[문과 코린이의 IT 기록장] C,C++ - 연산자 오버로딩 7 : 포인터 연산자 오버로딩
(포인터 연산자 오버로딩, 스마트 포인터 (Smart Pointer), ( )연산자의 오버로딩과 펑터(Functor), 임시객체로의 자동 형 변환과 변환 연산자(Conversion Operator))
1. 포인터 연산자 오버로딩
- 포인터를 기반으로 하는 연산자 모두를, 포인터 연산자라고 한다.
- 그 중에서도 대표적인 포인터 연산자는 다음과 같다.
|
a. -> : 포인터가 가리키는 객체의 맴버에 접근 |
- 이 두 연산자의 오버로딩은, 일반적인 연산자의 오버로딩과 크게 차이가 없다.
ex )
#include <iostream>
using namespace std;
class Number {
private:
int num;
public:
Number(int n) :num(n) {}
void ShowData() { cout << num << endl; }
Number* operator->() { // 이 함수는 객체자신의 주소값을 반환하도록, ->연산자를 오버로딩하고 있다.
return this;
}
Number& operator*() { // 이 함수는 객체자신을 참조의 형태로 반환하도록, *연산자를 오버로딩하고 있다.
return *this;
}
};
int main() {
Number num(20); // 객체 num 생성
num.ShowData();
(*num) = 30; // *연산자의 오버로딩 (객체 num이 포인터 변수인것처럼 연산문이 구성되었다)
// (*num) = (num.operator*()) = 30;
num->ShowData(); // num->ShowData() : 객체
// ->연산자의 오버로딩 (객체 num이 포인터 변수인것처럼 사용되었다.)
// num->ShowData() = (num.operator->()) ShowData();
: operator->()가 반환하는 것은 주소값이기 때문에, 이 문법은 성립하지 않는다. 따라서 반환되는 주소 값을 대상으로 적절한 연산이 가능하도록 ->연산자를 하나 더 추가한다.
즉, num.operator->()->ShowData();
(*num).ShowData(); // *연산자의 오버로딩(객체 num이 포인터 변수인것처럼 연산문이 구성되었다)
return 0;
}
2. 스마트 포인터 (Smart Pointer)
: 자기 스스로 하는 일이 존재하는 포인터이며, 객체이다. 즉, 포인터 역할을 하는 객체를 뜻한다.
: 스마트포인터는 우리가 스스로 구현할 필요가 있다.
ex 1 )
#include <iostream>
using namespace std;
class Point {
private:
int xpos, ypos;
public:
Point(int x = 0, int y = 0) :xpos(x), ypos(y) { // Point 생성자
cout << "Point 객체 생성" << endl;
}
~Point() { // Point 소멸자
cout << "Point 객체 소멸" << endl;
}
void SetPos(int x, int y) { // 맴버변수 x,y 설정
xpos = x;
ypos = y;
}
friend ostream& operator<<(ostream& os, const Point& pos); // 객체 값 출력
};
ostream& operator<<(ostream& os, const Point& pos) {
os << '[' << pos.xpos << ", " << pos.ypos <<']'<< endl;
return os;
}
class SmartPtr {
private:
Point* posptr;
public:
SmartPtr(Point* ptr) :posptr(ptr) {} // ptr은 neew연산에 의해서 동적 할당된 주소값을 받음
Point& operator*() const{
return *posptr;
}
Point* operator->() const {
return posptr;
}
// 스마트 포인터의 기본은 이 두 함수의 정의에 있다. 스마트 포인터는 포인터처럼 동작하는 객체이기 때문에, 이 두 함수의 정의는 필수적이다.
~SmartPtr() {
delete posptr;
}
};
int main() {
SmartPtr sptr1(new Point(1, 2));
SmartPtr sptr2(new Point(2, 3));
SmartPtr sptr3(new Point(4, 5));
// Point 객체를 생성하면서, 동시에 스마트 포인터 SmartPtr 객체가 Point 객체를 가리키게끔 하고 있다. 따라서 sptr1, sptr2, sptr3은 Point 객체를 가리키는 포인터처럼 동작한다.
cout << *sptr1;
cout << *sptr2;
cout << *sptr3;
// sptr1, sptr2, sptr3는 포인터처럼 *연산을 진행할 수 있다.
sptr1->SetPos(10, 20);
sptr2->SetPos(30, 40);
sptr3->SetPos(50, 60);
// sptr1, sptr2, sptr3는 포인터처럼 ->연산을 진행할 수 있다.
cout << *sptr1;
cout << *sptr2;
cout << *sptr3;
return 0; // 각 객체마다, ~Point 진행 후, ~Smartptr(스마트 포인터 소멸자 - delete연산)가 자동으로 이루어진다.
