다형성

이 장을 더 깊이 이해하기 전에 포인터와 클래스 상속에 대해 제대로 이해하고 있어야 합니다. 다음 표현의 의미가 확실하지 않은 경우 표시된 섹션을 검토해야 합니다.

 

Statement	:Explained in:
int A::b(int c) { }	Classes
a->b	Data structures
class A: public B {};	Friendship and inheritance

부모(base) 클래스에 대한 포인터

클래스 상속의 주요 기능 중 하나는 파생 클래스에 대한 포인터가 기본 클래스에 대한 포인터와 형식 호환된다는 것입니다. 다형성 은 이 단순하지만 강력하고 다양한 기능을 활용하는 기술입니다.

사각형 및 삼각형 클래스에 대한 예제는 이 기능을 고려하여 포인터를 사용하여 다시 작성할 수 있습니다.

// pointers to base class
#include <iostream>
using namespace std;

class Polygon {
  protected:
    int width, height;
  public:
    void set_values (int a, int b)
      { width=a; height=b; }
};

class Rectangle: public Polygon {
  public:
    int area()
      { return width*height; }
};

class Triangle: public Polygon {
  public:
    int area()
      { return width*height/2; }
};

int main () {
  Rectangle rect;
  Triangle trgl;
  Polygon * ppoly1 = &rect;
  Polygon * ppoly2 = &trgl;
  ppoly1->set_values (4,5);
  ppoly2->set_values (4,5);
  cout << rect.area() << '\n';
  cout << trgl.area() << '\n';
  return 0;
}

함수 는 (이름 및 ) main에 대한 두 개의 포인터를 선언합니다 . 이들에는 각각 및 유형의 개체인 및 의 주소가 할당됩니다 . 와 는 모두 에서 파생된 클래스 이므로 이러한 할당은 유효합니다 . 역참조 및 ( 와 함께 및 )는 유효하며 우리가 지적 객체의 멤버에 액세스할 수 있도록 합니다. 예를 들어 다음 두 명령문은 이전 예에서 동일합니다.Polygonppoly1ppoly2recttrglRectangleTriangleRectangleTrianglePolygon

ppoly1ppoly2ppoly1->ppoly2->

ppoly1->set_values (4,5);
rect.set_values (4,5);

그러나 둘 다 ppoly1및 의 형식이 에 대한 ppoly2포인터 이기 때문에 Polygon(에 대한 포인터 Rectangle나 포인터가 Triangle아님) 에서 상속된 멤버만 Polygon액세스할 수 있고 파생 클래스 Rectangle및 의 멤버는 액세스할 수 없습니다 Triangle. 이것이 위의 프로그램 이 포인터 대신 및 직접 area두 개체의 멤버에 액세스하는 이유입니다. 기본 클래스에 대한 포인터는 멤버에 액세스할 수 없습니다. 멤버 는 파생 클래스의 멤버 대신 의 멤버인 경우 에 대한 포인터를 사용하여 액세스할 수 있었지만 문제는 다른 버전의recttrglarea

areaPolygonareaPolygonRectangleTrianglearea, 따라서 기본 클래스에서 구현할 수 있는 단일 공통 버전이 없습니다.

가상 함수

가상 멤버는 참조를 통해 호출 속성을 유지하면서 파생 클래스에서 재정의할 수 있는 멤버 함수입니다. 함수가 가상이 되는 구문은 선언 앞에 virtual키워드를 사용하는 것입니다.

// virtual members
#include <iostream>
using namespace std;

class Polygon {
  protected:
    int width, height;
  public:
    void set_values (int a, int b)
      { width=a; height=b; }
    virtual int area ()
      { return 0; }
};

class Rectangle: public Polygon {
  public:
    int area ()
      { return width * height; }
};

class Triangle: public Polygon {
  public:
    int area ()
      { return (width * height / 2); }
};

int main () {
  Rectangle rect;
  Triangle trgl;
  Polygon poly;
  Polygon * ppoly1 = &rect;
  Polygon * ppoly2 = &trgl;
  Polygon * ppoly3 = &poly;
  ppoly1->set_values (4,5);
  ppoly2->set_values (4,5);
  ppoly3->set_values (4,5);
  cout << ppoly1->area() << '\n';
  cout << ppoly2->area() << '\n';
  cout << ppoly3->area() << '\n';
  return 0;
}

이 예에서 세 가지 클래스( Polygon, Rectangle및 Triangle)는 모두 동일한 멤버 ( width, height, 및 functions set_values및 area.

