C++ 정리 - 35 (상속: is-a 관계, public 다형 상속, 가상 메서드는 왜 필요할까?, 정적 결합과 동적 결합, 포인터와 참조형의 호환, 가상 멤버 함수와 동적 결합, 접근제어: protected, ABC 철학, 상속과 ..

상속: is-a 관계

c++는 상속의 3가지 형식으로 public, protected, private를 가지고 있다. public 상속은 is-a 관계를 나타낸다. (파생 클래스 객체가 기초 클래스 객체이기도 함) 기초 클래스 객체를 대상으로 수행할 수 있는 모든 작업을, 파생 클래스 객체에 대해서도 수행 가능

 

public 다형 상속

public 다형 상속을 구현하는 두 가지 중요한 방법이 있다.

• 기초 클래스 메서드를 파생 클래스에서 다시 정의한다.
• 가상 메서드를 사용한다.

virtual 키워드는 메서드가 객체에 의해 호출되지 않고 참조나 포인터에 의해 호출되었을 때 어느 메서드를 사용할 것인지 결정한다. virtual 키워드를 사용했을 경우에, 프로그램은 참조나 포인터에 의해 지시되는 객체형에 기초하여 메서드를 선택한다.

 

가상 메서드는 왜 필요할까?

파괴자들이 가상이 아니라면, 포인터형에 해당하는 파괴자만 호출될 것이다. 파괴자가 가상이면, 객체형에 해당하는 파괴자가 호출된다.

 

정적 결합과 동적 결합

소스 코드에 있는 함수 호출을 특정 블록에 있는 함수 코드를 실행하라는 뜻으로 해석하는 것을 "함수 이름을 결합(binding)한다"라고 말함. 컴파일하는 동안에 일어나는 결합을 정적 결합 또는 초기 결합이라 한다. 컴파일러는 프로그램을 실행할 때 올바른 가상 메서드가 선택되도록 하는 코드를 만들어 내야 한다. 이 작업을 동적 결합 또는 말기 결합이라 한다. 

 

포인터와 참조형의 호환

파생 클래스 참조나 포인터를 기초 클래스 참조나 포인터로 변환하는 것을 업캐스팅(upcasting)이라 한다. public 상속에서는 명시적인 데이터형 변환이 없어도 업캐스팅이 언제든지 허용된다.

 

그 반대 과정, 기초 클래스 포인터나 참조를 파생 클래스 포인터나 참조로 변환하는 것을 다운 캐스팅이라 한다. 다운 캐스팅은 명시적인 데이터형 변환 없이는 허용되지 않는다.

 

가상 멤버 함수와 동적 결합

다음과 같은 코드를 가지고 있다고 가정하자.

BrassPlus ophelia; //파생 클래스 객체

Brass *bp; //기초 클래스 포인터

bp = &ophelia; //BrassPlus 객체를 지시하는 Brass 포인터

bp->ViewAcct(); //어느 버전을 호출할까?

 

ViewAcct()를 기초 클래스에 가상으로 선언하지 않으면, bp->ViewAcct()는 Brass* 형의 포인터에 기초하여 Brass::ViewAcct()를 호출 한다. 컴파일러는 가상이 아닌 함수들에 대해서 정적 결합을 사용한다.

 

ViewAcct()를 기초 클래스에 가상으로 선언하면, bp->ViewAcct()는 BrassPlus 객체에 기초하여 BrassPlus::ViewAcct()를 호출한다. 이 예에서는 그 객체형이 BrassPlus이다. 프로그램이 실행되는 동안에 결정되는 객체형에 따라 ViewAcct()를 Brass::ViewAcct()에 결합하거나 또는 BrassPlus::ViewAcct()에 결합하는 코드를 컴파일러가 만들어낸다. 컴파일러는 가상 함수들에 대해 동적 결합을 사용한다.

 

가상 함수를 사용하면 메모리와 실행 속도 면에서 다음과 같은 약간의 부담이 따른다.

• 각 객체의 크기가 주소 하나를 저장하는데 필요한 양 만큼 커진다.
• 각각의 클래스에 대해, 컴파일러는 가상 함수들의 주소로 이루어진 하나의 테이블(배열)을 만든다.
• 각각의 함수 호출에 대해, 실행할 함수의 주소를 얻기 위해 테이블에 접근하는 것 외의 단계가 더 필요하다.

가상 메서드에 대해 알아야할 사항

1. 기초 클래스에서 클래스 메서드를 선언할 때 키워드 virtual로 시작하면, 그 함수는 기초 클래스, 기초 클래스에서 파생된 클래스, 파생 클래스에서 다시 파생된 클래스 등 모든 클래스에 대해 가상이 된다.
2. 객체에 대한 참조를 사용하여 또는 객체를 지시하는 포인터를 사용하여 가상 메서드가 호출되면, 프로그램은 그 참조나 포인터형을 위해 정의된 메서드를 사용하지 않고, 객체형을 위해 정의된 메서드를 사용한다. 이것을 동적 결합이라 함.
3. 상속을 위해 기초 클래스로 사용할 클래스를 정의할 때, 파생 클래스에서 다시 정의해야 하는 클래스 메서드들은 가상 함수로 선언해야 한다.

생성자

생성자는 가상으로 선언할 수 없다.

