C++ 면접 대비 정리

참고자료

https://www.yamyamcoding.com/91c0b5c9-d4da-414a-8b24-35ccf8b8475c

게임 프로그래머 취업 비법서(인터뷰 자료)

1. 객체 지향과 C++

C++는 객체지향과 절차지향 두개를 모두 지원하는 멀티 패러다임 언어이다,

• 객체지향과 절차적 프로그래밍
  • 객체지향: 프로그램 설계 시 프로그램을 수많은 객체로 나누고, 이 객체들의 상호작용을 서술하는 방법
  • 절차적 프로그래밍: 프로그램 설계 시 함수를 중점으로 사용하여, 구조 로직을 설계
• 객체지향의 특징 (장점)
  • 캡슐화
    • 같은 역할을 하는 변수나 함수들을 모아두어서, 의존성, 커플링이 줄어든다.
    • 결과적으로 관리가 편해진다.
  • 정보 은닉
    •  private을 사용하여 프로그램의 세부 구현을 감추고, public을 통해 접근하도록 하기
    • 의도치 않은 접근을 제한하여, 잘못 쓰는 것을 방지 (제대로 쓰기는 쉽게, 잘못 쓰기는 어렵게 설계하기)
  • 상속
    • 자식 클래스가 부모 클래스의 변수, 함수를 물려받는 것
    • 자식 클래스가 overriding을 통해 더욱 디테일하게 구현하기
    • 생산성과 유지보수성을 높일 수 있다.
  • 다형성
    • 상속에 의한 다형성
    • 오버로딩: 함수 이름은 같은데, 인자 타입이나 갯수가 다른 것
    • 오버라이딩: 상속 관계에서 부모의 메서드를 자식이 재정의하는 것
    • 템플릿에 의한 다형성:
      • 템플릿의 타입은 컴파일 타임에 결정되어 인스턴스화를 하기 때문에 컴파일 타임에 컴파일러가 실제 코드 구현부를 모두 볼 수 있어야 한다.
      • 템플릿 클래스의 함수 구현은 헤더 파일에 들어가야 한다. (https://gbleem.tistory.com/14 )
•  클래스/구조체
  • 패딩
    • 성능 향상을 위해 추가적인 메모리 할당을 하는 것
    • 구조체나, 클래스의 가장 큰 자료형의 크기로 설정된다.
  • 예제

struct Point //8byte
{
	short point_x; //2 (+2 padding)
	int point_y; //4
};

struct Player //20byte -> 가장 큰 자료형이 Point의 int이므로 4바이트 맞춰주기
{
	char rank; //1
	short hp; //2 
	//+1 padding

	short mp; //2
	//+2 padding

	Point point;//8

	Name name; //2
	//+2 padding
};

2. 포인터 변수와 참조자

• 기본 개념
  • 참조자: 실체가 있어야 하며, 선언 즉시 할당되어야 한다. (nullptr로 할당 불가능)
  • 포인터: 주소값을 저장할 수 있는 타입의 변수, nullptr 가능, 동적 메모리 할당에 사용
• 포인터 타입 변수
  • malloc: 할당 시 메모리의 사이즈를 입력해서 할당, 함수이다
  • new: 할당시 객체의 크기를 입력하여 할당, 연산자이다

int* c_style = (int*)malloc(sizeof(int)*10);
int* cpp_style = new int[10];

...
free(c_style);
delete cpp_style;

