C++ 기초부터 마스터까지 — 5화

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변수의 자료형에 대해 알아보자. 크게 4가지로 나눌 수 있다.

기본 자료형. 메모리에 직접 매핑되는 가장 기본적인 타입들이다.

1-A. 특수 목적

void : 크기가 없다. 메모리를 직접 차지 하지 않으며 불완전한 타입이다.

std::nullptr_t : 널 포인터 리터럴 nullptr의 타입이다.

void DoSomething() {} // 반환값이 없는 함수
void* ptr = nullptr;  // 타입이 정해지지 않은 포인터
std::nullptr_t null_val = nullptr;

1-B. 산술 타입

1-B-1. 정수형 char, signed char, unsigned char : 문자를 저장한다. 유니코드를 위한 wchar_t등도 있다. short, int, long, long long : 부호 있는 정수를 저장한다. unsigned short, unsigned int, unsigned long, unsigned long long : 부호 없는 정수를 저장한다. 음수를 저장하지 않기 때문에 signed에 비해 양수 저장공간이 두배 넓다. bool : 참 또는 거짓을 저장한다. 1비트가 아닌 1바이트를 사용한다.

char c = 'A';
int count = -10;
unsigned int u_count = 20;
bool is_valid = true;

1-B-2 부동소수점형

IEEE 754를 따르는 타입들로, float, double, long double 들이 기본적으로 있고, std::float16t, std::float32t, std::float64t, std::float128t, std::bfloat16_t 들도 있다. (C++23 확장)

float f_val = 3.14f;
double d_val = 3.1415926535;

2. 복합 자료형 기본 타입이나 다른 복합 타입을 조합하여 메모리 상의 구조를 정의하는 타입이다.

포인터 (Pointer, T) : 다른 타입 T의 메모리 주소를 가리킨다. 멤버 포인터 (Pointer-to-member, T::) : 클래스 내부의 특정 멤버 변수나 함수의 메모리 오프셋을 가리키는 특수한 포인터다.

참조 (Reference) : Lvalue 참조 (T&) : 메모리상에 이름과 실체가 있는 객체(Lvalue)에 대한 별칭이다. Rvalue 참조 (T&&, C++11) : 임시 객체에 바인딩되며, 이동 시맨틱(Move Semantics)과 완벽한 전달(Perfect Forwarding)의 핵심 타입이다.

배열 (Array, T[N] / T[]) : 같은 타입의 데이터를 연속된 메모리 블록에 할당한다. 함수 (Function) : 반환 타입과 매개변수 목록으로 구성된 시그니처 자체도 하나의 고유한 타입이다. (예: int(double, char))

열거형 (Enumeration) : enum : 범위가 지정되지 않은 기본 열거형이다 (암시적 정수 변환 허용).

enum class (C++11) : 범위가 지정된 엄격한 열거형이다 (강한 타입 체크 및 스코프 보장). 사용자 정의 타입 (Class / Struct / Union) : 메모리 패딩(Padding)과 정렬(Alignment) 규칙을 제어하여 객체 지향 및 데이터 구조를 구현하는 타입이다.

int value = 10;
int* ptr = &value; // 포인터
int& ref = value;  // Lvalue 참조
int&& r_ref = 20;  // Rvalue 참조


struct MyStruct { int x; };
int MyStruct::* member_ptr = &MyStruct::x; // 멤버 포인터


int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5}; // 배열
int(*func_ptr)(int, int);     // 함수 포인터


enum class Color { Red, Green, Blue }; // 엄격한 열거형

3. 시스템 아키텍처 특화 별칭 컴파일러 및 OS 아키텍처(32비트/64비트)에 따라 크기가 동적으로 결정되는 핵심 별칭 타입들이다. (<cstddef> 헤더)

std::sizet : sizeof 연산자의 반환 타입이다. 해당 시스템에서 생성할 수 있는 가장 큰 객체의 바이트 크기를 표현할 수 있는 부호 없는 정수다. (컨테이너 인덱싱 및 메모리 할당의 표준 단위) std::ptrdifft : 두 포인터를 뺐을 때의 거리를 나타내는 부호 있는 정수다. 메모리 주소 간의 차이를 계산할 때 사용된다.

#include <cstddef>

int arr[10];
std::size_t arr_size = sizeof(arr); // 시스템 아키텍처에 따른 최대 크기 보장
std::ptrdiff_t diff = &arr[5] - &arr[0]; // 포인터 간의 거리 계산 (5)

4. CV-한정자 (CV-Qualifiers) C++의 타입 시스템에서 한정자가 붙은 타입은 원래 타입과 다른 타입이다. 다만 매개변수에 붙은 최상위 한정자는 함수 타입을 정할 때 무시되므로, void f(int)와 void f(const int)는 같은 함수의 재선언이라 둘 다 정의하면 재정의 오류가 난다. 한정자로 오버로딩하려면 f(int&)와 f(const int&)처럼 참조나 포인터를 거쳐야 한다.

const : 해당 메모리 영역의 쓰기(Write)를 방지하여 불변성을 보장한다. volatile : 컴파일러의 메모리 읽기/쓰기 최적화를 강제로 방지한다. 하드웨어 레지스터 제어나 MMIO(Memory-Mapped I/O) 통신 시, 레지스터 값이 외부에 의해 변경될 수 있음을 컴파일러에게 알릴 때 필수적으로 사용된다.

const int MAX_VALUE = 100; // 읽기 전용, 수정 불가
// MAX_VALUE = 200; // 컴파일 에러 발생

volatile int hardware_register; // 컴파일러가 접근을 생략·병합·재배치하지 못하게 막음
// 외부 하드웨어가 값을 바꿀 수 있으므로, 값을 레지스터에 담아 두지 않고 매번 다시 읽음
// 주의: volatile은 CPU 캐시를 우회하지 않고, 멀티스레드 가시성도 보장하지 않는다 (그건 std::atomic의 역할)