4.1. 구조체 포인터의 이해와 선언

구조체와 포인터의 조합은 C/C++에서 데이터를 관리하는 데 있어서 매우 중요한 역할을 합니다. 이를 이해하려면 먼저 구조체 포인터가 무엇인지 알아야 합니다. 간단히 말해, 구조체 포인터란 구조체 변수의 주소를 저장하는 포인터입니다.

 

C 언어에서는 다음과 같이 구조체 포인터를 선언할 수 있습니다:

[예제] C

struct Student {
    int id;
    char name[20];
};

struct Student *ptr;

 

여기서 *ptr는 Student라는 구조체를 가리키는 포인터입니다. 이것은 Student 구조체의 메모리 주소를 저장합니다.

 

이렇게 선언한 후에는, ptr에 Student 구조체의 주소를 할당해 줄 수 있습니다.

[예제] C

struct Student std;
ptr = &std;

 

이제 ptr은 std의 메모리 주소를 가지고 있으므로, 이를 통해 std에 접근할 수 있습니다.

 

C++에서는 거의 동일한 방식으로 작동하지만, 선언하는 방법이 조금 다릅니다.

[예제] C++

struct Student {
    int id;
    string name;
};

Student *ptr;

 

C++에서는 struct 키워드를 사용하지 않아도 됩니다.

 

구조체 포인터를 이해하고 올바르게 사용하는 것은 C/C++ 프로그래밍에서 중요한 스킬입니다. 이를 통해 다양한 데이터 구조를 효율적으로 관리할 수 있으며, 메모리를 더욱 효율적으로 활용할 수 있습니다.

 

12.4.2. 구조체 포인터의 활용

이전 섹션에서 우리는 구조체 포인터를 어떻게 선언하는지 배웠습니다. 이제 구조체 포인터가 어떻게 활용되는지 살펴보겠습니다.

 

구조체 포인터로 구조체 멤버 접근: 구조체 포인터를 통해 구조체의 멤버에 접근하려면 '->' 연산자를 사용합니다.

 

[예제]

struct Student {
    int id;
    char name[20];
};
struct Student std;
struct Student *ptr = &std;

ptr->id = 123;
strcpy(ptr->name, "John Doe");

 

위 예제에서 볼 수 있듯이, 구조체 포인터를 사용하면 '->' 연산자를 통해 구조체의 멤버에 직접 접근할 수 있습니다.

 

동적 메모리 할당: 구조체 포인터는 동적 메모리 할당을 통해 런타임에 구조체를 생성하는 데 사용될 수 있습니다.

 

[예제] C

struct Student *ptr = (struct Student*)malloc(sizeof(struct Student));
if(ptr != NULL) {
    ptr->id = 123;
    strcpy(ptr->name, "John Doe");
}

 

위 코드는 malloc 함수를 사용하여 Student 구조체의 크기만큼 메모리를 동적으로 할당하고, 그 주소를 ptr에 저장합니다.

 

C++에서는 new 연산자를 사용하여 동적 메모리를 할당할 수 있습니다.

 

[예제] C++

Student *ptr = new Student;

if(ptr != nullptr) {
    ptr->id = 123;
    ptr->name = "John Doe";
}

 

함수의 매개변수 및 반환 값: 구조체 포인터는 함수의 매개변수나 반환 값으로 사용될 수 있습니다. 이는 큰 구조체를 복사하는 오버헤드를 줄이고, 함수 내에서 구조체의 값을 변경할 수 있게 합니다.

 

구조체 포인터를 이해하고 활용하면 프로그램의 메모리 효율성을 향상하고 코드의 가독성을 높일 수 있습니다. 이러한 기법은 데이터 구조, 시스템 프로그래밍, 그래픽 등 다양한 분야에서 활용됩니다.

12.5. 구조체의 중첩

한 구조체 안에 다른 구조체가 포함되는 것을 의미합니다. 이는 더 복잡한 데이터 구조를 만들기 위해 사용됩니다. 예를 들어, '학생' 구조체가 '이름'과 '주소' 구조체를 가질 수 있습니다. 주소 구조체는 다시 '도시', '우편번호' 등의 멤버를 가질 수 있습니다. 이를 통해 프로그램의 가독성과 관리 용이성이 향상됩니다.

12.5.1. 구조체 내부에 구조체

'구조체 내부에 구조체'는 프로그래밍에서 매우 흔하게 사용되는 패턴으로, 복잡한 데이터 구조를 만들 때 유용합니다. 이것은 다른 구조체를 멤버로 포함하는 구조체를 정의하는 것을 의미합니다. 예를 들어, 학생(Student) 구조체가 있고 이 구조체 안에 주소(Address) 구조체를 포함하는 것이 가능합니다.