• 댕글링 포인터
  • 이미 할당 해제된 변수를 다시 참조하려고 할 때 (segment fault)
  • 스마트 포인터로 이런 문제들을 해결할 수 있다.
  • 메모리 누수( https://gbleem.tistory.com/12 / https://gbleem.tistory.com/8)
• 스마트 포인터 ( https://gbleem.tistory.com/9 )
  • 객체가 더이상 필요하지 않을 때 자동으로 해제
  • 종류 
    • unique_ptr
      • 하나의 주소만 가리킬 때 (복사x, 이동o)
      • 매개변수로 쓰려면, 레퍼런스로 받기!! (복사 못하니까)
      • 임의의 크기의 스마트 포인터 배열 생성 unique_ptr<int[ ]> pArr = make_unique<int [ ]>(10);
      • reset()으로 원본 객체 소멸 및 포인터 해제
      • release()로 원본 객체 소유권 해제, 원본 객체 리턴
      • get()을 통해 unique_ptr 끼리 주소값 비교 가능
    • shared_ptr
      • 레퍼런스 카운팅 방식을 사용하여 메모리 관리, 카운트가 0이 되면 해제
      • reset() 을 인수를 사용해서 호출하기
        • 만약 인수 없이 호출하면, 레퍼런스 카운트가 1 감소하고, 
        • shared_ptr 객체가 아무것도 가리키지 않게 된다.
      • use_count()를 통해 레퍼런스 카운트 반환 가능
    • weak_ptr
      • shared_ptr의 상호참조 문제를 해결
      • 레퍼런스 카운트를 올리지 않는 shared_ptr 이라고 생각하면 된다.

3. RAII와 동적메모리 자원 관리

• RAII (Resource Acuquisition Is Initialization)
  • 의미 
    • 자원 획득을 객체 초기화 시에만 해라, 자원의 생애주기를 객체의 생애주기에 바인딩하기
    • 그러나 자원 획득이 필요한 경우 자원 획득을 하는 클래스를 만들어서 그 클래스의 생성자에서만 자원 획득을 해라
    • 동적 메모리 할당, 파일 열기, 락 등의 자원 획득에 있어서, 자원 획득 담당 클래스를 만들자는 것
  • 필요성
    • RAII 패턴은 자원을 사용하고자 하는 상황에서 
      • 생성자가 자원 획득을 하고
      • 소멸자가 자원 해제를 하는 프로그래밍 패턴
    • 객체의 시작과 끝을 컴퓨터가 알아서 해주는 이점을 활용하여, 자원관리를 쉽게 하고자 하는 것
    • 결과적으로, 자원의 생애 주기가 객체의 생애 주기와 결합되고, 객체의 생애는 런타임이 알아서 관리를 해주기 때문에 자원 또한 런타임이 자동으로 관리할 수 있게 된다.

4. 가상 함수

https://gbleem.tistory.com/7

• 추상 클래스
  • (C++에서)순수 가상 함수가 하나라도 포함된 클래스
  • 추상 클래스는 인스턴스화 할 수 없다.
  • 순수 가상 함수는 반드시 자식 클래스에서 오버라이드 해서 사용한다.
• virtual
  • 객체의 생성 및 소멸과정에서 (생성자와 소멸자에서) 가상함수를 호출하면 안된다.
  • 예를 들어
    • 자식 객체 생성 시에 가상함수를 호출하면,
    • 부모가 먼저 생성될 때 자식 객체는 아직 초기화 되지 않은 상태이므로
    • 자식 객체는 자신이 부모 객체인 것처럼 동작한다.(부모 클래스의 virtual이 호출되므로 의도치 않은 동작을 하게 된다.)
• 가상 함수 테이블
  • 가상 함수 테이블은 클래스마다 존재한다.
  • 각 클래스 인스턴스들은 가상함수 테이블을 가리키는 포인터 변수를 하나씩 가진다.
    • 그렇기 때문에 가상함수가 있는 클래스 인스턴스 메모리 크기를 구할 때,
    • 포인터 변수의 크기를 더해주는것 잊지 말아야 한다 (32bit 에서 4byte)

class Base //24 byte
{
public:
	virtual void Speak();

private:
	int data1; //4
	int data2; //4
	char name; //1 + 7(padding)
				//vt 8
};

class Derived : public Base //32 byte
{
public:
	void Speak() override;

private:
	short data; //2 + 6(padding)
				//base 24 (가장 큰 타입은 vt: 8byte)
};

