[C++] 상속

업데이트: July 14, 2022

태그: cpp, syntax

카테고리: cpp

REF : 윤성우의 열혈 C++

상속 기초

C++의 상속은 단어 그대로 물려받는다는 의미가 강하지만, 단순히 기존 클래스를 재활용하는 목적의 기능이 아니다.
상속을 적절히 이용하면 프로그램의 유연성과 확장성을 확보할 수 있다.
A라는 클래스가 B라는 클래스를 상속한다.
- A는 B클래스의 모든 멤버를 가진 상태로, 자신의 멤버도 가지게된다.
- 따라서 B클래스의 생성자로 B클래스 멤버를 초기화해야한다.

class B
{
  private:
    int num;
  public:
    B(int num) : num(num)
    {}

};

class A : public B
{
  private:
    int A_Num;
  public:
    A(int a, int b) : B(b), A_Num(a)
    {}
};

유도(자식) 클래스의 객체생성과정

유도클래스의 객체 생성과정에서 기초 클래스의 생성자도 호출된다.
1. 유도클래스의 생성자가 호출.
2. 기초 클래스의 생성자 호출을 위해 이니셜라이저를 확인.
  - 이때, 이니셜라이저에 기초클래스의 생성자를 명시하지 않으면 void 생성자가 호출된다.
  - 있으면 해당 기초클래스 생성자 호출
3. 유도클래스의 멤버 초기화 후, 유도클래스 생성자 실행 완료.

유도(자식) 클래스의 객체소멸과정

생성순서와 소멸순서는 반대이다.
소멸과정에서도 똑같이 유도클래스의 소멸자와 기초클래스의 소멸자 모두 호출된다.
1. 유도클래스의 소멸자 호출, 실행.
2. 기초 클래스의 소멸자 호출, 실행.
  - 따라서, 각 클래스의 생성자에서 동적할당한 메모리는 각 클래스의 소멸자에서 해제해야한다.

protected선언과 세가지 형태의 상속

protect로 선언된 멤버

접근제어 지시자 중, public, private는 계속 써왔는데, protected는 이제야 공부한다.

이 세 가지 접근제어 지시자가 허용하는 접근범위는
```
public > protected > private
```
protected 멤버변수는 상속시에 private와 차이를 나타낸다.
- protected 멤버변수: 해당 클래스를 상속하는 유도 클래스에서 접근 가능
- private는 클래스 외부에선 접근이 불가능하나,
- protected는 유도클래스에게만 제한적으로 접근을 허용한다.

상속의 3가지 형태

protected 상속

protected보다 접근 허용 범위가 넓은 멤버(public)는 protected로 변환해 상속해

클래스 외부에서 접근하지 못하도록 한다.

 class A
 {
   private:
     int n1;
   protected:
     int n2;
   public:
     int n3;
 };
    
 class B : protected A
 {
     int n1 <- A의 private이므로 B에서 접근불가.
     int n2 <- protected
     int n3 <- protected
 };
 int main(void)
 {
   B b;

   b.n3 //<-에러 발생
 }

private 상속

private 접근 허용 범위가 넓은 멤버(public, protected)는 private로 변환해 상속해

클래스 외부에서 접근하지 못하도록 한다.

 class A
 {
   private:
     int n1;
   protected:
     int n2;
   public:
     int n3;
 };
    
 class B : private A
 {
     int n1 <- A의 private이므로 B에서 접근불가.
     int n2 <- private
     int n3 <- private
 };
 int main(void)
 {
   B b;

   b.n3 //<-에러 발생
 }

private 상속을 한 클래스를 다시 private상속하면, 모든 멤버변수가 접근불가 상태이므로 의미없는 상속이된다.

public 상속
- private를 제외한 나머지를 그대로 상속한다.

상속조건

상속으로 클래스의 관계를 구성하기 위해서는 조건이 필요하다.
IS_A 관계
- 유도클래스는 기초클래스가 지니는 모든 것을 지니고, 유도클래스만의 추가적인 특성이 더해진다.
- 예시
  - 사람 - 학생 : 학생은 is a 사람.
  - 사람 - 남자 : 남자 is a 사람.
HAS_A 관계
- 소유관계도 상속으로 표현이 가능하다.
- 하지만 이런 소유 관계는
  - 소유하지 않을때를 표현하는게 어렵고
  - 다른 클래스도 소유하기 시작하면 표현하기 어려워진다.(다중상속을 할 수 있지만 어려움)
- 따라서, 소유관계는 상속으로 표현하기에 적합하지 않다.

다형성

객체 포인터의 참조관계

객체 포인터 변수 : 객체의 주소값을 저장하는 포인터 변수
- 선언시의 클래스의 객체 뿐만아니라, 이를 상속하는 유도 클래스의 객체도 가리킬 수 있다.
```
class A
{};
class B : public A
{};

A *ptr = new A();
A *ptr2 = new B();
```
- 즉, cpp는 부모클래스의 포인터 변수는 부모 클래스를 직접적으로 혹은 간접적으로 상속하는 모든 객체를 가리킬 수 있다.

함수 오버라이딩

함수 오버로딩은 동일한 이름의 여러 함수가 다양한 매개변수로 선언되어 있을때,
매개변수에 따라서 함수를 호출하는 것을 의미한다.
반면, 함수 오버라이딩은 기초클래스의 함수를 유도클래스에서 다시 선언해 기초클래스의 함수를 가리고, 유도클래스에서 함수를 덮어씌우는 것을 의미한다.
그리고 유도클래스에서 기초클래스의 이름공간을 명시하면 기초클래스에서 오버라이딩되어 가려진 함수를 호출할 수 있다.