 

파괴자

클래스가 기초 클래스로 사용된다면, 파괴자는 가상으로 선언해야 한다.

 

프렌드

프렌드는 가상 함수가 될 수 없다.

 

가상 함수를 다시 정의하지 않으면 파생 클래스는 그 함수의 기초 클래스 버전을 사용한다. 파생 클래스가 길게 이어진 파생 사슬의 일부라면, 그 파생 클래스는 그 함수의 가장 최근에 정의된 버전을 사용한다.

 

가상 함수를 다시 정의하면 메서드가 은닉된다.

class Dwelling
{
public:
	virtual void showperks(int a) const;
    ...
};

class Hovel: public Dwelling
{
public:
	virtual void showperks() const;
    ...
}

 

위 코드는 다음과 같은 것을 암시함.

Hovel trump;

trump.showperks(); //맞다

trump.showperks(5); //틀리다

 

새로운 정의는 매개 변수를 사용하지 않는 showperks()함수를 정의하고, 이것은 오버 로딩된 두 개의 함수 버전을 생성하지 않는다. 이 재정의는 int형 매개변수를 사용하는 기초 클래스 버전을 가진다. 즉 상속된 메서드를 다시 정의하는 것은 오버 로딩의 변종이 아니다. 어떤 함수를 파생 클래스에서 다시 정의하면, 동일한 함수 시그내처를 가지고 있는 기초 클래스 선언만 가리는 것이 아니라. 매개 변수 시그내처와는 상관없이 같은 이름을 가진 모든 기초 클래스 메서드들을 가짐.

 

상속된 메서드를 재정의 할 경우 오리지널 원형과 정확히 일치시킬 필요가 있다. 리턴형이 기초 클래스에 대한 참조나 포인터인 경우에 파생 클래스에 대한 참조나 포인터로 대체 가능하다. 이 기능을 리턴형의 공변이라 한다.

 

기초 클래스 선언이 오버로딩되었다면, 파생 클래스에서 모든 기초 클래스 버전들을 재정의 해야 한다.

 

접근제어: protected

public과 private 외에 키워드 protected를 사용하는 접근 제어가 한 가지 더 있다.

바깥 세계에서 protected 부분에 있는 클래스 멤버에 접근하기 위해서는 public 클래스 멤버를 사용해야만 한다는 점에서 protected 키워드는 private와 비슷하다.

 

protected와 private의 차이는, 파생 클래스의 멤버들은 기초 클래스의 protected 멤버에는 직접 접근할 수 있지만, 기초 클래스의 private 멤버에는 직접 접근할 수 없다.

 

추상화 기초 클래스(abstract base class;ABC)

적어도 하나의 순수 가상 함수를 사용하는 인터페이스를 서술한다. ABC로부터 파생된 클래스들은 일반 가상 함수를 사용하며, 그 특별한 파생 클래스의 속성을 가지고 그 인터페이스를 구현한다.

 

순수 가상 함수: 구현되지 않은 함수, 함수 선언 뒤에 =0을 가진다.

 

ABC 철학

추상화 클래스를 설계하기 전에, 프로그래밍 문제를 표현하는데 필요한 클래스들은 어떤 것들이 있을까 그리고 그 클래스들은 어떤 연관이 있을까를 먼저 생각하여 하나의 모델을 개발해야 한다. 일부 프로그래머들은, 클래스들의 상속 체계를 설계할 때, 구체화 클래스들은 기초 클래스 역할을 절대 하지 못하게 만들어야 한다고 주장한다. 이렇게 하면 설계가 덜 복잡하고 더 깨끗한 코드가 만들어진다.

 

상속과 동적 메모리 대입

경우 1 - 파생 클래스가 new를 사용하지 않는다.

동적 메모리 대입을 사용하는 다음과 같은 기초 클래스 가정.

class baseDMA
{
private:
	char *label;
    int rating;
public:
	baseDMA(const char *1 = "null",int r=0);
    baseDMA(const baseDMA &rs);
    virtual ~baseDMA();
    baseDMA& operator=(const baseDMA & rs);
    ...
};

 

이 선언은, 생성자가 new를 사용할 때 요구되는 특별한 메서드들(파괴자, 복사 생성자, 오버 로딩 대입 연산자)를 가지고 있다. baseDMA로부터 lacksDMA를 파생시키는데, lacksDMA는 new를 사용하지 않고 다른 특별한 처리도 요구하지 않는다고 가정해 보자.

 

class lacksDMA: public baseDMA
{
private:
    char color[40];
public:
	...
};

 

이러한 경우, lacksDMA 클래스를 위해 명시적 파괴자, 복사 생성자, 대입 연산자를 정의할 필요 X

 

경우 2 - 파생 클래스가 new를 사용한다.

파생 클래스가 new를 사용한다고 가정

class hasDMA: public baseDMA
{
private:
	char * style; // 생성자에서 new를 사용한다.
public:
	...
};

이 경우, 파생 클래스를 위한 명시적 파괴자, 복사 생성자, 대입 연산자를 당연히 정의해야 한다.

 

요약하면, 기초 클래스와 파생 클래스가 둘 다 동적 메모리 대입, 파생 클래스 파괴자, 복사 생성자, 대입 연산자를 사용할 때, 이들은 모두 기초 클래스 성분을 처리하기 위해 그들의 기초 클래스 대응물을 사용해야 한다.