[C++] 16-1. 상속(Inheritance)과 가상 함수(Virtual Function)

 

 

이번 포스팅부터는 경어체로 글을 쓰겠씁니다. 여태까지 평어체로 포스팅했는데, 딱딱한 느낌이 들어서 지금부터는 좀 더 친절하게 자세하게 설명하려고 경어체를 사용하겠습니다!

 

 

상속(Inheritance)

객체 지향의 4대 원칙(캡슐화, 추상화, 상속, 다형성) 중 상속 그리고 다형성을 다뤄보려고 합니다. 상속은 객체지향의 꽃이자 핵심이라고도 할 수 있습니다. 클래스 자체만으로도 객체끼리의 관계를 표현한다면, 상속을 통한 다형성은 객체 간의 관계를 더욱 풍성하고 쉽게 표현할 수 있도록 하죠.

 

상속을 통해 기존에 정의된 클래스를 기반으로 새로운 클래스를 정의할 수 있으며, 공통된 것을 공유하고 확장 가능하도록 만들 수 있습니다.  상속은 클래스 간의 관계를 설정하여 코드 재사용과 계층적 구조를 구축하는 데 사용됩니다. 한 클래스(파생 클래스 또는 하위 클래스)가 다른 클래스(기본 클래스 또는 상위 클래스)의 특성과 동작을 상속받아 확장할 수 있습니다. 이를 통해 코드의 중복을 피하고 유지보수성을 향상시킬 수 있습니다.

상속 관계에서는 부모-자식이라는 표현을 많이 사용하며 기본 클래스(Base class)와 파생(Derived class)로도 많이 사용합니다.

C++에서 상속을 정의하려면 파생 클래스를 선언하고 기본 클래스를 지정해야 합니다. 클래스 선언 시 기본 클래스를 지정하기 위해 파생 클래스의 선언부에 콜론(:)을 사용하며, 이어서 접근 지정자와 함께 기본 클래스의 이름을 명시합니다. 상속의 접근 지정자는 파생 클래스에서 기본 클래스의 멤버에 대한 접근 권한을 제어하는 역할을 합니다.

class BaseClass {
  // 기본 클래스 멤버들
};

class DerivedClass : 접근_지정자 BaseClass {
  // 파생 클래스 멤버들
};

 

C++에서 상속은 다음과 같은 세 가지 유형으로 구분됩니다:

✔️ 공개 상속(Public Inheritance): public 접근 지정자를 사용하여 상속합니다. 이 경우, 기본 클래스의 모든 공개 멤버는 파생 클래스에서도 공개 멤버로 상속됩니다.
✔️ 보호 상속(Protected Inheritance): protected 접근 지정자를 사용하여 상속합니다. 이 경우, 기본 클래스의 모든 공개 및 보호 멤버는 파생 클래스에서 보호 멤버로 상속됩니다.
✔️ 비공개 상속(Private Inheritance): private 접근 지정자를 사용하여 상속합니다. 이 경우, 기본 클래스의 모든 멤버는 파생 클래스에서 비공개 멤버로 상속됩니다.

파생 클래스는 기본 클래스에서 상속받은 멤버를 사용할 수 있으며, 필요에 따라 새로운 멤버를 추가하거나 기존 멤버를 재정의(오버라이딩)할 수 있습니다. 상속받은 멤버에 접근하기 위해 . 연산자를 사용할 수 있습니다. 또한, 파생 클래스의 생성자에서 기본 클래스의 생성자를 호출하여 초기화하는 것이 일반적입니다.

#include <iostream>

// 기본 클래스: 동물
class Animal {
public:
    void eat() {
        std::cout << "동물이 먹고 있습니다." << std::endl;
    }
};

// 파생 클래스: 고양이
class Cat : public Animal {
public:
    void meow() {
        std::cout << "고양이가 야옹 소리를 내고 있습니다." << std::endl;
    }
};

int main() {
    // 파생 클래스의 객체 생성
    Cat cat;

    // 상속받은 기본 클래스의 멤버 사용
    cat.eat();

    // 파생 클래스의 멤버 사용
    cat.meow();

    return 0;
}

/* 실행결과
동물이 먹고 있습니다.
고양이가 야옹 소리를 내고 있습니다.
*/

 

 

다중 상속(Multiple Inheritance)이라고 하는 개념도 있으며, C++에서는 클래스가 두 개 이상의 클래스로부터 동시에 상속받을 수 있습니다. 이를 통해 다른 클래스의 특성과 동작을 조합하여 새로운 클래스를 정의할 수 있습니다. 다중 상속은 유용하지만 코드의 복잡성을 증가시킬 수 있으므로 신중하게 사용해야 합니다.

