연산자를 오버로딩하면 연산문으로 객체끼리 연산할 수 있는 것과 마찬가지로 객체를 정수나 실수형같은 기본형이나 다른 객체와도 연산할 수 있다. 복소수에 실수를 더하거나 뺄 수 있고 시간에 정수형의 초를 연산할 수 있다. 사실 클래스가 타입이므로 굳이 객체와 기본형을 구분할 필요가 없으며 논리적으로 의미만 있다면 오버로딩하기에 따라서 임의 타입의 객체끼리 연산 가능하다.
다음 예제는 시간 객체에 정수형으로 된 초를 더한다. 연산자 함수는 멤버로 되어 있든 전역으로 되어 있든 어쨌든 함수이므로 취할 수 있는 인수의 타입에 근본적인 제약이 없으며 원하는 타입의 인수를 취하기만 하면 임의의 피연산자를 받아들일 수 있다. 물론 시간과 정수처럼 연산이 실질적인 의미가 있어야 한다.
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예 제 : TimePlusInt |
#include <Turboc.h>
class Time
{
private:
int hour,min,sec;
public:
Time() { }
Time(int h, int m, int s) { hour=h; min=m; sec=s; }
void OutTime() {
printf("%d:%d:%d\n",hour,min,sec);
}
const Time operator +(int s) const {
Time R=*this;
R.sec += s;
R.min += R.sec/60;
R.sec %= 60;
R.hour += R.min/60;
R.min %= 60;
return R;
}
};
void main()
{
Time A(1,2,3);
A.OutTime();
A=A+5;
A.OutTime();
}
operator + 멤버 연산자 함수가 int형의 s를 인수로 받아들여 이 값을 임시 객체 R의 sec에 더한 후 자리 올림 처리하고 R을 리턴했다. 객체끼리 더할 때는 시분초를 모두 더하지만 정수형의 초와 더할 때는 sec만 더하는 정도의 차이밖에는 없다. 단 1초라도 더하면 분, 시도 영향을 받을 수 있으므로 자리 올림 처리는 생략할 수 없다. 이 예제는 아주 정상적으로 잘 동작한다.
1:2:3
1:2:8
1:2:3에 5초를 더하면 1:2:8초가 된다. A=A+5; 연산문이 시간 객체와 정수와의 덧셈을 훌륭하게 연산한 것이다. 그렇다면 A=5+A;의 경우는 어떨까? 덧셈은 교환법칙이 성립하는 연산이므로 A+5가 가능하다면 당연히 5+A도 가능해야 한다. main의 A=A+5; 연산문을 A=5+A;로 바꿔 놓고 컴파일해 보자. Time형을 인수로 취하는 + 연산자는 정의되어 있지 않다는 에러가 발생할 것이다. 컴파일러는 5+A라는 연산문을 만났을 때 다음 두 함수 중 하나를 찾는다.
const Time int::operator +(Time);
const Time operator +(int, Time);
위쪽 함수는 멤버 연산자 함수인데 좌변이 5라는 int형 상수이므로 int 클래스에 정의된 멤버 함수이며 Time형 객체를 인수로 취한다. 이런 함수는 int 형에 정의되어 있지 않으며 직접 만드는 것도 불가능하다. int 형은 시스템 내장 타입이기 때문에 사용자가 이 클래스를 마음대로 확장할 수 없다. 아래쪽 함수는 전역 연산자 함수인데 int와 Time형 객체를 인수로 취한다. 이 함수도 아직 만들어져 있지는 않지만 원한다면 직접 만들 수는 있다. 문제를 해결하기 위해 다음 함수를 추가해 보자.
const Time operator +(int s, const Time &T)
{
Time R=T;
R.sec=T.sec + s;
R.min += R.sec/60;
R.sec %= 60;
R.hour += R.min/60;
R.min %= 60;
return R;
}
정수형 변수 s와 Time형 객체 T를 인수로 전달받아 두 객체를 더한다. 이 함수가 정의되어 있으면 컴파일러는 5+A 연산문을 처리할 수 있지만 컴파일해 보면 더 많은 에러가 발생할 것이다. 왜냐하면 전역 함수에서 Time 클래스의 프라이비트 멤버를 액세스하고 있기 때문이다. 이 상황을 해결하는 여러 가지 방법들을 생각해 볼 수 있다.