}
- 스마트 포인터는 전문 개발자들이 개발한 이후에도, 오랜 시간 실무에 사용하면서 다듬어 가는 클래스이다. 그래서 보통 스마트 포인터를 개인적으로 구현해서 사용하는 경우는 드물다.
3. ( )연산자의 오버로딩과 펑터(Functor)
- 함수의 호출에 사용되는, 인자의 전달에 사용되는 ( )도 오버로딩이 가능한 연산자이다.
* 이 연산자를 오버로딩하면, 객체를 함수처럼 사용할 수 있게 된다.
1) 펑터(Functor)란?
- adder(2,4)에 대한 해석 : 맴버함수 operator( )(2,4); 오버로딩.
ex )
#include <iostream>
using namespace std;
class Point {
private:
int xpos, ypos;
public:
Point(int x = 0, int y = 0) :xpos(x), ypos(y) {} // 생성자
Point operator+(const Point& pos) const { // Point 객체에 대한 +연산자 오버로딩 (const 맴버함수)
return Point(xpos + pos.xpos, ypos + pos.ypos); // Point형 임시객체를 생성함과 동시에 반환하고 있다. 이와 같이 return문에서도 임시객체를 생성과 동시에 반환하는 것이 가능하다.
}
friend ostream& operator<<(ostream& os, const Point& pos); // 객체에 대한 출력 함수 (클래스 내 friend 선언)
};
ostream& operator<<(ostream& os, const Point& pos) { // Point 객체에 대한 출력 연산자 오버로딩
os << '[' << pos.xpos << ", " << pos.ypos << ']' << endl;
return os;
}
class Adder { // 두 개의 숫자 또는, Point 객체에 대한 덧셈결과를 반환하도록, ()연산자가 총 3회 오버로딩 되었다.
public:
int operator()(const int& n1, const int& n2) {
return n1 + n2;
}
double operator()(const double& e1, const double& e2 ){
return e1 + e2;
}
Point operator()(const Point& pos1, const Point& pos2){
return pos1 + pos2;
}
};
int main() {
Adder adder;
cout << adder(1, 3) << endl; // adder(1,3) = operator()(1,3)
// adder라는 이름의 함수를 호출하고, 반환되는 값을 출력하는 문자이다. 즉, adder는 객체임에도 불구하고 함수처럼 동작한다.
cout << adder(1.5, 3.7) << endl; // adder(1.5, 3.7) = operator()(1.5, 3.7)
cout << adder(Point(3, 4), Point(7, 9)); // adder(Point(3,4), Point(7,9)) = operator()(Point(3,4), Point(7,9))
// Point형 임시객체를 2개 생성해서 함수의 인자로 전달하고 있다. 함수의 호출문에서도 임시객체를 생성하는 것이 가능하다.
return 0;
}
- 이 예제에서 정의한 Adder클래스와 같이 함수처럼 동작하는 클래스를 가리켜 '펑터(Functor)'라고 한다.
2) 펑터의 위력
- 펑터는 함수 또는 객체의 동작방식에 유연함을 제공할 때 주로 사용된다.
ex ) 버블정렬 알고리즘
#include <iostream>
using namespace std;
class SortRule {
public:
virtual bool operator()(int num1, int num2)const = 0;
// 이 클래스는 추상클래스로 정의되었다. 그리고 operator()함수도 순수가상함수로 정의되었다.
// 이는 이 함수의 기능을 유도클래스에서 확정 짓겠다는 의미이다.
};
class AscendingSort :public SortRule { // 오름차순 클래스
public:
bool operator()(int num1, int num2) const { // operator()함수는, 두 정수의 대소비교를 진행하고 있음.
if (num1 > num2) { return true; } // num1이 크면, true 반환
else { return false; } // num2가 크면, false를 반환
}
};
class DescendingSort : public SortRule { // 내림차순 클래스
bool operator()(int num1, int num2) const { // operator()함수는, 두 정수의 대소비교를 진행하고 있음.
if (num1 < num2){ return true; } // num2가 크면, true 반환
else{ return false; } // num1이 크면, false 반환
}
};
class DataStorage { // int형 정수의 저장소 클래스
private:
int* arr;
int idx;
const int MAX_LEN; // 저장할 정수의 최대 개수
public:
DataStorage(int arrlen) : idx(0), MAX_LEN(arrlen) { // 생성자 (저장할 정수의 최대 개수를 결정할 수 있도록 정의)
arr = new int[MAX_LEN];
}
void AddData(int num) { // 정수형 데이터의 저장을 목적으로 정의된 함수
if (MAX_LEN <= idx) {
cout << "더 이상 저장이 불가능합니다." << endl;
return;
}
arr[idx++] = num;
}
void ShowAllData() { // 데이터를 배열에 저장된 순서대로 출력하는 함수
for (int i = 0; i < idx; i++) {
cout << arr[i] << ' ';
}
cout << endl;
}
// 버블정렬 부분
void SortData(const SortRule& functor) {
// 매개변수형이 SortRule 참조형이므로, SortRule 클래스를 상속하는 AscendingSort 클래스와 DescendingSort 클래스의 객체는 인자로 전달 가능.
