[C++] 다형성(Polymorphism)
👻 다형성
다형성(Polymorphism)이란 같은 이름을 사용하여 다른 기능을 구현하는 것을 의미한다. 동명이인, 동음이의어에 비유하면 이해가 쉽다. 대표적으로 오버로딩과 오버라이딩이 있다.
🌱 오버로딩(Overloading)
오버로딩(Overloading)은 함수를 중복 정의하는 것을 의미한다. 이전에 함수를 구현할 때 이름은 같지만 인자의 개수나 타입을 다르게 해서 만든 적이 있었다. 이러한 부분이 바로 함수 오버로딩에 해당된다.
class Player
{
public:
void Move() { cout << "Move Player !" << endl; }
void Move(int a) { cout << "Move Player (int) !" << endl; }
public:
int _hp;
};
클래스 내부에 Move 함수를 두 번 중복 정의 하였다. 함수가 오버로딩 된 것이다.
🌱 오버라이딩
오버라이딩(Overriding)은 함수를 재정의하는 것을 의미한다. 상속성에 대해 알아보았을 때 부모 자식 클래스 간의 상속이 일어나게되고, 부모의 멤버 함수를 자식의 멤버 함수로 다시 만든 적이 있었다. 이 부분이 바로 함수 오버라이딩에 해당된다.
class Player
{
public:
void Move() { cout << "Move Player !" << endl; }
public:
int _hp;
};
class Knight : public Player
{
public:
void Move() { cout << "Move Knight !" << endl; }
public:
int _stamina;
};
부모 클래스인 Player의 Move 함수를 자식 클래스인 Knight 에서 다시 한 번 더 만듦으로써 함수가 오버라이딩 되었다고 볼 수 있다.
🌱 바인딩
바인딩(Binding)은 묶는다라는 뜻을 가진 단어로 프로그래밍에선 프로그램에 사용된 구성 요소(각종 값들)가 확정되어 더 이상 변경할 수 없는 상태가 되는 것을 의미한다. 정적 바인딩과 동적 바인딩이 있다.
🪐 정적 바인딩
정적 바인딩(Static Binding)은 컴파일 시점에 결정되어 값이 묶여지는 것을 의미한다. 보통 일반적인 전역변수나 값이 바뀌지 않을 각종 값들이 정적 바인딩된다.
void MovePlayer(Player* player)
{
player->Move();
}
int main()
{
Knight k;
MovePlayer(&k);
}
다음과 같은 부모 클래스의 포인터를 받는 전역 함수가 있다고 가정해보자. 그런 다음 메인 함수에서 Knight 클래스를 생성 후 주소값을 넘겨주면 에러없이 잘 실행되는 것을 알 수 있다.
하지만 함수에서 받는 인자값이 플레이어의 포인터이므로 플레이어 클래스 내의 Move 함수가 실행된다.
해당 함수는 컴파일 시 이미 받는 값, 넘겨줄 값 등이 고정되어버려 내가 함수를 호출했을 때 받는 인자의 값이 무엇인지는 알지 못하고 그냥 전달만 할 뿐이기 때문이다.
🪐 동적 바인딩
동적 바인딩(Dynamic Binding)은 실행 시점에 결정되어 값이 묶여지는 것을 의미한다. 위처럼 일반 함수를 부모 클래스 타입으로 넓게 잡아 사용하면 자식 클래스까지 사용할 수 있다는 장점이 있지만 정적 바인딩으로 인해 어떤 클래스인지까지는 알지 못한다. 그러한 점을 보완하기 위해 동적 바인딩으로 변경해주어야한다.
동적 바인딩을 원한다면 가상 함수(Virtual Function)을 사용해야한다. 함수 앞에 virtual 을 붙여주어 만들 수 있다.
class Player
{
public:
void Move() { cout << "Move Player !" << endl; }
virtual void VMove() { cout << "VMove Player !" << endl; }
public:
int _hp;
};
class Knight : public Player
{
public:
void Move() { cout << "Move Knight !" << endl; }
// 가상 함수는 재정의를 하더라도 가상 함수이다.
virtual void VMove() { cout << "VMove Knight !" << endl; }
public:
int _stamina;
};
void MovePlayer(Player* player)
{
player->VMove();
}
부모 자식 클래스 각각에 가상 함수를 정의, 재정의 해준 다음 일반 전역 함수 내에서 실행할 함수를 가상 함수로 설정하고 다시 실행시키면 이번엔 자식 클래스인 Knight의 가상 함수 VMove가 실행된다. 이렇게 되면 값을 유연하게 넘기고 처리할 수 있다는 장점이 있다.
🌱 가상 함수
가상 함수(Virtual Function)는 정의, 재정의 되어지는 멤버 함수 중 동적으로 바인딩을 해주기 위해 사용하는 함수이다. 위에서 보았던 것처럼 virtual 문법을 사용해 가상 함수를 정의할 수 있다.
💡 가상 함수를 어떻게 호출하는 걸까?
일반 함수와 다를 바가 없는데 어떻게 가상 함수인지 알고 유연하게 호출해주는 걸까?
메모리를 살펴보면 가상 함수 테이블(vftable)을 사용한 것을 알 수 있다. 가상 함수 테이블은 가상 함수의 주소값을 담아놓은 테이블이다. 보통 클래스의 기본 생성자가 실행되기 전 생성되며 해당 값을 통해 가상 함수 유무를 알게 되고 알아서 호출해주는 것이다.
해당 주소값으로 가면 가상 함수 테이블이 하나 있고 그 다음 메모리부터 설정한 멤버 변수의 값이 차례로 들어가는 것을 확인할 수 있다.
🪐 순수 가상 함수
순수 가상 함수는 구현은 없고 인터페이스만 전달하는 용도로 사용하고 싶을 경우에 사용한다.
class Player
{
public:
virtual void VAttack() = 0;
};
위 처럼 함수 선언부에 = 0;을 붙여 만들 수 있다.
순수 가상 함수가 1개 이상 포함되면 해당 클래스는 바로 추상 클래스로 간주하게 되고 직접적으로 객체를 만들 수 없게 된다. 위처럼 플레이어 클래스를 만들었다면 외부에서 Player p;로 선언할 수 없다는 의미가 된다.
또한, 추상 클래스를 상속받은 자식 클래스는 반드시 순수 가상 함수의 구현부를 설정해야 사용할 수 있게된다.
👻 글을 마치며
이번 시간에는 객체 지향 프로그래밍의 특징 중 다형성에 대해 알아보았다. 오버로딩과 오버라이딩의 차이까지는 알았는데 바인딩, 가상 함수는 처음 알게되었다. 생각보다 프로그래밍 과정에서 많은 처리 단계가 있다는 걸 알게되었고 경우에 따라 적절한 방법을 사용해야겠다는 것을 배우게 되었다. 아직까지는 가상 함수의 응용법이 생각이 잘 안 나지만 여러 실습을 통해 금방 익힐 수 있을 것 같다.
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