25.01.06 언리얼 cpp 디자인패턴

 디자인 패턴이란 “개발 시 반복적으로 등장하는 문제를 해결하기 위한 일반화 된 솔루션” 이라고 정의할 수 있습니다.

 

경험이 많은 개발자들이 개발자들이 구현을 하면서 많이 고민하는 문제를 아래와 같이 정리해서 만든 패턴 입니다. 패턴의 종류는 아래와 같이 구성되어 있습니다.

출처 : 자바 구조 패턴은 어떻게 쓰일까? | 요즘IT

 

위 그림에서 보듯이 디자인 패턴은 크게 3개로 분리 됩니다.

 

생성 패턴(Creational Patterns)

새로운 것을 만들어내는 방법과 관련된 패턴 입니다. 예를 들어 공장에서 물건을 찍어내는 것에 비유할 수 있습니다. 이 물건이 프로그래밍에선 객체가 됩니다. 이 중에서 싱글톤 패턴에 대해 알아볼 것입니다.

 

구조 패턴(Structual Patterns)

여러 부품을 어떻게 조립하고 연결하는 방법에 대한 패턴 입니다. 여러개의 객체들의 구조를 어떻게 구성할지가 이 패턴의 주 관심사 입니다. 이 중에서 데코레이터 패턴에 대해 알아볼 예정 입니다.

 

행동 패턴(Behavioral Patterns)

부품이 서로 어떻게 상호작용할지에 대한 패턴 입니다. 예를들어 특정 객체가 변할때 다른 객체들에 이 상태를 어떻게 전달할지 이런 고민들을 합니다. 이 중에서 옵저버 패턴에 대해 알아보겠습니다.

 

비행기게임을 만든다고 가정해보겠습니다.

게임내에 제어하는 비행기(플레이어)는 반드시 하나만 존재해야합니다.

어떻게 유일무이한 비행기를 구현할 수 있을까요

다음과 같은 다이어그램을 참조한 코드입니다.

#include <iostream>
using namespace std;

class Airplane {
private:
    static Airplane* instance; // 유일한 비행기 객체를 가리킬 정적 포인터
    int positionX;             // 비행기의 X 위치
    int positionY;             // 비행기의 Y 위치

    // private 생성자: 외부에서 객체 생성 금지
    Airplane() : positionX(0), positionY(0) {
        cout << "Airplane Created at (" << positionX << ", " << positionY << ")" << endl;
    }

public:
    // 복사 생성자와 대입 연산자를 삭제하여 복사 방지
    Airplane(const Airplane&) = delete;
    Airplane& operator=(const Airplane&) = delete;

    // 정적 메서드: 유일한 비행기 인스턴스를 반환
    static Airplane* getInstance() {
        if (instance == nullptr) {
            instance = new Airplane();
        }
        return instance;
    }

    // 비행기 위치 이동
    void move(int deltaX, int deltaY) {
        positionX += deltaX;
        positionY += deltaY;
        cout << "Airplane moved to (" << positionX << ", " << positionY << ")" << endl;
    }

    // 현재 위치 출력
    void getPosition() const {
        cout << "Airplane Position: (" << positionX << ", " << positionY << ")" << endl;
    }
};

// 정적 멤버 초기화
Airplane* Airplane::instance = nullptr;

// 메인 함수 (사용 예시)
int main() {
    // 유일한 비행기 인스턴스를 가져옴
    Airplane* airplane = Airplane::getInstance();
    airplane->move(10, 20);  // 비행기 이동
    airplane->getPosition();

    // 또 다른 요청도 같은 인스턴스를 반환
    Airplane* sameAirplane = Airplane::getInstance();
    sameAirplane->move(-5, 10); // 비행기 이동
    sameAirplane->getPosition();

    return 0;
}

 

 

다음으로 구조패턴에 대해 알아보겠습니다.

이번엔 피자를 만들어본다고 해봅시다.

이 때 피자의 토핑을 원하는 대로 추가하면서 동적으로 피자를 만들 수 있어야 합니다.

어떻게 하면 객체의 상태를 동적으로 업데이트할 수 있을까요?

 

주목해서 보셔야 할 부분은 3가지 입니다.

 

기본 피자 클래스가 있고 데코레이터 클래스가 추가로 있습니다.

 

데코레이터 클래시는 피자 객체를 감싸며 동적으로 새로운 기능을 제공 합니다.

 

원하는 토핑을 조합하여 피자를 구성할 수 있고, 새로운 토핑을 추가하면 기능 확장이 쉽게 가능 합니다.

 

똑같이 다이어그램을 참고하여 코드를 생성해보겠습니다.