 

[예제] C

struct Address {
    char city[50];
    char postcode[10];
};

struct Student {
    char name[50];
    struct Address address;
};

 

[예제] C++

struct Address {
    string city;
    string postcode;
};

struct Student {
    string name;
    Address address;
};


이러한 중첩 구조체는 각 구조체 멤버에 접근할 때 점 연산자(.)를 사용합니다. 예를 들어, 학생의 이름에 접근하려면 'student.name'을, 도시 이름에 접근하려면 'student.address.city'를 사용합니다. 이 방식을 사용하면 코드가 읽기 쉬워지고, 더 복잡한 데이터 구조를 손쉽게 만들 수 있습니다.

 

다만, 구조체 내부에 다른 구조체를 정의하는 것과 구조체 내부에 다른 구조체의 인스턴스를 선언하는 것은 큰 차이가 있습니다. 전자의 경우, 내부 구조체는 외부 구조체와 함께 선언될 때만 사용되는 반면, 후자의 경우 다른 곳에서도 재사용될 수 있습니다. 이 둘 사이의 선택은 필요에 따라 달라집니다. 

 

구조체 내부에 다른 구조체를 정의하는 경우에는 외부에서 내부 구조체에 직접 접근할 수 없습니다. 외부에서 접근하려면 외부 구조체를 통해야 합니다. 이는 캡슐화라는 객체 지향 프로그래밍 원칙을 따르는 데 도움이 될 수 있습니다.

 

구조체 내부에 다른 구조체의 인스턴스를 선언하는 경우에는 이 인스턴스가 외부에서도 사용될 수 있습니다. 이는 코드 재사용성을 높이는 데 도움이 됩니다. 다만, 이 방법을 사용할 때는 메모리 관리에 주의해야 합니다. 구조체가 더 이상 필요하지 않을 때, 모든 내부 구조체 인스턴스도 적절히 제거되어야 합니다.

 

마지막으로, 중첩 구조체의 크기는 내부 구조체의 크기와 외부 구조체의 다른 멤버들의 크기의 합과 같습니다. 이는 각 멤버가 메모리에서 차지하는 공간이므로, 구조체의 크기를 계산할 때는 이 점을 고려해야 합니다.

 

아래는 구조체 내부에 다른 구조체를 사용하는 예제 코드입니다.

 

[예제] C

struct Address {
    char city[50];
    char postcode[10];
};

struct Student {
    char name[50];
    struct Address address;
};

int main() {
    struct Student student;
    strcpy(student.name, "John Doe");
    strcpy(student.address.city, "Seoul");
    strcpy(student.address.postcode, "12345");

    printf("Student name: %s\n", student.name);
    printf("City: %s\n", student.address.city);
    printf("Postcode: %s\n", student.address.postcode);

    return 0;
}

 

[예제] C++

struct Address {
    string city;
    string postcode;
};

struct Student {
    string name;
    Address address;
};

int main() {
    Student student;
    student.name = "John Doe";
    student.address.city = "Seoul";
    student.address.postcode = "12345";

    cout << "Student name: " << student.name << endl;
    cout << "City: " << student.address.city << endl;
    cout << "Postcode: " << student.address.postcode << endl;

    return 0;
}

 

이러한 코드는 구조체의 중첩 사용을 보여주며, 이를 통해 구조체를 더 효과적으로 활용할 수 있음을 보여줍니다. 구조체의 중첩은 데이터를 더 잘 조직화하고, 코드를 더 명확하고 이해하기 쉽게 만드는 데 중요한 도구입니다.

 

12.5.2. 구조체 배열의 중첩

'구조체 배열의 중첩'이란 구조체 내부에 배열을 가지고 있는 것을 의미합니다. 그리고 그 배열의 각 원소가 또 다른 구조체일 수 있습니다. 이런 방식은 데이터를 그룹화하여 관리할 때 특히 유용합니다.

 

예를 들어, 학생 구조체가 있는데, 그 안에 과목(Subject) 구조체 배열을 갖고 있는 상황을 생각해 봅시다. 각 과목은 이름(name)과 점수(score)를 갖습니다.

 

[예제] C

struct Subject {
    char name[50];
    int score;
};

struct Student {
    char name[50];
    struct Subject subjects[5]; // 5개 과목을 가진다.
};


[예제] C++

struct Subject {
    string name;
    int score;
};

struct Student {
    string name;
    Subject subjects[5]; // 5개 과목을 가진다.
};

 

이렇게 구조체 내부에 배열을 포함하면, 배열의 각 요소에 대해 독립적으로 작업을 수행할 수 있습니다. 예를 들어, 학생의 과목 중 하나의 점수를 변경하거나, 과목 이름을 조회하는 등의 작업이 가능합니다. 이는 데이터를 더욱 체계적으로 관리하고, 코드의 가독성을 높이는 데 도움을 줍니다.

