33-2-다.dynamic_cast

이 캐스트 연산자는 포인터끼리 또는 레퍼런스끼리 변환하는데 반드시 포인터는 포인터로 변환해야 하고 레퍼런스는 레퍼런스로 변환해야 한다. 포인터를 레퍼런스로 바꾸거나 레퍼런스를 포인터로 변환하는 것은 상식적으로 필요하지도 않고 가능하지도 않다. 포인터끼리 변환할 때도 반드시 상속 계층에 속한 클래스끼리만 변환할 수 있다. int *를 char *로 변환하거나 Parent *를 int *로 변환하는 것은 안된다.

부모 자식간을 변환할 때 업 캐스팅은 원래부터 허용되는 것이므로 이 캐스트 연산자가 있으나 없으나 당연히 가능하다. 문제는 부모 타입의 포인터를 자식 타입의 포인터로 다운 캐스팅할 때인데 이때는 무조건 변환을 허용하지 않고 안전하다고 판단될 때만 허용한다. 안전한 경우란 변환 대상 포인터가 부모 클래스형 포인터 타입이되 실제로 자식 객체를 가리키고 있을 때 자식 클래스형 포인터로 다운 캐스팅할 때이다. 말이 좀 복잡한데 실제로 가리키고 있는 객체의 타입대로 캐스팅했으므로 이 포인터로 임의의 멤버를 참조해도 항상 안전하다.

반대로 부모 클래스형 포인터가 부모 객체를 가리키고 있는 상황일 때 자식 클래스형으로의 다운 캐스팅은 안전하지 않은 변환이다. 왜냐하면 부모 객체를 다운 캐스팅해서 자식 객체를 가리키는 포인터에 대입한 후 이 포인터로 자식에게만 있는 멤버를 참조할 수도 있기 때문이다. dynamic_cast 연산자는 이럴 경우 캐스팅을 허용하지 않고 NULL을 리턴하여 위험한 변환을 허가하지 않는다. 구체적인 예를 들어 보자.

예 제 : dynamic_cast

#include <Turboc.h>

class Parent

{

public:

virtual void PrintMe() { printf("I am Parent\n"); }

};

class Child : public Parent

{

private:

int num;

public:

Child(int anum=1234) : num(anum) { }

virtual void PrintMe() { printf("I am Child\n"); }

void PrintNum() { printf("Hello Child=%d\n",num); }

};

void main()

{

Parent P,*pP,*pP2;

Child C,*pC,*pC2;

pP=&P;

pC=&C;

pP2=dynamic_cast<Parent *>(pC); // 업 캐스팅-항상 안전하다.

pC2=dynamic_cast<Child *>(pP2); // 다운 캐스팅-경우에 따라 다르다.

printf("pC2 = %p\n",pC2);

pC2=dynamic_cast<Child *>(pP); // 캐스팅 불가능

printf("pC2 = %p\n",pC2);

}

앞 절의 RTTI 예제에서 사용했던 클래스 계층을 그대로 사용하기로 한다. pP가 P객체를 가리키고 pC가 C객체를 가리키고 있는 상황이다. 이 상태에서 pC를 업 캐스팅하여 부모 포인터 타입으로 바꾸는 연산은 항상 안전한데 pP2로 부모에 속한 임의의 멤버 함수를 불러도 이 멤버는 pC가 가리키는 C 객체에 소속되어 있기 때문이다. 따라서 이 대입의 경우 캐스트 연산자를 쓸 필요도 없이 pP2=pC로 바로 대입해도 된다.

다운 캐스팅의 경우는 대상 변수가 실제로 어떤 객체를 가리키는가에 따라 가능할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. pP2를 pC2로 다운 캐스팅하는 경우를 보자. 이때 메모리의 상황은 다음과 같을 것이다. P 객체를 pP가 가리키고 C 객체를 pC가 가리키는 상황에서 pP2가 PC를 업캐스팅했으므로 pP2도 C를 같이 가리키고 있다. 이 상태에서 pC2는 pP2가 가리키고 있는 객체의 번지를 대입받고 싶다고 하자.

pP2는 Parent * 타입이므로 바로 대입할 수는 없고 Child *로 다운 캐스팅해서 대입해야 한다. 이때 pP2가 가리키는 실제 대상은 C객체이므로 캐스팅하고자 하는 타입과 일치하며 캐스팅은 성공하여 pC2가 C객체의 번지를 가리킬 수 있을 것이다. Child 타입의 객체를 Child *타입의 포인터가 가리키고 있으니 당연히 안전하다.

