Topic 3: 열거형과 공용체 🎭🔄

🎯 학습 목표

열거형(enum)의 개념과 사용법을 이해할 수 있다
공용체(union)의 메모리 절약 원리를 익힐 수 있다
실제 프로그램에서 enum과 union을 효과적으로 활용할 수 있다
타입 안전성과 가독성을 향상시키는 방법을 배울 수 있다

🌈 열거형(Enumeration)이란?

열거형은 서로 관련된 상수들을 하나로 묶어서 의미있는 이름을 부여하는 데이터 타입입니다.

마치 요일을 숫자로 표현하는 대신 “월요일”, “화요일”로 표현하는 것처럼, 코드를 더 읽기 쉽고 이해하기 쉽게 만들어줍니다! 📅

문제: 숫자의 의미를 알기 어려움


// ❌ 숫자로만 된 코드 - 의미를 알기 어려움
int playerState = 2;  // 2가 뭘을 의미하죠?
int direction = 1;    // 1은 어느 방향일까요?
 
if (playerState == 2) {  // 2가 뭔지 기억해야 해요
    cout << "공격 중!" << endl;
}

😟 문제점: 나중에 코드를 보면 숫자의 의미를 기억하기 어려워요!

🔤 열거형 기초 문법

간단한 열거형 예제


#include <iostream>
using namespace std;
 
// 게임 상태를 열거형으로 정의
enum PlayerState {
    IDLE,      // 0 - 대기
    WALKING,   // 1 - 걸어가기
    ATTACKING, // 2 - 공격
    DEAD       // 3 - 죽음
};
 
enum Direction {
    NORTH, SOUTH, EAST, WEST
};
 
int main() {
    // 열거형 사용
    PlayerState state = ATTACKING;
    Direction dir = NORTH;
    
    // 상태 확인
    if (state == ATTACKING) {
        cout << "공격 중입니다!" << endl;
    }
    
    // switch문으로 방향 처리
    switch (dir) {
        case NORTH:
            cout << "북쪽으로 이동" << endl;
            break;
        case SOUTH:
            cout << "남쪽으로 이동" << endl;
            break;
        case EAST:
            cout << "동쪽으로 이동" << endl;
            break;
        case WEST:
            cout << "서쪽으로 이동" << endl;
            break;
    }
    
    return 0;
}

🎨 실전 예제: 색상 시스템


#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
 
// 색상 열거형
enum Color {
    RED,    // 0 - 빨강
    GREEN,  // 1 - 초록
    BLUE,   // 2 - 파랑
    YELLOW  // 3 - 노랑
};
 
// 색상을 문자열로 변환
string colorName(Color c) {
    switch (c) {
        case RED:    return "빨강";
        case GREEN:  return "초록";
        case BLUE:   return "파랑";
        case YELLOW: return "노랑";
        default:     return "알수없음";
    }
}
 
int main() {
    Color myColor = RED;
    
    cout << "선택한 색상: " << colorName(myColor) << endl;
    cout << "색상 번호: " << myColor << endl;  // 0 출력
    
    // 다른 색상들 연습
    Color colors[] = {RED, GREEN, BLUE, YELLOW};
    
    cout << "\n모든 색상:" << endl;
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        cout << (i+1) << ". " << colorName(colors[i]) << endl;
    }
    
    return 0;
}

💪 더 안전한 enum class

enum class란?

C++11부터 사용할 수 있는 더 안전한 열거형입니다.


// 기본 enum의 문제
enum Color1 { RED, GREEN, BLUE };
enum Status { RED, ACTIVE };  // ❌ RED가 중복!
 
// enum class 해결책
enum class Color2 { RED, GREEN, BLUE };
enum class Status2 { RED, ACTIVE };  // ✅ 충돌 없음!
 
int main() {
    // 사용법
    Color2 myColor = Color2::RED;  // 범위 지정 필요
    
    if (myColor == Color2::RED) {
        cout << "빨간색입니다!" << endl;
    }
    
    return 0;
}

enum class의 장점:

이름 충돌 방지
더 안전한 코드

🔄 공용체(Union)란?

공용체는 동일한 메모리 공간을 여러 변수가 공유하는 데이터 타입입니다. 메모리를 절약하면서도 하나의 데이터를 여러 방식으로 해석할 수 있습니다.

