[C++] 연산자 오버로딩

🟩 연산자 오버로딩

함수 오버로딩, 생성자 오버로딩은 함수명, 생성자명이 같으나 매개변수의 자료형이나 수가 다른 함수이다. 연산자 오버로딩의 경우 다른 기능을 제공하면서 연산자를 추가할 수 있을까?

#include <iostream>
using namespace std;

class NUMBOX
{
private:
	int num1, num2;
public:
	NUMBOX(int num1, int num2) : num1(num1), num2(num2) { }
	void ShowNumber() 
	{
		cout << "num1: " << num1 << ", num2: " << num2 << endl;
	}
};

int main()
{
	NUMBOX nb1(10, 20);
	NUMBOX nb2(5, 2);
	NUMBOX result = nb1 + nb2; // 여기를 확인

	nb1.ShowNumber();
	nb2.ShowNumber();
}

🕷️ 에러
1 IntelliSense: 이러한 피연산자와 일치하는 "+" 연산자가 없습니다.
            피연산자 형식이 NUMBOX + NUMBOX입니다. c:\Users\h4ckfory0u\Documents\Visual Studio 2012\Projects\ConsoleApplication4\ConsoleApplication4\소스.cpp 21 22 ConsoleApplication4

 

nb1과 nb2를 더한 값을 result로 대입하고 있는데, 에러에 "+" 연산자가 없다고 나온다.

연산자 오버로딩을 활용하여 기존에 있던 + 연산자가 아닌, NUMBOX 객체 끼리의 덧셈이 가능한 연산자를 추가해보자.

#include <iostream>
using namespace std;

class NUMBOX
{
private:
	int num1, num2;
public:
	NUMBOX(int num1, int num2) : num1(num1), num2(num2) { }
	void ShowNumber() 
	{
		cout << "num1: " << num1 << ", num2: " << num2 << endl;
	}
	NUMBOX operator+(NUMBOX &ref)
	{
		return NUMBOX(num1+ref.num1, num2+ref.num2);
	}
};

int main()
{
	NUMBOX nb1(10, 20);
	NUMBOX nb2(5, 2);
	NUMBOX result = nb1 + nb2;

	nb1.ShowNumber();
	nb2.ShowNumber();
	result.ShowNumber();
}

num1: 10, num2: 20
num1: 5, num2: 2
num1: 15, num2: 22

 

🌟 operator+ 함수

전달받은 객체와 자신의 멤버 변수를 서로 더해 NUMBOX 임시 객체를 만들고, 이 임시 객체가 반환된다. 

이는 아래와 같다. nb1 객체의 operator+  함수로 nb2 객체를 인자로 넘겨준다. 결과는 100% 동일하다.

NUMBOX result = nb1 + nb2 = nb1.operator+(nb2);

 

operator+가 아니여도 operator<연산자>(operator+, operator-, operator* 등)와 같은 형식으로 사용이 가능하다. 모든 연산자들이 오버로딩 대상이 되는 것은 아니며, 기존에 존재하던 연산자의 기능에서 약간 더 추가하는 것 뿐, 완전히 새로운 연산자를 만드는 것은 아니다.

 

두  피연산자가 자료형이 달라도 위와 같은 연산이 가능하다.

#include <iostream>

using namespace std;

class NUMBOX
{
private:
	int num1, num2;
public:
	NUMBOX(int num1, int num2) : num1(num1), num2(num2) { }
	void ShowNumber() 
	{
		cout << "num1: " << num1 << ", num2: " << num2 << endl;
	}
	NUMBOX operator+(int num)
	{
		return NUMBOX(num1+num, num2+num);
	}
};

int main()
{
	NUMBOX nb1(10, 20);
	NUMBOX result = nb1 + 10;

	nb1.ShowNumber();
	result.ShowNumber();
}

num1: 10, num2: 20
num1: 20, num2: 30
계속하려면 아무 키나 누르십시오 . . .

연산자 몸체를 보면, 인자가 있는 생성자에게 num1+num, num2+num 값을 넘겨주어 초기화가 진행된 뒤, 이 임시 객체는 소멸한다. 이어서, main 함수의 result는 정수형과 NUMBOX 객체간의 덧셈이 오류없이 정상적으로 이루어짐을 알 수 있다. 

 

아래와 같은 형식은 에러를 발생시킨다.