그러나 두 번째 경우는 다르다. pP가 가리키고 있는 객체를 pC2에 대입하려고 한다. 이때도 타입이 일치하지 않으므로 다운 캐스팅이 필요하다. pP가 가리키는 실제 대상은 Child 객체가 아니라 Parent 객체이므로 이때는 다운 캐스팅을 허가할 수 없다. 만약 허가한다면 pC2 포인터로 PrintNum 함수를 부를 경우 제대로 된 값을 출력하지 못할 것이며 이는 앞의 예제에서도 확인해 본 바 있다. 이렇게 안전하지 않을 경우 dynamic_cast 연산자는 NULL을 리턴하여 잘못된 캐스팅임을 알린다. 실행 결과는 다음과 같다.

pC2 = 0012FF6C

pC2 = 00000000

안전한 객체의 번지에 대해서는 제대로 다운 캐스팅을 하고 그렇지 않을 경우에는 캐스팅을 거부한다. static_cast 연산자와 dynamic_cast 연산자는 상속 관계에 있는 클래스들을 캐스팅한다는 점에 있어서 기능상 동일하다. 그러나 다운 캐스팅을 할 때 static_cast는 무조건 변환을 허가하지만 dynamic_cast는 실행중에 타입을 점검하여 안전한 캐스팅만 허가한다는 점이 다르다.

이 연산자가 변환 가능성을 판단하기 위해서는 실행중에 객체의 실제 타입을 판별할 수 있어야 한다. 그래서 이 연산자를 사용하려면 RTTI 옵션이 켜져 있어야 하며 변환 대상 타입들끼리는 상속 관계에 있어야 하고 최소한 하나 이상의 가상 함수를 가져야 한다. 만약 가상 함수가 없는 클래스 계층이라면 부모 타입의 포인터에 자식 객체의 번지를 대입할 일이 없을 것이고 캐스팅도 불필요할 것이다.

dynamic_cast 연산자는 포인터가 가리키는 대상이 캐스팅하고자 하는 타입을 가리키고 있을 때만 변환을 허용하므로 이 연산자로 변환한 포인터는 안전하게 사용할 수 있다. 앞의 RTTI 예제에서 실행중 타입을 판별하기 위해 typeid 연산자를 사용했는데 이 연산자 대신 dynamic_cast 연산자를 사용할 수도 있다. 예제의 func 함수를 다음과 같이 수정해 보자.

void func(Parent *p)

{

p->PrintMe();

Child *c=dynamic_cast<Child *>(p);

if (c) {

c->PrintNum();

} else {

puts("이 객체는 num을 가지고 있지 않습니다.");

}

}

인수로 전달된 p를 Child *로 캐스팅하되 p가 가리키는 객체가 Child 타입일 때만 제대로 변환되고 그렇지 않을 때는 NULL이 리턴된다. dynamic_cast가 이 변환을 무사히 했다면 p의 대상체가 Child 타입임을 확실히 알 수 있고 따라서 이 객체로부터 PrintNum을 불러도 안전하다. 이 연산자를 사용하면 실행중에 포인터의 타입 점검을 할 수 있을 뿐만 아니라 캐스팅까지 할 수 있으므로 typeid 연산자보다 훨씬 더 편리하다.

이 연산자는 주로 상속 관계에 있는 포인터를 캐스팅할 때 사용하는데 레퍼런스에 대해서도 캐스팅할 수 있다. 단 레퍼런스는 에러에 해당하는 NULL을 리턴할 수 없으므로 대신 bad_cast 예외를 던진다. 따라서 레퍼런스를 변환할 때는 반드시 캐스팅 코드를 try 블록에 작성하고 bad_cast 예외를 잡아서 처리해야 한다.

다중 상속 계층에서 업, 다운 캐스팅을 할 때는 모호한 상황이 종종 벌어지기 때문에 좀 더 복잡한 캐스팅 규칙이 적용되며 가상 기반 클래스가 있을 때도 특별한 규칙이 적용된다. 또한 다중 상속된 한 객체를 가리키는 부모 포인터를 또 다른 부모 포인터 타입으로 변환하는 교차 캐스팅(cross cast)도 가능하다. 이런 규칙에 대해 관심있으면 따로 연구해 보되 어차피 다중 상속이 권장되지 않는 문법이므로 애써 배울 가치는 없다고 하겠다.