클래스 (컴퓨터 과학)

클래스의 인스턴스인 객체는 클래스에서 인스턴스화(instantiation)를 거쳐 구성된다. 객체의 상태를 저장할 메모리가 할당되고 초기화되며, 객체를 사용하는 코드를 위해 객체의 참조가 제공된다. 객체는 제거될 때까지 사용할 수 있으며, 제거되는 경우 객체 상태에 할당된 메모리가 해제된다.

많은 프로그래밍 언어는 생성자와 소멸자를 통해 객체 생애주기를 수정하도록 허용한다. 생성자는 객체가 생성될 때 호출되어 초기 상태를 설정하는 특별한 메서드이다. 소멸자는 객체가 소멸되기 직전에 호출되어 메모리 해제나 파일 닫기와 같은 정리 작업을 수행한다.

객체의 생애주기는 일반적으로 생성, 사용, 소멸의 세 단계로 구분된다. 이 과정은 가비지 컬렉션이 있는 언어와 없는 언어에서 관리 방식이 다르다. 자바나 C#과 같은 언어는 런타임 환경이 사용되지 않는 객체를 자동으로 식별하여 메모리를 회수하는 반면, C++과 같은 언어는 프로그래머가 명시적으로 객체를 삭제해야 한다.

클래스는 객체 지향 프로그래밍에서 객체를 생성하기 위한 청사진 역할을 하는 구문적 개체이다. 클래스는 인스턴스를 생성할 수 있는 하나의 자료형으로 간주된다. 이는 정수나 문자열과 같은 기본 자료형과 마찬가지로, 변수를 선언할 때 사용하는 타입의 역할을 한다. 따라서 클래스는 새로운 사용자 정의 자료형을 정의하는 수단이 된다.

클래스가 정의하는 형식은 주로 두 가지 측면으로 구성된다. 첫째는 클래스가 포함하는 멤버 변수의 타입과 이름으로 표현되는 상태이다. 둘째는 클래스가 제공하는 메서드의 시그니처 집합, 즉 인터페이스로 표현되는 행위이다. 이 인터페이스는 객체가 외부에 제공하는 기능의 명세를 정의한다.

상속을 지원하는 언어에서 클래스의 형식은 계층 구조를 형성한다. 수퍼클래스는 보다 일반적인 형식을 정의하며, 서브클래스는 이를 특수화하여 더 구체적인 형식을 정의한다. 이때 서브클래스의 형식은 수퍼클래스의 형식을 포함하는 관계에 있다. 이러한 클래스 계층은 다형성을 구현하는 기반이 된다.

클래스의 구조는 주로 상태와 행위를 정의하는 구성 요소로 이루어진다. 상태는 객체의 데이터를 나타내며, 변수나 필드라고 불리는 데이터 멤버로 구현된다. 이 변수들은 클래스 자체에 속하는 정적 변수이거나, 클래스의 각 인스턴스에 고유한 인스턴스 변수일 수 있다. 행위는 해당 데이터를 조작하거나 특정 작업을 수행하는 메서드를 통해 정의된다.

클래스의 구조는 상속을 통해 확장될 수 있다. 한 클래스가 다른 클래스로부터 상속을 받으면, 이는 서브클래스가 수퍼클래스의 모든 상태(변수)와 행위(메서드)를 물려받는 것을 의미한다. 서브클래스는 물려받은 구조에 새로운 변수와 메서드를 추가하거나, 상속받은 메서드를 재정의하여 자신만의 특수한 행위를 정의할 수 있다.

이러한 상속 관계가 반복되면 클래스 계층이 형성된다. 예를 들어, '차량'이라는 수퍼클래스 아래에 '자동차'와 '오토바이'라는 서브클래스가 존재하고, '자동차' 클래스 아래에 다시 '세단'과 'SUV' 클래스가 존재하는 식이다. 이 계층 구조는 코드의 재사용성을 높이고, 관련된 객체들 사이의 논리적 관계를 명확하게 표현하는 데 기여한다.

클래스의 행위는 메서드를 통해 정의된다. 메서드는 객체나 클래스에 관해 작동할 수 있는 능력을 지닌 서브루틴이다. 이러한 작동들은 클래스의 상태(멤버 변수)를 변경하거나, 단순히 상태에 접근하여 값을 반환하는 방법을 제공한다. 예를 들어, 은행 계좌를 나타내는 클래스에는 잔액을 증가시키는 '입금' 메서드와 잔액을 감소시키는 '출금' 메서드가 있을 수 있다.