 

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

// **추상 컴포넌트 (Component): Pizza**
// - 피자 객체의 기본 구조를 정의하는 인터페이스입니다.
// - 모든 피자는 이름(`getName`)과 가격(`getPrice`)을 가져야 합니다.
class Pizza {
public:
    virtual ~Pizza() {}
    virtual string getName() const = 0;  // 피자의 이름 반환
    virtual double getPrice() const = 0; // 피자의 가격 반환
};

// **구체 컴포넌트 (Concrete Component): BasicPizza**
// - 기본 피자 클래스입니다.
// - 피자의 기본 베이스(이름과 가격)를 구현합니다.
class BasicPizza : public Pizza {
public:
    string getName() const {
        return "Basic Pizza"; // 기본 피자의 이름
    }
    double getPrice() const {
        return 5.0; // 기본 피자의 가격
    }
};

// **데코레이터 추상 클래스 (Decorator): PizzaDecorator**
// - 기존 피자의 기능을 확장하기 위한 데코레이터의 기본 구조를 정의합니다.
// - 내부적으로 `Pizza` 객체를 감싸며, 이름과 가격에 추가적인 기능을 제공합니다.
class PizzaDecorator : public Pizza {
protected:
    Pizza* pizza; // 기존의 피자 객체를 참조합니다.
public:
    // 데코레이터는 피자 객체를 받아서 감쌉니다.
    PizzaDecorator(Pizza* p) : pizza(p) {}
    
    // 소멸자에서 내부 피자 객체를 삭제합니다.
    virtual ~PizzaDecorator() {
        delete pizza;
    }
};

// **구체 데코레이터 (Concrete Decorators): Cheese, Pepperoni, Olive**
// - 각각의 토핑 데코레이터는 `PizzaDecorator`를 상속받아 이름과 가격을 확장합니다.

// 치즈 토핑 데코레이터
class CheeseDecorator : public PizzaDecorator {
public:
    CheeseDecorator(Pizza* p) : PizzaDecorator(p) {}
    string getName() const {
        // 기존 피자의 이름에 " + Cheese"를 추가
        return pizza->getName() + " + Cheese";
    }
    double getPrice() const {
        // 기존 피자의 가격에 치즈 추가 비용 1.5를 더함
        return pizza->getPrice() + 1.5;
    }
};

// 페퍼로니 토핑 데코레이터
class PepperoniDecorator : public PizzaDecorator {
public:
    PepperoniDecorator(Pizza* p) : PizzaDecorator(p) {}
    string getName() const {
        // 기존 피자의 이름에 " + Pepperoni"를 추가
        return pizza->getName() + " + Pepperoni";
    }
    double getPrice() const {
        // 기존 피자의 가격에 페퍼로니 추가 비용 2.0을 더함
        return pizza->getPrice() + 2.0;
    }
};

// 올리브 토핑 데코레이터
class OliveDecorator : public PizzaDecorator {
public:
    OliveDecorator(Pizza* p) : PizzaDecorator(p) {}
    string getName() const {
        // 기존 피자의 이름에 " + Olive"를 추가
        return pizza->getName() + " + Olive";
    }
    double getPrice() const {
        // 기존 피자의 가격에 올리브 추가 비용 0.7을 더함
        return pizza->getPrice() + 0.7;
    }
};

// **클라이언트 코드**
// - 피자와 데코레이터를 조합하여 최종 피자를 생성하고, 정보를 출력합니다.
int main() {
    // 1. 기본 피자를 생성합니다.
    Pizza* pizza = new BasicPizza();

    // 2. 치즈 토핑을 추가합니다.
    pizza = new CheeseDecorator(pizza);

    // 3. 페퍼로니 토핑을 추가합니다.
    pizza = new PepperoniDecorator(pizza);

    // 4. 올리브 토핑을 추가합니다.
    pizza = new OliveDecorator(pizza);

    // 5. 최종 피자 정보 출력
    cout << "Pizza: " << pizza->getName() << endl; // 피자의 이름 출력
    cout << "Price: $" << pizza->getPrice() << endl; // 피자의 가격 출력

    // 6. 메모리 해제
    delete pizza;

    return 0;
}

 

 

마지막으로 행동패턴(옵저버 패턴)입니다.

이번엔 엑셀프로그램을 만든다 가정하겠습니다.

엑셀 데이터 값을 변경할 때 해당 데이터로 생성한 모든 차트의 데이터가 반영되게 하고 싶습니다.

차트의 개수나 종류가 많을때 매번 각 차트의 데이터를 수동으로 업데이트 하는것은 비효율적입니다.

어떻게 하면 이를 자동으로 할 수 있을까요?

엑셀 시트는 데이터를 입력 받을 수 있다

 

여러 차트는 엑셀 데이터를 기반으로 업데이트 한다.