가상함수

기초 클래스의 포인터로 객체 참조

class A
{
  public:
    void basefunc()
    {}
};

class B : public A
{
  public:
    void derivedfunc()
    {}
};

int main(void)
{
  A *ptr1 = new A();
  A *ptr2 = new B();
  return 0;
}

앞서 이와같은 코드가 오류를 발생시키지 않는다는 것을 공부했다.
- 컴파일러는 포인터변수를 바라볼 때, 포인터의 자료형을 위주로 보지, 내부는 들여다보지 않는다.

하지만, 아래와같은 코드는 오류를 발생시킨다.
```
int main(void)
{
  A *ptr1 = new A();
  A *ptr2 = new B();
  ptr1->derivedfunc(); //오류
  return 0;
}
```
- 실제로 가리키는 대상은 B이므로, B의 메서드가 실행될 수 있다고 생각하지만,
- 컴파일러는 포인터의 자료형으로 연산가능성을 확인하므로, 컴파일 에러를 일으킨다.

유도클래스의 포인터에 기초클래스의 객체 대입 연산도 컴파일 에러를 일으킨다.
```
int main(void)
{
  A *ptr1 = new B();
  B *ptr2 = ptr1; //에러
}
```
- 컴파일러 입장에서는 ptr1에 담긴 객체가 기초클래스인지 유도클래스인지 구분할 수 없으므로, 에러를 일으킨다.

마찬가지로, 컴파일러는 포인터의 자료형으로 연산가능성을 확인하므로, 클래스에 정의된 멤버에만 접근이 가능하다.

가상함수의 필요성

실제로 가리키는 객체가 아닌, 포인터형으로만 호출할 함수를 결정하지말고,
실제 가리키는 객체의 자료형에따라 멤버를 호출하고 싶다면, virtual키워드를 사용해야한다.
- 가상함수가 선언되고나면, 이 함수를 오버라이딩하는 함수도 가상함수가 된다.
- 포인터 변수가 실제로 가리키는 객체를 참조해 호출 대상을 결정한다.

순수 가상함수와 추상 클래스

기초클래스의 의미만 가지고, 객체 생성 목적이 없는 클래스가 존재한다.
- 이때, 가상함수를 순수가상함수로 선언하면 문제가 해결된다.
```
class A
{
public:
  virtual void basefunc() const = 0; //순수 가상함수
};
```
순수 가상함수란 함수의 몸체가 정의되지 않은 함수를 의미한다.
- 명시적으로 몸체를 정의하지 않겠다는 것을 컴파일러에 알린다.
- 순수 가상함수를 가진 클래스는 객체를 생성하지 못한다.
이렇게 순수 가상함수를 1개 이상 가진 클래스를 추상 클래스라고 부른다.
- 객체 생성이 불가능한 클래스라고 한다.

다형성

객체 지향을 이해하는데에 있어서 매우 중요한 요소.
다형성 == 동질이상 == 모습은 같은데, 형태가 다르다 == 문장은 같은데 결과가 다르다.
포인터의 자료형이 아닌, 실제 가리키는 객체의 자료형에 따라 다른 함수를 호출하는 것.
이것이 다형성의 예시

가상소멸자와 참조자의 참조가능성

virtual 선언은 소멸자에게도 올 수 있다.
이를 가리켜 가리켜 가상 소멸자라고 한다.

class A
{
  private :
    char *member1;
  public :
    A(void)
    {
      member1 = new char[20];
    }
    ~A(void)
    {
      delete []member1;
    }
};

class B : public A
{
  private :
    char *member2;
  public:
    B(void) : A()
    {
      member2 = new char[20];
    }
    ~B(void)
    {
      delete []member2;
    }
};

int main(void)
{
  A *ptr1 = new B();
  delete ptr1; //소멸자 호출
  return 0;
}

위 코드의 문제점은, 소멸자를 호출하면 컴파일러는 포인터형만 보고 A의 소멸자만 호출하는 것이다.
결과적으로, B의 멤버변수에서 leak이 발생하게된다.
- 포인터 변수의 자료형에 상관없이 모든 소멸자가 호출되어야 한다.
기초 클래스의 소멸자에 virtual을 작성해주어야 유도클래스의 소멸자들도 가상소멸자가 되어 가장 밑의 유도클래스부터 기초클래스까지 순차적으로 소멸자가 호출된다.

참조자의 참조 가능성

컴파일러가 포인터를 선언하면, 해당 포인터는 선언된 자료형의 클래스 객체 뿐만아니라, 간접적으로 상속하는 모든 객체를 가리킬 수 있다.
이러한 특성은 참조자에게도 적용된다.

class A
{
  public:
    virtual void simplefunc()
    {
      std::cout<<"A simplefunc"<<std::endl;
    }
};

class B : public class A
{
  public:
    virtual void simplefunc()
    {
      std::cout<<"B simplefunc"<<std::endl;
    }
};

int main(void)
{
  B obj();

  A &ref = obj;
  B &ref = obj;
  A.simplefunc(); //B simplefunc
  B.simplefunc(); //B simplefunc
  return 0;
}

참조자또한 이런 특성을 가지는데, 가상함수또한 같은 원리로 호출되어 실제 자료형으로 찾아가 멤버함수를 호출한다.

엘비

[C++] 상속

상속 기초

유도(자식) 클래스의 객체생성과정

유도(자식) 클래스의 객체소멸과정

protected선언과 세가지 형태의 상속

protect로 선언된 멤버

상속의 3가지 형태

상속조건

다형성

객체 포인터의 참조관계

함수 오버라이딩

가상함수

기초 클래스의 포인터로 객체 참조

가상함수의 필요성

순수 가상함수와 추상 클래스

다형성

가상소멸자와 참조자의 참조가능성

참조자의 참조 가능성

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참고

Deep learning 한계

[CA] Processor Datapath

신경망: Deep learning 응용