텍스트 RPG 게임 만들기 (C++)

싱글턴 객체 / 전방 선언 / cin관련 함수 / 포인터 / const 에 관한 이야기

C++를 이용하여 텍스트 기반 RPG 게임을 만드는 과정에 있어서 생긴 이슈들을 중점으로 글을 정리해 볼 것이다.

1. 싱글턴 객체 생성

싱글턴 객체의 생성은 어디에서 해야 할까?
- 싱글턴 객체로 구현한 클래스를 정의한 cpp 파일에서 하면 된다.

//Character.h
private:
	static Character* instance;   

//Character.cpp
...
Character* Character::instance = nullptr;

Character* Character::GetInstance(string name)
{
    if (instance == nullptr)
    {
        instance = new Character(name);
    }
    return instance;
}

그러나 싱글턴 객체 또한 new를 해서 delete를 해주어야 하므로 게임이 종료되는 순간 delete를 호출해야 한다.
예를 들면 아래와 같다.
- 캐릭터가 죽을때
- 게임이 클리어 되서 끝날때
- 강제로 게임 종료를 할 때
그러나 이렇게 하면, 여러군데에서 delete를 call해야 하기에 이 객체를 unique_ptr로 만드는 것을 생각해 보았다.
- 아래와 같이 구성해 보았다.
- unique_ptr은 소유권이 하나이므로, move 연산자를 사용해 주어야 한다.
- 또한, GetInstance의 리턴 타입을 레퍼런스로 해야한다.
  - 그 이유는 unique_ptr은 복사될 수 없기 때문이다.
  - unique_ptr의 사용에 대해서는 추가적인 글을 통해 자세히 설명할 예정이다.

//Character.h
...
private:
	static unique_ptr<Character> instance;
    
//Character.cpp
...
unique_ptr<Character> Character::instance = nullptr;

unique_ptr<Character>& Character::GetInstance(string name)
{
    if (!instance)
    {
        instance = unique_ptr<Character>(new Character(name));
    }
    return instance;
}

//main.cpp
...
unique_ptr<Character> playerCharacter = move(Character::GetInstance(name));

unique_ptr로 만들지 않고 delete를 하지 않은 상태로 메모리 누수 체크를 해보면 아래와 같이 메모리 누수가 발견되는 것을 볼 수 있다.
- 18번째 줄이 바로 instance = new Character(name); 이 부분이다.

게임 종료 시 delete를 호출하게 되면 해당 메모리 누수는 발생하지 않으며, unique_ptr로 만든 버전을 사용해도 메모리 누수가 발견되지 않는 것을 확인할 수 있었다.

2. 전방 선언

클래스 구조

Item클래스
- 인터페이스 클래스
- 함수중에 Character* 를 매개변수로 가지는 Use라는 함수가 존재
- 해당 클래스를 상속받은 여러 클래스 존재
Item 자식 클래스
- Use 함수를 override해서 구현
Character 클래스
- Item* 를 저장하는 vector 를 멤버변수로 가짐

발생하는 문제

Item클래스가 있는 Item.h에서 #include "Character.h"를 하고
Character 클래스가 있는 Character.h에서 #include "Item.h"를 하면 순환 참조 문제가 생긴다.

위 에러 메세지가나오게 되는데, 이는 서로가 서로의 헤더를 계속 포함시켜 컴파일 시 문제가 발생하는 것이다.

해결방법

전방 선언
- 헤더 파일에서는 include를 하지 않고, class Item; 이런식으로 전방선언을 통해 헤더를 구성하고
- include는 .cpp 파일에 해서 구체적인 구현을 .cpp에서 하면 된다.
그러나 이렇게 각자의 헤더가 다른 헤더를 참조하도록 구현된 것은 좋은 클래스 구조가 아닐 수도 있으니, 구현하면서 다시 한번 고민해 보는 것도 좋을 것이다.
아래처럼 구성하면 컴파일이 된다.

3. 숫자 입력 처리

cin.fail()
- int 타입을 입력받을 때 우리가 string을 입력하는 경우 등 잘못된 입력을 하면, true를 반환
- 오류 발생 시 failbit 플래그가 설정된다.
cin.clear()
- 입력 스트림의 오류 플래그(위에서 언급한 failbit 등)를 초기화
- 다시 입력 스트림을 정상 상태로 복구한다.
cin.ignore()
- 입력 스트림에 남아있는 불필요한 입력 데이터를 무시
- ignore(count, delimiter)
  - count는 무시할 최대 문자의 갯수 (기본값 1)
  - delimiter는 종료할 문자 (기본값 EOF)
활용 예제
- 입력 값이 int이고, 0이상 3 이하의 숫자만 입력받고, 아니면 다시 입력을 받도록 한다.

4. 포인터 타입 및 delete

※ 포인터 타입 vector

vector를 통해 Item을 저장하는 상황에서 우리는 왜 Item* 를 vector의 타입으로 사용해야 할까?

그 이유는 다형성 때문이다.
우리가 단순히 Item만 저장할 것이 아니라, Item을 상속받아 만든 자식 클래스들의 객체 또한 포함되기 때문이다.
아래의 코드를 보면 이해할 수 있다.
- 다형성 특성을 잘 이용하기 위해 상속을 사용해야 하고,
- 이를 문제없이 수행하기 위해서는 item* 타입으로 vector에 저장해야 한다.

vector<Item*> items;
...

