28-1.연산자 함수

28-1-가.기본형의 연산자

연자자를 오버로딩할 수 있다는 것은 C++언어의 큰 특징이며 클래스가 타입임을 보여주는 단적인 예라고 할 수 있다. 조금 어렵기는 하지만 문법이 체계적이어서 이해하고 나면 언어의 질서를 느낄 수 있으며 오히려 재미있기도 하다. 좀 세삼스럽기는 하지만 C/C++언어가 제공하는 기본형의 연산문을 한 번 살펴보자. 대표적으로 덧셈 연산문을 보면 다음과 같은 구문이 가능하다.

int i1=1,i2=2;

double d1=3.3,d2=4.4;

int i=i1+i2; // 정수 덧셈

double d=d1+d2; // 실수 덧셈

하나는 정수끼리 더해 정수형 변수에 대입하고 하나는 실수끼리 더해 실수형 변수에 대입하는데 둘 다 잘 동작한다. 연산 결과 i는 3이 되고 d는 7.7이 될 것이다. 덧셈 연산자인 +는 피연산자의 타입이 달라도 문제없이 정확하게 연산을 해 낸다. 너무 상식적이어서 당연한 것처럼 생각되겠지만 이 연산이 성립하는 이유도 알고보면 나름대로 복잡하다. 정수형과 실수형은 길이도 다르고 비트 구조도 상이해서 각 타입을 더하는 알고리즘이 분명히 다르겠지만 똑같은 연산자로 두 타입의 덧셈이 가능한 것이다.

이렇게 되는 이유는 덧셈 연산자가 피연산자의 타입에 따라 오버로딩되어 있기 때문이다. 즉, 정수 덧셈을 하는 코드와 실수 덧셈을 하는 코드가 각각 따로 작성되어 있으며 컴파일러는 덧셈 연산자의 양변에 있는 피연산자의 타입을 점검한 후 둘 다 정수일 경우 정수끼리 더하는 코드를 호출하고 둘 다 실수일 경우 실수끼리 더하는 코드를 호출한다. 정수의 경우 부호가 같으면 절대값을 더하고 부호가 다르면 절대값끼리 빼고 부호는 큰 쪽을 따를 것이며 실수의 경우 지수를 일치시킨 후 덧셈을 할 것이다. 인수의 타입이 다르면 같은 이름으로 함수를 중복 정의할 수 있는 것처럼 연산자도 피연산자의 타입에 따라 중복 정의할 수 있다. + 기호를 덧셈을 하는 함수의 이름이라고 했을 때 이 함수의 원형은 아마도 다음과 같이 오버로딩되어 있을 것이다.

int +(int, int);

double +(double, double);

위쪽 함수는 정수끼리 더한 후 정수를 리턴하고 아래쪽 함수는 실수끼리 더한 후 실수를 리턴한다. i1+d1같이 정수와 실수를 섞어서 더할 경우는 컴파일러의 형변환 기능에 의해 i1이 실수로 상승 변환된 후 실수끼리 덧셈을 하게 될 것이다. 또 포인터와 정수의 덧셈도 산술적인 덧셈과 다르게 정의되어 있는데 이 연산도 일종의 오버로딩된 예라고 할 수 있다. 이에 비해 char * +(char *, char *) 따위의 원형은 정의되어 있지 않으므로 문자열이나 포인터끼리는 더할 수 없다. 마찬가지로 포인터에 실수를 더할 수도 없는데 이런 동작을 처리할 수 있는 연산자가 존재하지 않기 때문이다.

기본형에 대해 연산자가 중복 정의되어 있는 것은 정말 다행스러운 일이다. 피연산자의 타입에 따라 사용해야 하는 연산자가 달라진다면 얼마나 피곤하겠는가? 피연산자의 타입이 달라도 +라는 똑같은 모양의 연산자로 일관되게 덧셈 연산을 할 수 있는 것은 다형성의 예이다. 정수든 실수든 더하고 싶으면 + 연산자를 쓰기만 하면 된다. 그러나 연산자의 이런 중복 정의는 어디까지나 컴파일러가 기본적으로 제공하는 타입에 대해서만 적용되며 사용자가 직접 정의하는 타입인 클래스에 대해서는 이런 규칙이 적용되지 않는다. 다음 예제는 복소수를 표현하는 Complex 클래스의 객체끼리 + 연산자로 더한다.

예 제 : ComplexAdd

#include <Turboc.h>

class Complex

{

private:

double real;

double image;

public:

Complex() { }

Complex(double r, double i) : real(r), image(i) { }

void OutComplex() const { printf("%.2f+%.2fi\n",real,image); }

};

void main()

{

Complex C1(1.1,2.2);

Complex C2(3.3,4.4);

C1.OutComplex();

C2.OutComplex();

Complex C3;

C3=C1+C2;

C3.OutComplex();

}

이 상태로 컴파일해 보면 C3=C1+C2; 연산문에서 "Complex 클래스는 + 연산을 정의하지 않았다"는 에러가 발생한다. C++은 언어 차원에서 복소수를 지원하지 않기 때문에 Complex가 어떤 타입인지 알지 못하며 따라서 두 객체를 어떻게 더해야 하는지도 모르는 것이다. 복소수끼리 더하는 방법을 모르니 + 연산을 처리할 수가 없다. 사용자 정의 타입인 클래스의 객체끼리 더하는 방법은 클래스별로 고유하기 때문에 클래스를 만든 사람이 덧셈 연산을 직접 정의할 필요가 있다.

C3=C1+C2; 연산문이 제대로 컴파일되려면 복소수에 대한 덧셈 연산자를 중복 정의해야 한다. 고등 수학을 배운 사람이라면 복소수끼리 더할 때 실수부는 실수부끼리 허수부는 허수부끼리 더한다는 것을 잘 알고 있겠지만 컴파일러는 이런 방법을 모르는 것이다. 따라서 똑똑한 개발자가 멍청한 컴파일러에게 복소수끼리 더하는 방법을 알려 줘야 하는데 이것을 연산자 오버로딩이라고 한다. 새로 만들어지는 + 연산자는 아마도 다음과 같은 원형을 가질 것이다.

Complex +(Complex, Complex);

두 개의 Complex 객체를 인수로 취하고 그 합을 구해 Complex형으로 리턴한다. 정수끼리 더할 때나 실수끼리 더할 때 사용하는 똑같은 + 연산자로 복소수끼리도 덧셈을 할 수 있도록 중복 정의하는 것이 바로 연산자 오버로딩이다. 고정된 타입만 제공되는 C에서는 이런 기능이 그다지 필요하지 않았었다. 그러나 C++은 사용자가 타입을 정의할 수 있게 되었고 사용자가 만든 타입도 기본 타입과 똑같은 자격을 주기 위해 연산 방법을 정의할 필요가 생겼다. 그래야 사용자가 정의한 타입이 컴파일러가 제공하는 기본 타입과 대등한 자격을 가지며 일관된 방법으로 사용할 수 있기 때문이다.

클래스가 완전한 타입이 되려면 int가 할 수 있는 모든 일을 할 수 있어야 한다. 이 절의 주제가 바로 객체의 연산 방법을 정의하는 것이며 더 직관적으로 얘기 하자면 임의의 객체에 대해 A=B+C; 가 가능하도록 하는 것이다. 물론 + 뿐만 아니라 *나 ==, % 등 대부분의 연산자도 오버로딩할 수 있다. 개념은 무척이나 간단하지만 복잡한 규칙이 존재하며 또한 많은 함정들이 도사리고 있다.