NUMBOX result = 10 + nb1;

🕷️ 에러
1 IntelliSense: 이러한 피연산자와 일치하는 "+" 연산자가 없습니다.
            피연산자 형식이 int + NUMBOX입니다. c:\Users\h4ckfory0u\Documents\Visual Studio 2012\Projects\ConsoleApplication4\ConsoleApplication4\소스.cpp 24 21 ConsoleApplication4

클래스 내에 멤버 함수를 정의하고, 이 멤버 함수를 통해서 연산자 오버로딩을 수행하였다. 10+nb1은 10.operator+(nb1)과 같은 형태로 인식이 된다. 10이란 정수형 데이터에 operator+란 멤버 함수도 없을 뿐더러, NUMBOX 객체를 넘기는 형태가 되었다. 이 경우 전역 함수 오버로딩을 통해 해결 가능하다.

 

🟩 전역 함수 오버로딩

멤버 함수를 통한 오버로딩은 "객체.operator+(피연산자), 객체 + 피연산자"식으로 이루어져, 자료형이 다른 두 피연산자를 대상으로 하는 연산시, 반드시 객체가 왼쪽에 위치해야 연산이 가능한 반면에, 전역 함수를 통한 오버로딩은 "operator+(피연산자, 피연산자), 피연산자+피연산자"의 식으로 객체가 뒤에 위치해도 정상적인 결과를 출력한다.

피연산자 + 피연산자 = operator+(피연산자, 피연산자)

#include <iostream>

using namespace std;

class NUMBOX
{
private:
	int num1, num2;
public:
	NUMBOX(int num1, int num2) : num1(num1), num2(num2) { }
	void ShowNumber() 
	{
		cout << "num1: " << num1 << ", num2: " << num2 << endl;
	}
	NUMBOX operator+(int num)
	{
		return NUMBOX(num1+num, num2+num);
	}
	friend NUMBOX operator+(int num, NUMBOX ref);
};

NUMBOX operator+(int num, NUMBOX ref)
{
	ref.num1 += num;
	ref.num2 += num;

	return ref;
}

int main()
{
	NUMBOX nb1(10, 20);
	NUMBOX result = 10 + nb1 + 40;

	nb1.ShowNumber();
	result.ShowNumber();
}

 

num1: 10, num2: 20
num1: 60, num2: 70
계속하려면 아무 키나 누르십시오 . . .

friend가 붙은 이유는, 이 함수가 클래스의 멤버 함수가 아니기 때문에 멤버 번수에 접근할 수 없으므로 붙여준 것이다. 전역함수로 operator+ 함수가 추가로 정의되어 있는 것을 통하여 operator+(10,nb1)으로 인식된다. 이어서 10과 nb1을 더하고 그 결과에서 40을 더하여 result에 대입시켜준다. 

 

🟩 단항 연산자 오버로딩

증가, 증감 연산자 확인

#include <iostream>

using namespace std;

class NUMBOX
{
private:
	int num1, num2;
public:
	NUMBOX() { }
	NUMBOX(int num1, int num2) : num1(num1), num2(num2) { }
	void ShowNumber() 
	{
		cout << "num1: " << num1 << ", num2: " << num2 << endl;
	}
	NUMBOX operator++()
	{
		num1+=1;
		num2+=1;
		return *this;
	}
	NUMBOX operator++(int)
	{
		NUMBOX temp(*this);
		num1+=1;
		num2+=1;
		return temp;
	}
};

int main()
{
	NUMBOX nb1(10, 20);
	NUMBOX nb2;

	nb2 = nb1++;
	nb2.ShowNumber();
	nb1.ShowNumber();
	
	nb2 = ++nb1;
	nb2.ShowNumber();
	nb1.ShowNumber();
}

 

num1: 10, num2: 20
num1: 11, num2: 21
num1: 12, num2: 22
num1: 12, num2: 22
계속하려면 아무 키나 누르십시오 . . .

*this를 반환하는 이유는 this는 객체의 주소를, *this는 this 포인터가 가리키는 객체, 실질적인 데이터를 의미한다. 그리고 이러한 형식은 전위 증가 연산이다.

 

전위/후위 연산에 대한 구분

++nb = nb.operator++(); // 전위 증가 연산
nb++ = nb.operator++(int); // 후위 증가 연산

int는 단지 전위, 후위 증가 연산을 구분해주는 기준일 뿐, int 타입의 데이터를 인자로 전달한다는 뜻이 아니다. 