Item* item1 = new Sword();
Item* item2 = new Armor();

items.push_back(item1);
items.push_back(item2);

...
for(Item* item : items)
	item.use();

우선 문제가 생기는 버전의 코드를 한번 살펴보자
- 만약 Item타입으로 선언 (vector<Item>items) 한다면, use() 함수를 쓸 때 우리가 원하는 동작을 하지 않을 것이다.
- C++는 기본적으로 정적 바인딩이기 때문에, 아래처럼 구현한 후, use함수를 쓰면 부모인 Item 클래스의 use 함수가 호출될 것이다.
  - 정적 바인딩은 실제로 무엇을 가리키는지가 아니라 타입을 따라간다는 의미이다.
  - vector안에 있는 것들은 모두 Item 타입이기 때문에 Item의 use만 call된다.

//Item.h
class Item
{
public:
	Item(string name)
		:mName(name)	
	{}

	virtual void use()
	{
		cout << "use" << mName << "\n";
	}	

private:
	string mName;	
};

//GoodItem.h
class GoodItem : public Item
{
public:
	GoodItem(string name)
		:mName(name)
		, Item(name)
	{

	}

	void use() override
	{
		cout << "Good use" << mName << "\n";
	}
private:
	string mName;
};

//Character.cpp
...
void Character::Show()
{
    for (Item item : mItems2)
    {
        item.use();
    }
}

//main.cpp

...
Character* playerCharacter = Character::GetInstance("player");

Item item("item ");
GoodItem item2("good item ");

playerCharacter->Push(item);
playerCharacter->Push(item2);

playerCharacter->Show();

개선된 버전은 아래와 같다.

vector<Item*> items로 바꾼 후
각 함수들만 포인터로 동작하도록 수정하면 된다.

//main.cpp
...
Item* item = new Item("item");
Item* item2 = new GoodItem("good item");

playerCharacter->PushItem(item);
playerCharacter->PushItem(item2);

playerCharacter->ShowItems();

※ new 하면 delete 하기

메모리 누수 발생하면 코드 break 해주는 함수
- _CrtSetBreakAlloc(long NewValue);
- 위의 함수의 매개변수는 우리가 메모리 릭 발생한 코드 블럭의 숫자를 넣어주면, 해당 위치에서 멈추게 되고
- 추가적으로 call stack을 보면서 디버깅을 해보자
delete 해야하는 곳
- Character
  - 싱글턴 객체로 생성된 character를 게임이 종료될 때 해제하기
- Item
  - inventory 타입: vector<Item*> mItems;
  - 캐릭터가 아이템을 사용할 때, inventory에서 item을 하나씩 빼주고, 해당 포인터를 해제하기
  - 캐릭터가 가지고있는 inventory를 돌면서, 동적 할당 된 아이템들을 해제하기
- Monster
  - 랜덤하게 생성된 monster 포인터를 monster 처치 후 delete 해주기
구현 방식
- Destroy 함수를 Character 클래스에 구현하여, 게임이 종료될 때 Destroy 함수를 통해 inventory와 Character 자신을 delete 하도록 구현
- 아이템을 사용하는 곳에서 pop_back과 delete를 통해 해제
- monster는 몬스터가 처치된 곳에서 delete를 통해 해제
관련 코드
- UseItem 함수는 아이템을 사용할 때 해제해주는 함수
- Destroy함수는 게임 종료시 호출되는 함수

void Character::UseItem()
{
    if (!mItems.empty())
    {
        Item* item = mItems.back();
        cout << item->GetName() << "사용\n";
        mItems.pop_back();    

        delete item;        
    }
}

void Character::Destroy()
{
    for (Item* item : mItems)
    {
        delete item;
    }
    mItems.clear();

    delete instance;
}

~~그러나 아직 원인을 찾을 수 없는 메모리 누수가 계속 발생했고, 해당 문제를 해결하기 위해서 스마트 포인터를 사용하여, 개선할 예정이다.~~

해당 메모리 누수의 문제를 찾았다.
- 문제점은 바로 Item 클래스(인터페이스 클래스) 의 소멸자를 virtual로 만들어주지 않아서 생긴 문제이다.
- 아래와 같이 Item 클래스에서 소멸자를 가상함수로 선언해주니, 해당 메모리 누수를 막을 수 있었다.

virtual ~Item() = default;

unique_ptr로 바꿔서 메모리 누수가 없는 버전을 완성시켜 깃허브에 업로드 할 예정이다. (모든 메모리 누수를 해결)
https://github.com/GbLeem/Cpp_Issues/tree/main/TEXT_RPG

5. Const 쓰기

https://www.youtube.com/watch?v=4fJBrditnJU

const를 써서 코드의 안정성을 높이자는 말을 많이 했는데, 코드를 짜다가 컴파일러가 알려주는 오류를 통해 다시 한번 느끼게 되었다.
일단 리마인드를 해보면,
- 함수 뒤에 const가 붙는다면, 해당 함수 내부에서 값을 바꾸지 않는다는 의미로 볼 수 있다.
- 즉 getter 함수에서 이런식으로 구현하는 것이 좋다. (read only)
아래 코드를 보면
- for range문에서 const를 써서 우리는 값을 바꾸지 않고, 출력만 할 것이다 라는 의미로 썼던 것이다.
- 그러나 Item.h 파일에서 GetName()를 상수 멤버함수로 만들지 않아서, item-> 이 부분에 "호환되지 않은 형식 지정자" 오류가 발생했다.
- 주석 처리한 것 처럼 함수 뒤에 const를 붙여서 read only 함수로 만들어주는 것이 코드의 안정성을 높여주게 된다.

//Character.cpp
void Character::ShowItems()
{
    for (const Item* item : mItems)
    {
        cout << item->GetName() << " ";
    }
}

//Item.h
string GetName() { return mName; }  //error!
//string GetName() const { return mName; } //good

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1. 싱글턴 객체 생성

2. 전방 선언

3. 숫자 입력 처리

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※ 포인터 타입 vector

※ new 하면 delete 하기

5. Const 쓰기

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