 

 

 

가상 함수(Virtual Function)와 오버라이딩(Overriding)

가상 함수(Virtual Function)는 기본 클래스와 파생 클래스 사이에서 동적 바인딩을 지원하기 위해 사용되는 함수입니다. 동적 바인딩은 실행 시간에 적절한 함수를 호출하기 위해 가상 함수 테이블(virtual function table)을 사용하는 메커니즘입니다. 가상 함수는 기본 클래스에서 정의되며, 파생 클래스에서 필요에 따라 재정의(오버라이딩)될 수 있습니다.

가상 함수를 사용하기 위해서는 다음과 같은 규칙을 따라야 합니다:

1. 기본 클래스에서 가상 함수를 선언할 때 virtual 키워드를 사용합니다.
2. 파생 클래스에서 동일한 이름과 시그니처를 가진 함수를 override 키워드와 함께 재정의합니다.
3. 가상 함수는 일반적으로 기본 클래스의 멤버 함수로 선언됩니다. 기본 클래스에서 가상 함수를 순수 가상 함수로 선언할 수도 있습니다.

 

#include <iostream>

// 기본 클래스: 동물
class Animal {
protected:
    int age = 1;
    int numOfLegs = 4;

public:
    void walk() {
        std::cout << "동물이 " << numOfLegs << "개의 발로 걷고 있습니다." << std::endl;
    }

    virtual void sound() {
        std::cout << "동물이 소리를 내고 있습니다." << std::endl;
    }
};

// 파생 클래스: 고양이
class Cat : public Animal {
public:
    virtual void sound() override final {
        std::cout << "고양이가 야옹 소리를 내고 있습니다." << std::endl;
    }
    
    void jump() {
        std::cout << "고양이가 점프 하고 있습니다." << std::endl;
    }
    
    void setAge(int _age) {
        age = _age;
    }

    void setLegs(int _legs) {
        numOfLegs = _legs;
    }
};

int main() {
    // 파생 클래스의 객체 생성
    Cat cat;

    // 기본 클래스의 멤버 변수 접근
    cat.setAge(10);
    cat.setLegs(4);

    // 파생 클래스의 멤버 함수 호출
    cat.jump();

    // 오버라이딩된 멤버 함수 호출
    cat.sound();

    // 기본 클래스의 멤버 함수 호출
    cat.Animal::sound();

    return 0;
}

/* 출력 결과
고양이가 점프 하고 있습니다.       
동물이 4개의 발로 걷고 있습니다.   
고양이가 야옹 소리를 내고 있습니다.
동물이 소리를 내고 있습니다.
*/

protected는 상속 관계에서 자식이 부모의 멤버에 접근 가능하도록 합니다. 위 예제에서도 자식 클래스인 Cat이 부모 클래스인 Animal 클래스의 age와 numOfLegs에 접근 가능합니다. 물론 public은 아니기 때문에 main 함수에서 cat.age = 4;는 불가능합니다.부모도, 자식도 아닌 외부니까요.

그리고 메소드 오버라이딩(Method Overriding)은 부모 클래스의 정의된 함수를 자식 클래스에서 재정의 하는 것을 말합니다. 따라서 함수의 선언 구조를 그대로 따라가야 합니다. 그리고 자식 클래스에서는 이 함수가 재정의 되었다는 것을 표기하기 위해 함수 옆에 override를 붙입니다. 그리고 여러 단계의 상속이 있고, 재정의를 자식의 자식에서도 할 수 있기 때문에 여기가 마지막 재정의라는 것을 의미하는 final도 붙였습니다.

 

다음은 순수 가상 함수와 추상 클래스, 그리고 다형성에 대해 알아보겠습니다!