 

이렇게 중첩된 배열을 사용할 때는 주의사항이 있습니다. 배열의 크기를 너무 크게 설정하면, 필요 이상의 메모리를 소비하게 됩니다. 따라서 필요한 만큼의 배열 크기를 미리 결정하는 것이 중요합니다.

 

또한, 배열의 크기를 동적으로 변경할 필요가 있는 경우, C++에서는 vector를 사용하거나, C에서는 동적 메모리 할당을 사용해야 합니다. 이런 상황은 별도의 섹션에서 더 자세히 다루겠습니다. 

 

구조체 내부의 배열에 접근하기 위해서는 두 번의 인덱싱을 사용합니다. 첫 번째 인덱싱은 배열 내의 특정 요소를 지정하고, 두 번째 인덱싱은 그 요소 내의 특정 필드를 지정합니다.

 

예를 들어, 위에서 설명한 학생 구조체에서 첫 번째 과목의 이름에 접근하려면 다음과 같이 작성합니다:

 

[예제] C

strcpy(student.subjects[0].name, "Mathematics");

 

[예제] C ++

student.subjects[0].name = "Mathematics";

 

이처럼 두 단계의 인덱싱을 사용하여 배열 내부의 구조체의 필드에 접근할 수 있습니다.

 

또한, 이런 방식은 데이터를 계층적으로 구조화하는데 매우 유용합니다. 예를 들어, '학교 -> 학생 -> 과목'이라는 계층구조를 표현할 때 이런 중첩 구조체와 배열을 사용할 수 있습니다.

 

하지만, 중첩 구조체와 배열을 사용할 때는 반드시 메모리 사용량을 주의해야 합니다. 각 구조체와 배열이 메모리를 차지하기 때문에, 너무 큰 배열이나 복잡한 구조체를 중첩 사용하면 메모리 부족 문제가 발생할 수 있습니다.

 

결론적으로, 구조체의 중첩과 배열은 데이터를 계층적이고 체계적으로 표현하는데 매우 유용하지만, 메모리 관리와 배열 크기 결정 등 주의할 점도 있습니다. C/C++를 학습하면서 이런 특성들을 잘 이해하고 활용하는 것이 중요합니다.

 

12.5.3. 구조체와 함수의 중첩

많은 시간을 코드 작성에 할애하게 되면, 특히 데이터를 다루는 작업에서, 구조체와 함수를 함께 사용하는 것이 얼마나 유용한지 깨닫게 될 것입니다. 우리가 이전에 살펴본 구조체는 데이터를 그룹화하는데 매우 효율적입니다. 그러나 종종, 이런 데이터를 조작하거나 다루는 함수들이 필요합니다. 이런 경우, 구조체와 함수를 함께 사용하면 매우 효율적인 결과를 얻을 수 있습니다.

 

아래는 이를 보여주는 C와 C++의 예제입니다.

 

[예제] C

struct Student {
    char name[50];
    int age;

    // 구조체에 함수를 포함할 수 없지만, 
    // 함수를 구조체와 연관시키는 방법으로, 함수 포인터를 사용할 수 있습니다.
    void (*printDetails)(struct Student*);  
};

void printDetails(struct Student *s) {
    printf("Name: %s\n", s->name);
    printf("Age: %d\n", s->age);
}

int main() {
    struct Student student1;
    strcpy(student1.name, "John");
    student1.age = 20;
    student1.printDetails = printDetails;

    student1.printDetails(&student1);
    return 0;
}

 

[예제] C++

struct Student {
    string name;
    int age;

    // C++에서는 구조체 내에 직접 메소드를 정의할 수 있습니다.
    void printDetails() {
        cout << "Name: " << name << endl;
        cout << "Age: " << age << endl;
    }
};

int main() {
    Student student1;
    student1.name = "John";
    student1.age = 20;

    student1.printDetails();
    return 0;
}

 

C 언어에서는 구조체 내부에 직접 함수를 정의할 수 없습니다. 대신 함수 포인터를 이용해 구조체와 함수를 연결할 수 있습니다. 반면, C++에서는 클래스와 같이 구조체 내에 직접 메서드를 정의할 수 있습니다. 이렇게 함수(또는 메서드)와 데이터를 함께 묶는 방식은 객체지향 프로그래밍(OOP)의 핵심 개념 중 하나입니다.

 

이렇게 구조체와 함수를 함께 사용하면, 데이터와 그 데이터를 다루는 로직을 한 곳에 모아두게 되어 코드의 가독성과 유지 보수성이 크게 향상됩니다.