 

🟩 대입 연산자 오버로딩

#include <iostream>

using namespace std;

class A
{
private:
	int num1, num2;
public:
	A() { } // 디폴트 생성자
	A(int num1, int num2) : num1(num1), num2(num2) { }
	void ShowData() { cout << num1 << ", " << num2 << endl; }
};

class B
{
private:
	int num1, num2;
public:
	B() { }
	B(int num1, int num2) : num1(num1), num2(num2) { }
	void ShowData() { cout << num1 << ", " << num2 << endl; }
};

int main()
{
	A a1(10, 50);
	A a2;
	B b1(10, 20);
	B b2;

	a2 = a1;
	b2 = b1;

	a2.ShowData();
	b2.ShowData();
	return 0;
}

10, 50
10, 20
계속하려면 아무 키나 누르십시오 . . .

main  함수에서 a1 객체가 만들어짐과 동시에 생성자에게 10과 50을 각각 전달하고, 멤버 변수 num1, num2를 초기화한다. a2 객체는 만들어지고, 디폴트 생성자가 호출된다(초기화되지 않음). 마찬가지로 b1은 생성과 동시에 초기화되고, b2의 경우 초기화되지 않는다.

 

이후 대입 연산자가 쓰였는데, 대입 연산자를 정의하지 않았음에도 이런 문장은 정상적으로 멤버 대 멤버 복사로 이루어진다. 사실은, 디폴트 복사 생성자와 같이, 대입 연산자가 정의되지 않으면 디폴트 대입 연산자가 삽입되는 것이다. 그리고 멤버 대 멤버로 복사를 수행할 때, 깊은 복사가 아닌 얕은 복사를 진행한다.

#include <iostream>

using namespace std;

class Student
{
private:
	char * name;
	int age;
public:
	Student(char * name, int age) : age(age) 
	{
		this->name = new char[10];
		strcpy(this->name, name);
	}
	void ShowInfo() {
		cout << "이름: " << name << endl;
		cout << "나이: " << age << endl;
	}
	~Student()
	{
		delete []name;
		cout << "~Student 소멸자 호출!" << endl;
	}
};

int main()
{
	Student st1("김철수", 14);
	Student st2("홍길동", 15);

	st2 = st1;

	st1.ShowInfo();
	st2.ShowInfo();
	return 0;
}

 

이름: 김철수
나이: 14
이름: 김철수
나이: 14
~Student 소멸자 호출!
계속하려면 아무 키나 누르십시오 . . .

디폴트 대입 연산자에 의해 멤버 대 멤버 복사가 이루어지는데, 여기서 문제가 발생한다. 복사가 이루어지면서 str2는 "홍길동"이 아닌 "김철수"란 문자열이 담긴 주소를 가리키고, "홍길동"이란 문자열은 접근도, 소멸도 불가능한 상황이 발생한다. 또한 객체의 소멸자가 호출될 때, st1, st2 객체 모두 "김철수"란 문자열이 담긴 주소를 가리키고 delete를 통해 소멸할 때 중복 소멸하는 문제가 발생한다.

 

👉 이 문제를 해결하기 위해 깊은 복사를 정의하면 된다.

#include <iostream>

using namespace std;

class Student
{
private:
	char * name;
	int age;
public:
	Student(char * name, int age) : age(age) 
	{
		this->name = new char[10];
		strcpy(this->name, name);
	}
	void ShowInfo() {
		cout << "이름: " << name << endl;
		cout << "나이: " << age << endl;
	}
	Student& operator=(Student& ref)
	{
		delete []name;
		name = new char[10];
		strcpy(name, ref.name);
		age = ref.age;
		return *this;
	}
	~Student()
	{
		delete []name;
		cout << "~Student 소멸자 호출!" << endl;
	}
};

int main()
{
	Student st1("김철수", 14);
	Student st2("홍길동", 15);

	st2 = st1;

	st1.ShowInfo();
	st2.ShowInfo();
	return 0;
}

 

이름: 김철수
나이: 14
이름: 김철수
나이: 14
~Student 소멸자 호출!
계속하려면 아무 키나 누르십시오 . . .

대입 연산자를 정의(연산자 오버로딩)하고 있다. 메모리 누수를 막기 위해 name을 메모리 공간에서 해제하고, 새로 공간을 할당한다. 나머지는 코드 확인하면 이해 가능.

이렇게 되면, "홍길동"이란 문자열이 해제되지 않고, 메모리 공간에 남아있는 문제를 해결할 수 있고(delete 연산), 정의된 대입 연산자에 의해 복사가 이루어지고, st1의 "김철수"와, st2 "김철수"는 서로 다른 곳을 가리키게 된다.

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참고 자료

https://blog.hexabrain.net/177