간단한 공용체 예제


#include <iostream>
using namespace std;
 
union Data {
    int intValue;      // 4 bytes
    float floatValue;  // 4 bytes
    char charArray[4]; // 4 bytes
    // 모두 같은 메모리 공간을 공유!
};
 
int main() {
    cout << "🔄 === 공용체 기본 개념 === 🔄" << endl;
    
    Data data;
    cout << "공용체 크기: " << sizeof(data) << " bytes" << endl;  // 4 bytes
    
    // 정수 값 저장
    data.intValue = 0x41424344;  // 16진수 값
    cout << "\n정수 값 저장 후:" << endl;
    cout << "intValue: " << data.intValue << endl;
    cout << "floatValue: " << data.floatValue << endl;
    cout << "문자 배열: ";
    for (int i = 0; i < 4; i++) {
        cout << "'" << data.charArray[i] << "' ";
    }
    cout << endl;
    
    // 실수 값 저장 (같은 메모리 덮어씀)
    data.floatValue = 3.14159f;
    cout << "\n실수 값 저장 후:" << endl;
    cout << "intValue: " << data.intValue << endl;
    cout << "floatValue: " << data.floatValue << endl;
    
    // 문자 배열 저장
    data.charArray[0] = 'H';
    data.charArray[1] = 'i';
    data.charArray[2] = '!';
    data.charArray[3] = '\0';
    cout << "\n문자 배열 저장 후:" << endl;
    cout << "intValue: " << data.intValue << endl;
    cout << "문자 배열: " << data.charArray << endl;
    
    return 0;
}

🎮 열거형과 공용체 활용: 게임 상태 관리

열거형으로 게임 상태 관리하기

게임에서 플레이어의 상태를 숫자로 관리한다면:


// ❌ 매직 넘버로 관리 (혼란스러움)
int playerState = 2;  // 2가 뭔지 기억해야 함
if (playerState == 2) {
    cout << "공격 중!" << endl;
}

열거형으로 깔끔하게 해결:


// ✅ 명확하고 이해하기 쉬움
enum class PlayerState {
    IDLE,     // 0: 대기
    MOVING,   // 1: 이동
    ATTACKING,// 2: 공격
    DEFENDING // 3: 방어
};
 
PlayerState state = PlayerState::ATTACKING;
if (state == PlayerState::ATTACKING) {
    cout << "공격 중!" << endl;  // 명확함!
}

공용체로 메모리 절약하기

게임에서 다양한 이벤트 데이터를 저장할 때:


// 이벤트 타입에 따라 다른 데이터가 필요
enum class EventType {
    MOVE, ATTACK, HEAL
};
 
// 공용체 사용 전 (메모리 낭비)
struct Event_Before {
    EventType type;
    // 모든 가능한 데이터를 저장 (낭비!)
    int moveX, moveY;      // 이동용
    int damage;            // 공격용  
    int healAmount;        // 치료용
};  // 큰 메모리 사용
 
// 공용체 사용 후 (메모리 절약)
union EventData {
    struct { int x, y; } moveData;    // 이동 데이터
    int damage;                       // 공격 데이터
    int healAmount;                   // 치료 데이터
};  // 가장 큰 멤버만큼의 메모리 사용
 
struct Event_After {
    EventType type;       // 어떤 데이터인지 구분
    EventData data;       // 실제 데이터
};

Tagged Union 패턴

핵심 아이디어: enum으로 타입을 표시하고, union으로 데이터를 저장


#include <iostream>
using namespace std;
 
enum class DataType { INT, FLOAT, CHAR };
 
union Data {
    int intValue;
    float floatValue;  
    char charValue;
};
 
struct SafeData {
    DataType type;    // 타입 표시 (Tag)
    Data value;       // 실제 데이터
};
 
void printData(const SafeData& data) {
    switch (data.type) {
        case DataType::INT:
            cout << "정수: " << data.value.intValue << endl;
            break;
        case DataType::FLOAT:
            cout << "실수: " << data.value.floatValue << endl;
            break;
        case DataType::CHAR:
            cout << "문자: " << data.value.charValue << endl;
            break;
    }
}
 
int main() {
    // 안전하게 사용하기
    SafeData data1 = {DataType::INT, {42}};
    SafeData data2 = {DataType::FLOAT, {3.14f}};
    
    printData(data1);
    printData(data2);
    
    return 0;
}

🤔 언제 사용하면 좋을까?

