[C++] 클래스의 가상함수와 추상화
추상 클래스라는 것이 있다. 추상 클래스는 가상함수를 사용하여 객체를 생성하지 못하는 클래스를 말한다.
그럼 가상함수라는 것은 무엇이고 이로 인해서 이루어지는 추상화란 무엇일까?
가상함수란?
class CParent
{
protected:
int m_1;
int m_2;
public:
CParent():
m_1(0),
m_2(0)
{
}
CParent(int a, int b) :
m_1(a),
m_2(b)
{
}
~CParent()
{
}
public:
// 가상함수로 변경
virtual void Test()
{
std::cout << "퍄퍄 패런트 클래스" << std::endl;
}
virtual void Abstract() = 0; // 순수 가상함수
};
class CChild : public CParent
{
private:
int m_3;
int m_4;
public:
// 오버라이딩
virtual void Test() override
{
std::cout << "응애 차일드 클래스" << std::endl;
}
void otherTest()
{
std::cout << "응애응애 차일드 아더" << std::endl;
}
virtual void Abstract() // 가상함수 구현부
{
std::cout << "꺄륵 가상함수입니다" << std::endl;
}
public:
CChild():
m_3(0),
m_4(0)
{
}
CChild(int a, int b, int c, int d) :
CParent(a, b),
m_3(c),
m_4(d)
{
}
CChild(const CChild& _other)
: CParent(_other)
, m_3(_other.m_3)
, m_4(_other.m_4)
{
}
~CChild()
{
}
};
위의 코드를 보면 눈에 띄는 키워드 virtual이 있다.
// 부모 클래스 영역
virtual void Test()
{
std::cout << "퍄퍄 패런트 클래스" << std::endl;
}
virtual void Abstract() = 0; // 순수 가상함수
// 자식 클래스 영역
// 오버라이딩
virtual void Test() override
{
std::cout << "응애 차일드 클래스" << std::endl;
}
virtual void Abstract() // 가상함수 구현부
{
std::cout << "꺄륵 가상함수입니다" << std::endl;
}
필자가 공부하면서 느낀 가상함수를 그냥 요약하자면, 자식 클래스에서 구현할 함수와 기능들을 부모 클래스에서 미리 선언해 두는 모양새이다.
헤더파일엔 함수를 선언하고 cpp파일에 구현을 해두는데, 그런 느낌이 든다.
참고로, 부모 클래스에서 가상함수를 선언하면 그 부모 클래스는 더 이상 사용할 수 없게 된다. 이때 이런 상태의 부모 클래스, 즉 가상함수가 있는 클래스를 추상 클래스라고 한다.
int main()
{
CChild C1;
// 부모포인터로 자식클래스의 위치를 가리킴.
CParent* pP = &C1;
C1.Test(); // 자식의 Test
pP->Test();
pP->Abstract();
return 0;
}
위에 코드를 선언해두고 밑의 main함수를 코딩한 뒤 구동하면 결과는 아래와 같이 출력된다.
응애 차일드 클래스
응애 차일드 클래스
꺄륵 가상함수입니다
여기서 이상한 점이 보인다!
pP->Test()는 부모 클래스 자료구조 형태의 포인터인데 왜 자식클래스에 있는 내용이 출력되는 것일까?
그리고 어떻게 pP->Abstract()가 정상적으로 작동할 수 있었을까?
부모와 자식클래스의 메모리 할당 구조
그림으로 메모리 할당 구조를 살펴보자.
클래스를 생성하면 위 그림과 같이 부모와 자식 클래스가 메모리에 할당이 된다.
이 때, pP와 같이 부모클래스 포인터로 자식 클래스 지점을 가리키게 된다면 아래 그림과 같은 형태가 된다.
포인터의 특징이 무엇인가? 주소 지점으로부터 자료형의 크기만큼 메모리를 읽어들이는 것이다.
int 이면 4바이트만큼, double이면 8바이트만큼.. 그렇다면 부모클래스 포인터라면? 부모클래스의 크기만큼 자료를 읽어들인다.
근데 자식클래스가 있는 주소에 부모클래스 만큼 메모리를 읽어들인다면 자식클래스 주소를 읽었음 에도 불구하고 부모클래스의 자료를 읽어들인다. 그 이유가 바로 저 그림에 나와있는 것이다.
