가상함수(virtual function), 함수 재정의 (function redefine)

🎈 가상 함수(virtual function)

가상 함수는 순수 가상 함수(pure virtual class)와 일반 가상 함수(virtual class)로 구분되어 사용된다. 둘 다 가상 함수 이기 때문에 기본 개념은 같고 사용 방법의 차이만 있다. 가상 함수의 기본 개념은 다음과 같다.

가상함수를 사용하게 되면 부모 클래스에서 선언한 함수가 자식 클래스에서 재정의 될 수 있다고 알려주게 되어 기본 클래스 타입의 포인터 또는 참조를 통해 자식 클래스의 객체를 참조하여 해당 객체에 대한 함수를 실행할 수 있게 된다.

 

▶ 일반 가상 함수(virtual function)는 부모 클래스에서 선언한 메소드를 자식 클래스에서 재정의해서 사용해도 된다는 가능성을 열어두는 것이다. 앞의 오버라이딩에서 했던 것처럼 부모 클래스에서도 함수의 기능이 정의되어 있고 필요하다면 기능을 확장하거나 변경하는데 virtual 키워드를 통해 포인터 타입이 아닌 참조하는 객체의 메서드를 사용하기 위해 붙이게 된다.

▶ 순수 가상 함수(pure virtual function)는 자식 클래스에서 반드시 재정의해서 사용해야 하는 메소드를 뜻한다. 따라서 부모 클래스에서 함수의 기능이 정의되어 있지 않으며 자식 클래스에서 재정의하지 않으면 사용이 불가능하다.

 

🎇문법

class 클래스명

{

    virtual 멤버 함수의 원형;          //일반 가상 함수

    virtual 멤버 함수의 원형 = 0;    //순수 가상 함수

};

 

부모 클래스에서 virtual을 통해 함수를 선언하면 자식 클래스에서 재정의한 함수 또한 자동으로 virtual 함수가 되기 때문에 자식 클래스에서 virtual을 생략해도 되지만 가상 함수임을 명시하기 위해 자식 클래스에서도 virtual 키워드를 붙여주는 것이 좋다.  

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🎈 가상 함수의 구현 원리

모든 함수를 가상함수로 만들면 편할 것 같지만, 사실 가상함수는 오버헤드가 크다. 왜냐하면 virtual 함수는 런타임에 어떤 함수가 실행할지를 결정하는 동적 바인딩 방식이기 때문이다.

 

C++ 컴파일러는 가상 함수가 하나라도 존재하는 클래스에 대해 가상 함수 테이블(virtual function table; vtable)을 생성한다. 

 

p의 경우, func1이 가상함수이므로, 가상함수 테이블을 한 번 더 참조하여 Parent::func1()을 호출하게 되고, c의 경우에도 마찬가지로 가상함수 테이블을 참조하여 Child::func1()을 호출하게 된다. 이는 오버헤드가 추가되는 것을 의미하므로, C++의 멤버 함수는 디폴트로 가상함수가 되도록 만들어지지 않은 것이다.

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🎈가상 함수와 순수 가상 함수를 예시

다음과 같이 Car 클래스와 SuperCar 클래스를 선언하고 Car 클래스 타입의 포인터 변수에 SuperCar 클래스로 만든 객체의 주소를 담아주면 SuperCar의 Speed() 함수를 호출할 것 같지만 그렇지 않고 포인터 타입에 해당하는 클래스의 함수를 호출하는 것을 확인할 수 있다. 이를 해결하기 위해 가상 함수를 사용한다.

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일반 가상 함수를 통해 Speed라는 함수가 자식클래스에서 재정의되어 사용될 수 있다고 알려주기 때문에 Car 타입의 포인터 변수로 scar의 객체의 주소를 담아 사용하면 그때부터 해당 객체의 메소드를 사용할 수 있게 된다.

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부모 클래스에서 순수 가상 함수로 선언되어 있기 때문에 자식 클래스에서 함수를 재정의 하지 않을 경우 사용할수 없는 것을 확인할 수 있다.

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자식클래스에서 순수 가상 함수로 선언된 함수는 무조건 재정의하여야 하며 일반 가상 함수와 똑같이 Car타입의 포인터 변수로 자식 객체를 담아 사용할 수 있게 된다.

순수 가상 함수와 일반 가상 함수의 기능적인 차이는 없으며 설계하는 프로그래밍에 맞게 골라서 사용하면 된다.

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🎈 함수 재정의 (function redefine)

함수는 파생 클래스에서 기본 클래스와 동일한 형식의 함수를 재정의하여 사용하는 것이다.

 

다음과 같이 Car기본 클래스를 상속한 파생 클래스 NomalCar,SuperCar는

Car의 멤버 함수인 Speed()를 재정의하여 구현하였다. 

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🎇파생 클래스 포인터 -> 파생 클래스 객체의 함수 호출

파생 클래스 객체를 가리키는 파생 클래스 포인터로 

재정의된 함수를 호출하면, 파생 클래스에 작성된 멤버를 기본적으로 호출한다.

아래에서 파생 클래스의 포인터 pt_car이 파생 클래스 객체 A를 가리킬 때 Speed()를 호출하면,

파생 클래스에서 재정의된 NomalCar의 멤버 Speed()가 호출된다.

재정의 되기 이전의, 기본 클래스의 멤버를 호출하려면 범위 지정 연산자(::)를 사용하면 된다.

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🎇업캐스팅을 통한 기본 클래스의 포인터 -> 파생 클래스 객체

업캐스팅을 통해 기본 클래스의 포인터로 파생 클래스의 객체를 가리키는 경우 함수를 호출한다.

pCar는 기본 클래스에 대한 포인터이므로, 기본 클래스의 멤버에만 접근할 수 있다.

따라서 Speed()를 호출하면, 기본 클래스 Car의 멤버 Speed()가 호출된다.

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