// SortRul의 operator()함수는 virtual로 선언되었으니, 유도 클래스의 operator()함수가 대신 호출됨.
// functor(펑터)에 무엇이 전달되느냐에 따라, 정렬의 기준이 바뀌게 됨.
for (int i = 0; i < (idx - 1); i++) {
for (int j = 0; j < (idx - 1) - i; j++) {
if (functor(arr[j], arr[j + 1])) { // functor의 함수호출 결과를 통해 정렬이 진행됨을 알 수 있음. functor가 true를 반환하는 조건에 따라서 정렬의 방식이 달라짐. 즉, true가 나오면, 아래의 코드가 실행됨.
int temp = arr[j];
arr[j] = arr[j + 1];
arr[j + 1] = temp;
}
}
}
}
};
int main() {
DataStorage storage(5); // storage 객체배열 생성
storage.AddData(40); // arr[0]
storage.AddData(30); // arr[1]
storage.AddData(50); // arr[2]
storage.AddData(20); // arr[3]
storage.AddData(10); // arr[4]
// 데이터를 저장 후에, 정렬 진행
storage.SortData(AscendingSort()); // AscendingSort 객체를 임시객체의 형태로 생성해서 전달하고 있다.
storage.ShowAllData();
storage.SortData(DescendingSort()); // DescendingSort 객체를 임시객체의 형태로 생성해서 전달하고 있다.
storage.ShowAllData();
return 0;
}
4. 임시객체로의 자동 형 변환과 변환 연산자(Conversion Operator)
- 객체의 자료형이 일치할 경우에는 오버로딩을 통해 대입연산이 가능하다.
- 그렇다면, 객체와 정수간의 대입연산은 가능할까?
ex 1 ) 기본 자료형 데이터를 객체로 형 변환하기
#include <iostream>
using namespace std;
class Number {
private:
int num;
public:
Number(int n = 0) :num(n) {
cout << "Number(int n=0)" << endl;
}
Number& operator=(const Number& ref) { // 대입연산자를 오버로딩 해야할 상황은 아니지만, 대입 연산자의 호출을 확인하기 위해 오버로딩했다. 문자열을 출력하는 것 이외에는, 디폴트 대입연산자와 차이가 없다.
cout << "operator=()" << endl;
num = ref.num;
return *this;
}
void ShowNumber() { cout << num << endl; }
};
int main() {
Number num;
num = 30; // 일치하지 않는 자료형간의 대입연산
| [ num = 30;의 대입연산의 과정 ] a. 임시객체의 생성 num = Number(30); // A형 객체가 와야 할 위치에 B형 데이터(또는 객체)가 왔을 경우, B형 데이터를 인자로 전달받는 A형 클래스의 생성자 호출을 통해서 A형 임시객체를 생성한다. b. 임시객체를 대상으로 하는 대입 연산자의 호출 num.operator=(Number(30)); |
num.ShowNumber();
return 0;
}
- 이와 같이, 기본 자료형 데이터를 객체로 형 변환하는 것은 적절한 생성자의 정의를 통해 얼마든지 가능하다.
- 그렇다면 반대로 객체를 기본 자료형 데이터로 형 변환하는 것도 가능할까
ex 2 ) 객체를 기본 자료형 데이터로 변환하기
#include <iostream>
using namespace std;
class Number {
private:
int num;
public:
Number(int n = 0) : num(n) { // 생성자
cout << "Number(int n=0)" << endl;
}
Number& operator=(const Number& ref) { // Number 객체 대입 연산을 위한 함수
cout << "operator=()" << endl;
num = ref.num;
return *this;
}
operator int() { // 형 변환 연산자의 오버로딩 (반환형이 없음에도 불구하고 반환하는 형태를 지님)
return num;
|
- 형 변환 연산자는 반환형을 명시하지 않는다. |
}
void ShowNumber() { cout << num << endl; }
};
int main() {
Number num1; // num1 객체 생성
num1 = 30;
Number num2 = num1 + 20; // num1+20이 먼저 진행되어야 하는 상황이다. 그러나 operator+함수가 정의되어 있지 않다. 따라서, 덧셈이 가능하려면 num1이 int형으로 변환되어야 한다. 이 때 호출되는 것이 형 변환 연산자이다.
num2.ShowNumber();
return 0;
}
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