 

엑셀에 새로운 값이 입력되면 연결된 모든 차트가 자동으로 업데이트 된다.

 

주목해서 보셔야 할 부분은 아래와 같습니다.

 

Subject

상태를 관리하고, 변경되었음을 옵저버에 알림

 

Observer

Subject를 관차하며 상태 변경시 반응함

 

연결 구조

Observer들은 Subect에 등록하고 변경이 발생하면 알람을 받음

 

 

다이어그램을 참고한 코드는 다음과 같습니다.

#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
using namespace std;

// Observer 인터페이스
// - Observer 패턴에서 상태 변화를 알림받는 객체들의 공통 인터페이스
// - Observer들은 이 인터페이스를 구현하여 `update` 메서드를 통해 데이터를 전달받음
class Observer {
public:
    virtual ~Observer() = default;               // 가상 소멸자
    virtual void update(int data) = 0;           // 데이터 업데이트 메서드 (순수 가상 함수)
};

// Subject 클래스 (엑셀 시트 역할)
// - 데이터의 상태 변화를 관리하며, 모든 등록된 Observer들에게 변경 사항을 알림
class ExcelSheet {
private:
    vector<Observer*> observers;                 // Observer들을 저장하는 리스트
    int data;                                    // 현재 데이터 상태

public:
    ExcelSheet() : data(0) {}                    // 생성자: 초기 데이터 값은 0

    // Observer 등록 메서드
    // - 새로운 Observer를 등록하여 변경 사항 알림을 받을 수 있도록 추가
    void attach(Observer* observer) {
        observers.push_back(observer);
    }

    // 데이터 변경 알림 메서드
    // - 등록된 모든 Observer들의 `update` 메서드를 호출하여 데이터 변경 사항을 알림
    void notify() {
        for (Observer* observer : observers) {
            observer->update(data);              // 각 Observer에게 데이터를 전달
        }
    }

    // 데이터 설정 메서드
    // - 데이터를 변경하고 변경 사항을 모든 Observer에게 알림
    void setData(int newData) {
        data = newData;                          // 새로운 데이터로 갱신
        cout << "ExcelSheet: Data updated to " << data << endl;
        notify();                                // Observer들에게 알림
    }
};

// 구체적인 Observer 클래스: BarChart (막대 차트)
// - 데이터를 막대 그래프로 표현
class BarChart : public Observer {
public:
    void update(int data) {                      // 데이터 업데이트 시 호출됨
        cout << "BarChart: Displaying data as vertical bars: ";
        for (int i = 0; i < data; ++i) {
            cout << "|";                         // 데이터 값만큼 막대 출력
        }
        cout << " (" << data << ")" << endl;
    }
};

// 구체적인 Observer 클래스: LineChart (라인 차트)
// - 데이터를 선형 그래프로 표현
class LineChart : public Observer {
public:
    void update(int data) {                      // 데이터 업데이트 시 호출됨
        cout << "LineChart: Plotting data as a line: ";
        for (int i = 0; i < data; ++i) {
            cout << "-";                         // 데이터 값만큼 선 출력
        }
        cout << " (" << data << ")" << endl;
    }
};

// 구체적인 Observer 클래스: PieChart (파이 차트)
// - 데이터를 파이 그래프로 표현
class PieChart : public Observer {
public:
    void update(int data) {                      // 데이터 업데이트 시 호출됨
        cout << "PieChart: Displaying data as a pie chart slice: ";
        cout << "Pie [" << data << "%]" << endl; // 데이터 값 출력 (가정: % 비율로 표현)
    }
};

// 메인 함수
int main() {
    // Subject 생성
    ExcelSheet excelSheet;                       // 데이터를 관리하는 엑셀 시트 객체 생성

    // Observer 객체 생성 (각 차트 객체)
    BarChart* barChart = new BarChart();         // 막대 차트 생성
    LineChart* lineChart = new LineChart();      // 라인 차트 생성
    PieChart* pieChart = new PieChart();         // 파이 차트 생성

    // Observer 등록
    // - 각 차트(Observer)를 엑셀 시트(Subject)에 등록
    excelSheet.attach(barChart);
    excelSheet.attach(lineChart);
    excelSheet.attach(pieChart);

    // 데이터 변경 테스트
    // - 데이터를 변경하면 등록된 모든 Observer들이 알림을 받고 화면에 갱신
    excelSheet.setData(5);                       // 데이터 변경: 5
    excelSheet.setData(10);                      // 데이터 변경: 10

    // 메모리 해제
    // - 동적 할당된 Observer(차트) 객체 삭제
    delete barChart;
    delete lineChart;
    delete pieChart;

    return 0;
}