메서드는 크게 두 가지 범주로 나눌 수 있다. 하나는 객체의 내부 상태를 수정하는 변경자 메서드이고, 다른 하나는 상태를 조회만 하여 값을 반환하는 접근자 메서드이다. 또한, 특정 객체 지향 프로그래밍 언어에서는 객체 생성 시 호출되는 생성자와 객체 소멸 시 호출되는 소멸자라는 특별한 메서드를 제공하여 객체의 생애주기 관리에 관여하기도 한다.

클래스에 정의된 메서드는 해당 클래스로부터 생성된 모든 인스턴스가 공유하는 행동 양식을 제공한다. 이는 동일한 유형의 객체들이 일관된 방식으로 동작하도록 보장하며, 코드의 재사용성과 유지보수성을 높이는 핵심 메커니즘이다.

C++에서 클래스는 객체 지향 프로그래밍의 핵심 요소로, 객체를 생성하기 위한 청사진 역할을 한다. 클래스는 멤버 변수로 표현되는 상태와 멤버 함수로 표현되는 행위를 하나의 단위로 묶어 정의한다. 이렇게 정의된 클래스를 기반으로 실제 메모리에 할당된 객체를 인스턴스라고 부른다.

C++ 클래스의 정의는 일반적으로 class 키워드를 사용하며, 접근 지정자(private, public, protected)를 통해 멤버의 은닉과 캡슐화를 구현한다. private 영역의 멤버는 클래스 내부에서만 접근 가능하며, public 영역의 멤버는 외부에서도 자유롭게 접근할 수 있다. 클래스는 생성자와 소멸자라는 특별한 멤버 함수를 가져 객체의 생성 시 초기화와 소멸 시 정리 작업을 수행할 수 있다.

C++는 상속을 지원하여, 기존 클래스(기본 클래스 또는 수퍼클래스)의 속성과 기능을 새로운 클래스(파생 클래스 또는 서브클래스)가 물려받고 확장할 수 있게 한다. 이를 통해 코드의 재사용성과 계층적 구조를 높인다. 또한, 다형성을 구현하기 위해 가상 함수와 같은 메커니즘을 제공한다.

C++의 클래스 개념은 템플릿과 결합되어 제네릭 프로그래밍을 가능하게 하며, 연산자 오버로딩을 통해 사용자 정의 타입에 대해 자연스러운 연산을 정의할 수 있게 한다. 이러한 특징들은 C++가 시스템 프로그래밍부터 고수준 애플리케이션 개발까지 넓은 범위에 적용될 수 있도록 하는 기반이 된다.

C#에서 클래스는 객체 지향 프로그래밍의 핵심 요소로, 객체를 생성하기 위한 청사진 역할을 한다. C#의 모든 클래스는 암시적으로 .NET의 최상위 클래스인 System.Object를 상속받으며, 이는 클래스 계층의 루트를 형성한다. 클래스는 상태를 나타내는 멤버 변수와 행위를 정의하는 메서드로 구성되며, new 키워드를 통해 인스턴스화되어 실제 객체가 생성된다.

C#의 클래스는 상속을 통해 기존 클래스의 특성을 확장할 수 있다. 기반이 되는 클래스를 수퍼클래스 또는 기본 클래스라고 하며, 이를 상속받아 새로운 기능을 추가한 클래스를 서브클래스 또는 파생 클래스라고 부른다. 이 외에도 캡슐화, 다형성, 추상화와 같은 객체 지향 원칙을 구현하는 데 클래스가 사용된다.

다음은 C#에서 간단한 클래스를 정의하고 사용하는 예시이다.

```csharp

using System;

public class Vehicle // Vehicle 클래스 정의

{

// 상태(멤버 변수)

public string Brand { get; set; }

// 행위(메서드)

public void DisplayBrand()

{

Console.WriteLine($"브랜드: {Brand}");

}

}

class Program

{

static void Main()

{

// 클래스의 인스턴스(객체) 생성

Vehicle myCar = new Vehicle();

myCar.Brand = "현대";

myCar.DisplayBrand(); // 출력: 브랜드: 현대

}

}

```