① 전역 연산자 함수를 아예 삭제해 버리고 클래스 설명서나 소스상의 주석에 A+5 형태로만 호출할 수 있으며 5+A 따위로 호출하지 말라고 분명히 써 놓는다. 만약 5+A 같은 건방진 연산문을 쓸 경우 에러를 잔뜩 토해 버리겠다고 협박할 수도 있다. 어쨌든 객체와 정수의 덧셈 방법은 제공하는 셈이지만 사용자들은 A+5가 되면 5+A도 당연히 될 것이라고 생각하기 때문에 일반적인 기대에 부응하지 못하는 방법이다.
② 전역 연산자 함수가 Time의 멤버를 자유롭게 읽을 수 있도록 프라이비트 멤버를 모두 공개한다. 이렇게 되면 일단 잘 동작하기는 하겠지만 연산자를 오버로딩하기 위해 정보 은폐를 포기하는 꼴이 되므로 OOP의 설계 원칙에 한참 어긋나게 된다. 결코 좋은 방법이 아니다.
③ 프라이비트 멤버는 비공개로 계속 유지하되 이 멤버들을 읽고 쓰는 공개 함수를 모두 작성하고 전역 연산자 함수는 이 액세스 함수들을 통해 멤버를 액세스하도록 한다. 액세스할 필요가 있는 멤버들에 대해 일일이 Get, Set 함수를 만들어야 하므로 무척 번거롭다.
이상의 세 가지 방법은 일단 문제를 해결하기는 하겠지만 모두 다 제대로 된 방법이라 할 수 없다. 이런 어줍짢은 방법보다 훨씬 더 상식적이고 안전하고 편리한 방법이 있으니 이것이 바로 C++ 문법이 제공하는 프렌드 지정이다. 프렌드는 보호가 필요한 멤버를 비공개인채로 유지하면서 특정한 함수나 클래스에 대해서만 예외를 지정할 수 있는 문법적인 장치인데 바로 이럴 때 쓰기 위해 만들어 놓은 것이다. 프렌드의 가장 실용적인 활용예가 바로 전역 연산자 함수이다. 전역 operator + 연산자를 Time 클래스의 프렌드 함수로 지정해 보자.
class Time
{
friend const Time operator +(int s, const Time &T);
....
이 선언을 추가하면 제대로 컴파일되며 A+5나 5+A 모두 잘 실행된다. 양쪽의 요구를 처리하는 함수가 모두 작성되어 있기 때문에 컴파일러가 요구 조건에 맞는 함수를 적절하게 찾아 호출할 것이다. 그런데 아직까지도 불만이 조금 있는데 거의 똑같은 동작을 하는 함수가 두 번 반복된다는 점이다. 두 함수는 인수의 순서만 다를 뿐 코드는 거의 동일하므로 함수 자체는 필요하지만 똑같은 코드를 불필요하게 반복할 필요는 없다. 전역 연산자 함수를 다음과 같이 수정해 보자.
const Time operator +(int s, const Time &T)
{
return T+s;
}
인수로 전달받은 s, T의 순서를 바꿔 T+s 연산문을 리턴하면 멤버 연산자 함수가 이 연산을 대신 처리할 것이다. 이 경우 전역 연산자 함수는 인수의 순서를 바꿔 멤버 연산자 함수를 호출하는 중계 역할만 하며 아주 정상적으로 잘 실행된다. 이렇게 되면 전역 연산자 함수가 Time의 멤버를 직접 액세스하지 않으므로 이 함수에 대한 프렌드 지정은 생략할 수 있다. 하지만 이 함수는 여전히 Time과 관련된 함수이므로 프렌드 지정을 유지하는 것도 별 문제는 없다.
전역 연산자 함수가 중계를 하는 방법 대신 멤버 연산자 함수가 중계를 할 수도 있다. 전역 연산자 함수의 본체를 그대로 유지한채로 멤버 연산자 함수만 다음과 같이 수정해 보자.
class Time
{
....
const Time operator +(int s) const {
return s+*this;
}
};
이번에는 멤버 연산자 함수가 중계를 하는 셈인데 이렇게 해도 역시 잘 동작할 것이다. 실제 연산을 하는 코드는 한쪽에만 있으면 되고 불필요하게 중복시키지 않는 것이 관리하기에 유리하다. 요약하자면 타입이 다른 객체끼리 연산할 때는 교환 법칙이 성립할 수 있도록 전역 연산자 함수를 제공해야 하며 이 함수가 객체 내부의 멤버를 읽을 수 있도록 프렌드 선언을 적절히 활용해야 한다.