[C++] C++의 형변환

업데이트: July 22, 2022

태그: cpp, syntax

카테고리: cpp

REF : 윤성우의 열혈 C++

C++의 형변환 연산

C++에선 기존 C스타일의 형변환을 Old C-style 이라고 부른다, 단순히 호환성을 위해 존재한다.
기존 C스타일의 형변환은 형변환의 목적을 한 눈에 알아볼 수 없다.는 문제점이 존재한다.
코드를 읽는사람으로 하여금 해당 형변환이 어떤 의도로 된것인지 쉽게 예측할 수 없기때문에 그렇다.
이러한 논란과 문제점으로 인해 C++만의 형변환 연산자가 추가되었다.
C++만의 형변환 연산자와 규칙을 알아보자.

1. dynamic_cast

상속관계에서의 안전한 형 변환을 지원한다.

유도클래스의 포인터와 참조형 데이터를 기초 클래스의 포인터 및 참조형 데이터로 형변환하는 경우(업캐스팅)

#include <iostream>
using namespace std;

class Base
{
  public:
    void VFnc(void)
    {
      cout<<"This is Base"<<endl;
    }
};

class Derived : public Base
{
  public:
    void VFnc(void)
    {
      cout<<"This is Derived!"<<endl;
    }
};

int main(void)
{
  Derived *ptr2 = new Derived;

  /*dynamic_cast upcasting*/
  Base *base1 = dynamic_cast<Base *>(ptr2);
  base1->VFnc(); //"This is Base"
}

Dynamic Cast로 업캐스팅을 하게되면, 기초클래스의 메서드를 호출하게된다.
물론, 이때도 VFnc가 virtual로 선언되어있다면, 포인터형을보고 호출하는게 아닌, 내부 객체의 가상함수테이블에서 함수를 호출하므로, 유도클래스의 함수를 호출하게된다.

기초 클래스가 Polymorphic 클래스(가상함수가 있는 클래스)일때, 유도클래스의 포인터 및 참조형 데이터로 변환(다운캐스팅)

class Base
{
  public:
    virtual void VFnc(void)
    {
      cout<<"This is Base"<<endl;
    }
};

class Derived : public Base
{
  public:
    void VFnc(void)
    {
      cout<<"This is Derived!"<<endl;
    }
};

int main(void)
{
  Base *ptr1 = new Derived;
    
  /*dynamic_cast downcasting*/
  Derived *derive1 = dynamic_cast<Derived *>(ptr1);
}

Base클래스가 가상함수를 지닌 Polymorphic 클래스이므로, Derived 클래스도 Polymorphic이다.
이런 Polymorphic 클래스를 업캐스팅하게되면 유도클래스의 포인터로 형변환할 수 있다.

2. static_cast

dynamic_cast보다 많은 형 변환을 허용한다.
다운캐스팅, 업캐스팅을 자유롭게 사용할 수 있다.
다양한 형태의 형변환을 허용하는데, 안정성을 위해서는 dynamic_cast를 사용하고, 제한적인 상황에서만 static_cast를 사용해야한다.

#include <iostream>
using namespace std;

class Base
{
	public:
		void VFnc(void)
		{
			cout<<"This is Base"<<endl;
		}
};

class Derived : public Base
{
	public:
		void VFnc(void)
		{
			cout<<"This is Derived!"<<endl;
		}
};

int main(void)
{
	Base *base1 = new Derived;
	Derived *derive = static_cast<Derived *>(base1);
	derive->VFnc();

	Base *base2 = new Base;
	Derived *error = static_cast<Derived *>(base2);
	error->VFnc(); //"This is Derived!"
}