만약 반대로 자식클래스 포인터로 부모 클래스 주소를 읽어들인다면?
위 그림과 같이 되는 것이므로 에러가 발생할 것이다.
다행히 Visual Studio는 이런 상황이 발생한다면 에러를 표시한다.
부모클래스의 가상함수를 자식클래스에서 사용하기
// 부모 클래스 영역
virtual void Test()
{
std::cout << "퍄퍄 패런트 클래스" << std::endl;
}
virtual void Abstract() = 0; // 순수 가상함수
// 자식 클래스 영역
// 오버라이딩
virtual void Test() override
{
std::cout << "응애 차일드 클래스" << std::endl;
}
virtual void Abstract() // 가상함수 구현부
{
std::cout << "꺄륵 가상함수입니다" << std::endl;
}
int main()
{
CChild C1;
// 부모포인터로 자식클래스의 위치를 가리킴.
CParent* pP = &C1;
C1.Test(); // 자식의 Test
pP->Test();
pP->Abstract();
return 0;
}
그래서 위의 코드를 실행하면 pP->Test()에서도 자식클래스의 내용이,
pP->Abstract()도 자식클래스의 내용이 실행된다.
만약에 부모클래스의 Test()가 가상함수가 아니었다면?
// 부모 클래스 영역
void Test()
{
std::cout << "퍄퍄 패런트 클래스" << std::endl;
}
virtual void Abstract() = 0; // 순수 가상함수
// 자식 클래스 영역
void Test()
{
std::cout << "응애 차일드 클래스" << std::endl;
}
virtual void Abstract() // 가상함수 구현부
{
std::cout << "꺄륵 가상함수입니다" << std::endl;
}
다시 ‘퍄퍄 패런트 클래스’가 출력된다.
// 출력 결과
응애 차일드 클래스
퍄퍄 패런트 클래스
꺄륵 가상함수입니다
가상함수를 사용하는 이유?
필자가 느낀 결론부터 말하자면 상위 항목에서 기능을 설정하고 하위 항목에서 그 기능을 상속받아서 각기 구현을 쉽게 하고, 유지보수를 용이하게 하기 위해서 라고 생각한다.
또한, 최소한의 포인터로 많은 객체를 관리할 수 있게 되니까.(다형성)
가상함수, 추상화, 추상클래스의 특징은 객체를 생성할 수 없고 그 추상적인 개념을 표시한다는 점이다.
동물들을 다시 예시로 들어보자.
위의 그래프에서 실제로 객체상으로 존재하는 것은 무엇일까?
다시 말해, 현실 세계에 실존하는 것을 말하는 것이다.
읽는 사람에 따라 기준이 다르겠지만, 개, 고양이가 실존한다고 할 수 있고, 아니면 고양이보다 하위 항목에 있는 러시안 블루, 코리안 숏헤어가 실존한다고도 할 수 있다.
하지만 읽는 사람이 누구던지, 조류, 파충류, 포유류 라는 객체 자체가 존재한다고는 하지 않을 것이다.
그저 각기 종류에 있는 동물들을 포함하는 개념상으로 일컫어 지는 것이다.
게임에서도 마찬가지이다.
몬스터라는 상위 항목 아래에 드래곤, 오크, 고블린 이라는 하위 항목이 있을 것이고, 이들의 공통점은 몬스터라는 것이다.
몬스터들의 공통점은 움직이고, 공격을 한다는 점이다. 하지만 어떻게 움직이고 어떻게 공격을 하는지는 각기 다를 것이다.
그렇다면 클래스 상속구조를 이렇게 할 수 있지 않을까?
class 몬스터
{
공격기능
움직이기기능
}
class 고블린 : public 몬스터
{
방망이로 공격
빨리 움직임
}
class 오크 : public 몬스터
{
도끼로 공격
중간 속도로 움직임
}
class 오크 : public 몬스터
{
불꽃 브레스로 공격
움직이지 않음
}
이럴때 사용하는 것이 추상 클래스이다.
상위 항목의 기능을 설정하고, 실제로 기능을 사용하는 것은 하위 항목에서 사용한다.
이렇게 가상함수는 객체지향 프로그래밍에서 중요한 개념 중 추상화와 다형성을 담당한다.