 

12.6. typedef를 이용한 구조체 별칭

typedef 키워드를 사용해 구조체에 별칭을 붙이는 방법을 배웁니다. C/C++에서, 구조체를 선언할 때마다 'struct' 키워드를 사용해야 하는데, 이는 코드가 복잡해질수록 번거로울 수 있습니다. typedef는 이런 문제를 해결해 줍니다. 예를 들어, typedef struct Student {...} Student;와 같이 사용하면, 이후에는 'struct Student' 대신 'Student'라고만 쓰면 됩니다. 이는 코드를 더 간결하고 읽기 쉽게 만들어 줍니다.

12.6.1. typedef의 이해

typedef는 'type definition'의 약자로, C/C++에서 기존의 타입에 새로운 이름을 부여하는 데 사용됩니다. 이를 통해 코드를 보다 직관적이고 이해하기 쉽게 만들 수 있습니다.

 

예를 들어, 정수형 배열을 포인터로 처리하는 타입을 정의해야 하는 상황이 있을 수 있습니다. 이 경우 다음과 같이 typedef를 활용할 수 있습니다.

 

[예제] C

typedef int* IntPtr;

 

위의 코드는 int형 포인터를 'IntPtr'라는 새로운 이름으로 부여합니다. 이제 IntPtr는 int형 포인터를 가리키는 타입으로 사용될 수 있습니다.

[예제] C++

IntPtr arr = new int[10]; // C++ 예제

 

위의 코드는 arr라는 이름의 int형 포인터를 선언하고 동적으로 10개의 int 크기만큼의 메모리를 할당하는 C++ 코드입니다.

 

구조체에 typedef를 사용하는 방법도 알아봅시다. 아래의 코드는 Student라는 구조체에 typedef를 적용한 예입니다.

[예제]

typedef struct Student {
    char name[20];
    int age;
    double grade;
} Student;

 

이 경우, 'struct Student' 대신 'Student'만 쓰면 됩니다. 이렇게 하면 코드가 간결해지고 가독성이 높아집니다.

[예제]

Student s1; // 구조체 변수 선언

 

위의 코드는 새로 정의한 Student 타입의 변수 s1을 선언하는 예입니다. 이는 'struct Student s1;'과 동일한 의미를 가집니다.

 

'typedef'는 프로그램을 보다 직관적이고 읽기 쉽게 만들어주는 강력한 도구입니다. 하지만 적절한 이름을 사용하지 않으면 코드를 혼란스럽게 만들 수 있으므로, 적절한 이름 선택이 중요합니다. 혼동을 방지하기 위해 대체로 원래 타입의 이름을 확장하는 방식으로 별칭을 짓는 것이 일반적입니다.

 

12.6.2. typedef를 이용한 구조체 별칭 정의

일반적으로 C/C++에서는 구조체를 선언할 때 'struct' 키워드를 사용해야 합니다. 그러나 이는 코드가 복잡해지고 길어질수록 가독성을 떨어뜨릴 수 있습니다. typedef를 이용하면 이러한 문제를 해결할 수 있습니다.

 

[예제]

typedef struct Student {
    char name[20];
    int age;
    double grade;
} Student;

 

위의 예제에서 'typedef' 키워드를 이용하여 'struct Student'에 'Student'라는 별칭을 부여했습니다. 이제부터는 'struct Student' 대신 'Student'라고만 적어도 됩니다. 이렇게 하면 코드를 작성하거나 읽는 데 있어서 훨씬 더 편리해집니다. 

 

[예제]

Student s1; // struct Student s1;과 동일

 

위의 코드는 'Student'라는 이름의 변수 s1을 선언하는 것으로, 'struct Student s1;'과 같은 의미를 가집니다. 이처럼 typedef를 이용하면 코드가 보다 간결해지고 가독성이 높아집니다.

또한, typedef는 구조체뿐만 아니라 다양한 타입에 별칭을 부여하는 데 활용할 수 있습니다. 예를 들어, 다음과 같이 'char' 타입의 별칭을 'byte'로 지정할 수도 있습니다.

[예제]

typedef char byte;

 

위의 예제에서는 'char' 타입에 'byte'라는 별칭을 부여하였습니다. 이제 'byte'는 'char'와 동일한 타입으로 사용될 수 있습니다.

 

정리하자면, typedef는 C/C++에서 기존의 데이터 타입에 새로운 이름을 부여하고자 할 때 사용하는 키워드입니다. 이를 이용해 구조체에 별칭을 부여하면, 코드를 보다 간결하고 직관적으로 만들 수 있습니다. 이는 특히 복잡한 데이터 타입이 자주 사용되는 프로그램에서 매우 유용하며, 이는 코드의 가독성을 높이고 유지 보수를 용이하게 합니다. 다만, 너무 많은 별칭을 사용하거나 이름을 잘못 선택하면 오히려 코드를 혼란스럽게 만들 수 있으니 주의가 필요합니다.

 

 

 

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