실제 내부 객체가 Derived인 포인터를 Derived로 형변환하는 것은 논리적으로 정당화될 수 있다.
하지만, 내부 객체가 Base인 포인터를 Derived로 바꾸는 것은 정당화될 수 없다.
실제로 현재 error라는 포인터는 static_cast로는 컴파일 에러를 발생시키지 않는다.
가상함수 테이블이 없으므로, 포인터형만으로 함수를 호출하게되는데, Derived 포인터이므로, Derived클래스의 VFnc를 호출하게된다.
- 실제 내부 객체가 base임에도 불구하고, 단순히 포인터형에 의해 이를 호출하는 것은 논리적으로 말이 안된다.
하지만, dynamic cast로 형변환을 하게되면 현재 Base가 Polymorphic하지 않으므로, 컴파일에러를 발생시킨다.
이를 막기위해 Base클래스의 메서드 중 하나를 virtual로 선언해주면 되긴하나, dynamic_cast 연산자는 형변환하고자하는 대상 객체가 아닐경우, NULL을 반환한다.
- 만약 참조형일 경우, bad_cast exception이 발생한다.
```
#include <iostream>
using namespace std;

class Base
{
  public:
    virtual void VFnc(void)
    {
      cout<<"This is Base"<<endl;
    }
};

class Derived : public Base
{
  public:
    void VFnc(void)
    {
      cout<<"This is Derived!"<<endl;
    }
};

int main(void)
{
  Base *base2 = new Base;
  Derived *error = dynamic_cast<Derived *>(base2); //Null 반환
  if (!error)
    return 0;
}
```
- dynamic_cast는 컴파일시간이 아닌, 프로그램이 실행될때의 안정성을 검사하기때문에, static_cast보다 실행속도는 느리지만 안정적인 형변환이 가능하다.
- 이러한 기능을 RTTI라고하며, dynamic_cast와 RTTI를 참고하자
- 이렇듯, static_cast보다 dynamic_cast가 보다 안전한 형변환을 할 수 있으므로, 제한적이 상황에서만 static_cast를 사용해야한다.

다만, static_cast가 유용하게 사용되는 경우가 있는데, 기본 자료형 간의 형 변환이다.
int, float, double 등 데이터의 형변환을 할 때 사용되는데, static_cast가 C의 형변환과 다른 점은
포인터간의 형변환을 허용하지 않는다.는 점이다.

#include <iostream>

int main(void)
{

	int num = 0;

	int *p1 = &num;
	
	float *e1 = static_cast<float *>(p1);//컴파일 에러
	float *e2 = (float *)p1;
	return 0;
}

실제로, 이 코드를 실행해보면, 포인터를 다른 포인터로 형변환하는 행위는 불가능하다.
이렇게 static_cast가 기본 자료형간 형변환, 상속관계의 클래스와 포인터의 형변환만을 허용하므로, 프로그래머는 이 둘 중 하나를 파악할 수 있다.

3. const_cast

const 성향을 삭제하는 캐스팅
const의 성향을 삭제하는 것이 const의 가치를 떨어뜨린다고 생각할수도 있지만, 나름의 이유가 있다.
- 함수의 인자 전달 시, const 선언으로 인한 형불일치를 수정해준다.
- 라이브러리 함수를 사용할때, const형이 맞지 않을 때 제한적으로 사용하는 것이 좋다.

4. reinterpret_cast

상관없는 자료형으로의 형변환

#include <iostream>
using namespace std;

int main(void)
{
	int num = 1;

	char *ptr = reinterpret_cast<char *>(&num);

	for (int i = 0; i < sizeof(num); i++)
	{
		cout<<static_cast<int>(*(ptr + i))<<endl;
	}
	return 0;
}

정수자료형 int가 4바이트로 숫자를 표현한다.
이를 1바이트단위로 접근할 수 있도록 char *로 변환해서 1바이트씩 값을 읽어온다.
이러한 reinterpret_cast의 사용은 주소값 출력에도 이용될 수 있다.
C에서는 포인터의 주소를 출력하기위해서는 포인터의 형을 long long으로 형변환했어야했는데, reinterpret캐스팅로 이것이 가능하다.

엘비

[C++] C++의 형변환

C++의 형변환 연산

1. dynamic_cast

2. static_cast

3. const_cast

4. reinterpret_cast

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참고

Deep learning 한계

[CA] Processor Datapath

신경망: Deep learning 응용