5. C++ 스타일 캐스팅

• const_cast
  • 포인터 객체의 상수성을 제거할 때 사용
  • 상수성은 항상 유지되어야 하지만, 다른 라이브러리를 사용하는 등 인자값으로 비상수성 객체를 요구하는 등의 불가피한 상황에서 사용
  • 단 인자값으로 받는 함수 내에서 해당 인자로 받은 변수를 수정하지 않는 것을 알고있을 때 사용해야 한다.
• static_cast
  • 일반적인 캐스팅 방식 (업캐스팅과 다운캐스팅 모두 가능)
    • 업캐스팅: 자식 클래스를 부모 클래스로 캐스팅
    • 다운캐스팅: 부모 클래스를 자식 클래스로 캐스팅
  • 런타임 타입 검사를 하지 않는다는 단점이 있다. (메모리 침범 등의 오류가 발생할 수도 있다.
• dynamic_cast
  • 런타임에 타입 검사를 수행하는 안전한 다운캐스팅에 사용하는 방식
  • 런타임 비용이 높아서 잘 안쓴다.
• reinterpret_cast
  • 강제 타입 변환 (double을 byte로 변환하는 등)
  • 타입을 비트 단위로 1:1 변환시키므로, 원본 데이터 소실 등의 문제가 생길 수 있다.

6. STL 컨테이너

• vector
• list
• map
  • 레드 블랙트리로 구성
  • 키-값 의 쌍으로 저장하고, 값을 찾을 때 이진 탐색을 사용한다. (sorting되어있음)
• unordered_map
  • 해시맵
    • 검색이 빠르다. 그러나 공간이 많이 필요해서 충돌이 자주 일어난다.
    • 해시 함수에서 역은 성립하지 않는다.
  • 해시맵 구현 기법
    • 개방 주소법 
      • 새로운 공간을 만들어서 할당하는 것이 아니라, 원래 있는 공간에 다른 방식으로 삽입하는 방식 
      • 종류
        • 선형 탐색: 충돌된 경우 다음 버킷 혹은 몇개를 건너뛴 버킷에 값을 넣는다.
        • 제곱 탐색: 충돌시 제곱만큼 건너뛴 버킷에 데이터 넣는다.
        • 이중 해시: 충돌시 다른 해시함수를 한번 더 적용한 결과를 이용한다.
    • 체이닝
      • 만약 중복된 key가 들어온다면, 연결리스트를 통해 뒤에 계속 넣어주는 방식

7. 가비지 컬렉터

• C++ 스마트 포인터는 레퍼런스 카운팅 방식 (가비지 컬렉션 아니다)
• C# 혹은 언리얼 엔진은 나이브 마크 앤드 스윕 방식의 가비지 컬렉션 사용
• 나이브 마크 앤드 스윕 (Naive Mark and Sweep)
  • 모든 객체의 리스트를 루트 set에서 가지고 있다.
  • Mark: 해제할 메모리는 루트 set에서 제외하고, 해제하지 않을 메모리는 가지고 있다.
  • Sweep: 연결되지 않은 메모리를 해제한다.

8. C++ 메모리 영역

• 코드 영역
  • 실행될 코드를 저장하는 영역
• 데이터 영역
  • 정적(static), 전역(global) 변수가 저장되는 공간
  • 전역 변수의 경우 프로그램의 시작과 함께 할당되며, 할당 순서가 미정이기 때문에 선언 및 사용시 타이밍에 주의해야한다.
• 힙 영역
  • 메모리를 동적으로 할당하고 해제할 수 있는 영역
• 스택 영역
  • 클래스의 멤버변수와 지역변수 할당
  • 함수의 파라미터, 함수의 반환 주소값 할당
  • 함수가 끝나면 하나씩 pop 한다.

9. const 키워드

https://gbleem.tistory.com/16

• 상수 데이터, 비상수 포인터 (const 가 * 왼쪽) 
  • 가리키는 값을 바꿀 수 없음
  • 가리키는 곳을 바꿀 수 있음
• 비상수 데이터, 상수 포인터 (const가 * 오른쪽)
  • 가리키는 값을 바꿀 수 있음
  • 가리키는 곳을 바꿀 수 없음
• 상수 데이터, 상수 포인터
  • 가리키는 값과 가리키는 곳 모두 바꿀 수 없음