열거형 사용 시기:

✅ 상태 관리: 게임 상태, 메뉴 상태, 연결 상태
✅ 옵션 선택: 난이도, 색상, 크기
✅ 에러 코드: 성공/실패 원인 구분

공용체 사용 시기:

✅ 메모리 절약: 한 번에 하나의 값만 필요할 때
✅ 데이터 해석: 같은 데이터를 다른 방식으로 보고 싶을 때
✅ 시스템 프로그래밍: 하드웨어 레지스터, 네트워크 패킷

실습: 간단한 계산기 상태


#include <iostream>
using namespace std;
 
enum class Operation { ADD, SUBTRACT, MULTIPLY, DIVIDE };
 
union Number {
    int intValue;
    double doubleValue;
};
 
int main() {
    // 여기에 코드를 작성하세요
    // 1. Operation을 하나 선택하세요
    // 2. 두 개의 Number를 만들어보세요  
    // 3. 선택한 연산을 수행해보세요
    
    return 0;
}

언제 열거형을 사용할까요?

✅ 상태 관리: 게임 상태, 단계별 진행상황
✅ 선택 옵션: 난이도 선택, 색상 선택
✅ 에러 처리: 성공/실패 원인 구분


// 난이도 예제
enum GameLevel {
    BEGINNER, INTERMEDIATE, EXPERT
};
 
GameLevel level = BEGINNER;
if (level == BEGINNER) {
    cout << "초보자 모드 시작!" << endl;
}

직접 해보기! 📝

간단한 요일 확인 프로그램을 만들어보세요:


enum Day {
    MONDAY, TUESDAY, WEDNESDAY, THURSDAY, FRIDAY, SATURDAY, SUNDAY
};
 
int main() {
    Day today = FRIDAY;
    
    // 여기에 switch문을 사용해서 
    // 오늘이 주말인지 평일인지 확인해보세요
    
    return 0;
}

💡 메모리 절약의 원리


struct Person {
    int age;      // 4 bytes
    float salary; // 4 bytes  
    char grade;   // 1 byte
    // 총 9 bytes이지만 실제로는 12 bytes (패딩)
};
 
union PersonData {
    int age;      // 4 bytes
    float salary; // 4 bytes
    char grade;   // 1 byte
    // 실제 크기: 4 bytes (가장 큰 멤버 기준)
};
 
int main() {
    cout << "구조체 크기: " << sizeof(Person) << " bytes" << endl;
    cout << "공용체 크기: " << sizeof(PersonData) << " bytes" << endl;
    
    cout << "\n공용체가 메모리를 절약합니다!" << endl;
    
    return 0;
}

핵심: 공용체는 가장 큰 멤버의 크기만큼만 메모리를 사용합니다!

🧪 간단 퀴즈!

🤔 퀴즈 1: 열거형의 기본 값은?


enum Day { MONDAY, TUESDAY, WEDNESDAY };
 
cout << MONDAY << " " << TUESDAY << " " << WEDNESDAY;

정답: 0 1 2

열거형은 기본적으로 0부터 시작해서 1씩 증가합니다.

🤔 퀴즈 2: 공용체의 크기는?


union Test {
    char c;    // 1 byte
    int i;     // 4 bytes
};

정답: 4 bytes

공용체는 가장 큰 멤버의 크기와 같습니다. int가 4 bytes로 더 큽니다.

🎯 도전 과제

과제 1: 간단한 신호등 시스템

신호등의 상태(빨강, 노랑, 초록)를 enum으로 정의하고, 현재 신호에 따라 “정지”, “주의”, “통과” 메시지를 출력하는 프로그램을 만들어보세요.

과제 2: 학생 성적 등급

점수 범위에 따른 등급(A, B, C, D, F)을 enum으로 정의하고, 점수를 입력받아 해당 등급을 출력하는 프로그램을 작성해보세요.

🎉 마무리

열거형과 공용체는 C++에서 메모리를 효율적으로 사용하면서도 코드의 가독성을 높이는 강력한 도구입니다!

오늘 배운 내용:

🌈 열거형(enum)으로 의미있는 이름 사용하기
💪 enum class로 더 안전한 코드 만들기
🔄 공용체(union)의 메모리 공유 원리
🎯 switch문과 열거형 조합하기

다음 단계:

Topic 4에서는 구조체들을 조합한 복합 자료구조를 학습합니다
실제 프로젝트에서 사용할 수 있는 데이터 구조 설계를 배울 예정입니다

이제 여러분은 데이터를 더 효율적이고 안전하게 관리할 수 있는 도구들을 익혔습니다! 💪