가상 함수 (Virtual Function)

1. Upcasting과 Downcasting

일반적인 경우, 포인터 변수에 다른 type의 포인터를 담을 수 없다.

(예외: void* 변수는 다른 type의 포인터를 담을 수 있다.)

class person { public: }; class student: public person { public: }; int main() { person a; student* p = &a; //error: invalid conversion from 'person*' to 'student*' int x; double* d = &x; // error: cannot convert 'int*' to 'double*' in initialization }

하지만 "부모 클래스"의 포인터에 "자식 클래스"를 담을 경우, 자식 클래스는 부모 클래스를 물려받았기 때문에 메모리 앞부분이 부모 클래스와 똑같다. 따라서 포인터 변수로 담을 수 있으며, 이를 upcasting이라 한다.

class person { public: }; class student: public person { public: }; int main() { student a; person* p = &a; }

이때 부모 클래스와 자식 클래스에 같은 이름의 멤버가 있다면, 원래 변수가 자식 클래스였어도 upcasting 된 변수를 통해 접근할 때는 무조건 부모 클래스의 멤버가 불리게 된다.

부모 클래스에서 자식 클래스의 멤버를 부르고 싶으면, 자식클래스로 형변환을 한 후에 불러주면 된다. 이를 downcasting 이라 부른다.

Downcasting을 static_cast<자식클래스>(변수) 로 하게 되면 실행 시간에 변수가 원래 자식 클래스인지, 아니면 부모 클래스인지 확인이 되지 않기 때문에, 정의되지 않은 동작을 할 수 있다. (실제 자식클래스가 아닌데 자식 클래스의 멤버를 부른다)

Downcasting을 dynamic_cast<자식클래스>(변수)로 해줘야 실행 시간에 변수의 type을 체크해서 변수가 원래 자식 클래스였으면 downcasting이 성공하고, 그렇지 않다면 실패하여 null을 반환시킨다. 따라서 dynamic_cast를 사용하는 것이 더 안전하다.

단 그냥 dynamic_cast를 할 경우 "source type is not polymorphic" 에러가 발생하는데, 이를 막기 위해선 person의 소멸자를 virtual로 지정해주어야 한다.

class person { public: void print() { cout << "person" << endl; } virtual ~person() = default; // 없을 경우 error: source type is not polymorphic }; class student: public person { public: void print() { cout << "student" << endl; } }; int main() { student st; person* pt = &st; st.print(); // student pt->print(); // person static_cast<student*>(pt)->print(); //studnet dynamic_cast<student*>(pt)->print(); // student }

2. 함수 오버라이드 (function override)

위의 경우에서 downcasting 없이 자식클래스의 함수를 부르고 싶으면, 부모 클래스에서 멤버 함수를 가상 함수 (virtual function)으로 정의하면 된다.

이 경우 부모 클래스에서 함수를 선언할 때 virtual 키워드를 앞에 붙인다. (구현부에는 붙이지 않음)

그리고 자식 클래스에서 재정의 할 경우에는 virtual 키워드를 붙여도 되고 붙이지 않아도 된다. (가독성 때문에 붙이는 것이 좋다.)

class person { public: virtual void print() { cout << "person" << endl; } }; class student: public person { public: virtual void print() { cout << "student" << endl; } }; int main() { student st; person* pt = &st; pt->print(); // student }

3. 추상 클래스 (Abstract class)

가상 함수에 정의 대신 = 0; 으로 구현하지 않은 경우를 순수 가상함수라고 하고, 순수 가상 함수를 가진 클래스를 추상 클래스라고 한다.

추상 클래스는 순수 가상함수 때문에 객체를 만들 수 없으며, 오직 파생클래스에서 순수가상함수를 구현한 경우에만 객체를 만들 수 있다.

class person { public: virtual void print() { cout << "person" << endl; } virtual void get() = 0; }; class student: public person { public: virtual void print() { cout << "student" << endl; } virtual void get() {} }; int main() { //person p; // error: cannot declare variable 'p' to be of abstract type 'person' student st; // ok }

4. 가상 소멸자

아래와 같이 부모 클래스의 포인터로 자식 클래스를 생성하고나서 반환하는 경우를 생각해 보자.

class person { public: ~person() { cout << "Call ~person()" << endl; } }; class student: public person { public: ~student() { cout << "Call ~student()" << endl; } }; int main() { person* p = new student; delete p; // Call ~person() // ~student()로 반납될 자원이 반납 안 됨. }

이때 Line 14에서 p가 소멸될 때 p는 person의 pointer이므로, ~student()를 호출하는 것이 아닌 ~person()을 호출하게 되고, student의 자원에 대해 소멸자가 불리지 않게 된다.

이 문제를 해결하기 위해서는 ~person()을 가상 함수로 선언해 주어서, 자식 클래스의 소멸자가 불리게 해야 한다. (그리고 나서 부모 클래스의 소멸자도 불리게 된다.)

이 경우 자식 클래스의 소멸자는 명시하지 않아도 가상 함수가 된다.

class person { public: virtual ~person() { cout << "Call ~person()" << endl; } }; class student: public person { public: ~student() { cout << "Call ~student()" << endl; } }; int main() { person* p = new student; delete p; // Call ~student() // Call ~person() }

따라서, 클래스를 상속할 경우 반드시 소멸자를 가상함수로 만들어야 한다.