멤버 함수 는 나중에 각 파생 클래스에서 재정의되기 때문에 기본 클래스에서와 area같이 선언되었습니다 . virtual비가상 멤버는 파생 클래스에서도 재정의할 수 있지만 파생 클래스의 비가상 멤버는 기본 클래스의 참조를 통해 액세스할 virtual수 area없습니다 area. 모든 경우에 기본 클래스의 버전이 대신 호출되었을 것이기 때문에 0을 반환합니다.

따라서 본질적으로 무엇을virtual키워드는 기본 클래스에 있는 것과 같은 이름을 가진 파생 클래스의 멤버가 포인터에서 적절하게 호출되도록 하는 것이며, 더 정확하게는 포인터의 유형이 해당 포인터를 가리키는 기본 클래스에 대한 포인터일 때 위의 예에서와 같이 파생 클래스의 객체입니다.

가상 함수를 선언하거나 상속하는 클래스를 다형성 클래스 라고 합니다 .

멤버 중 하나의 가상성에도 불구하고 은 (는) 항상 0을 반환 하는 멤버에 대한 자체 정의와 함께 Polygon객체조차 인스턴스화( )된 일반 클래스였습니다 .polyarea

 

추상  클래스

Polygon추상 기본 클래스는 이전 예제 의 클래스와 매우 유사합니다 . 기본 클래스로만 사용할 수 있는 클래스이므로 정의 없이 가상 멤버 함수를 가질 수 있습니다(순수 가상 함수라고 함). 구문은 정의를 =0(등호 및 0)로 바꾸는 것입니다.

추상 기본 Polygon클래스는 다음과 같습니다.

// abstract class CPolygon
class Polygon {
  protected:
    int width, height;
  public:
    void set_values (int a, int b)
      { width=a; height=b; }
    virtual int area () =0;
};

에는 정의 area가 없습니다. 이것은 순수한 가상 기능=0 이 되는 으로 대체되었습니다 . 최소한 하나의 순수 가상 함수 를 포함하는 클래스 를 추상 기본 클래스 라고 합니다. 추상 기본 클래스는 개체를 인스턴스화하는 데 사용할 수 없습니다. 따라서 이 마지막 추상 기본 클래스 버전은 다음과 같은 개체를 선언하는 데 사용할 수 없습니다.

Polygon mypolygon;   // not working if Polygon is abstract base class

그러나 추상 기본 클래스 가 완전히 쓸모없는 것은 아닙니다. 포인터를 생성하고 모든 다형성 기능을 활용하는 데 사용할 수 있습니다. 예를 들어 다음 포인터 선언이 유효합니다.

Polygon * ppoly1;
Polygon * ppoly2;

그리고 파생(비추상) 클래스의 객체를 가리킬 때 실제로 역참조될 수 있습니다. 전체 예는 다음과 같습니다.

// abstract base class
#include <iostream>
using namespace std;

class Polygon {
  protected:
    int width, height;
  public:
    void set_values (int a, int b)
      { width=a; height=b; }
    virtual int area (void) =0;
};

class Rectangle: public Polygon {
  public:
    int area (void)
      { return (width * height); }
};

class Triangle: public Polygon {
  public:
    int area (void)
      { return (width * height / 2); }
};

int main () {
  Rectangle rect;
  Triangle trgl;
  Polygon * ppoly1 = &rect;
  Polygon * ppoly2 = &trgl;
  ppoly1->set_values (4,5);
  ppoly2->set_values (4,5);
  cout << ppoly1->area() << '\n';
  cout << ppoly2->area() << '\n';
  return 0;
}

이 예에서 서로 다르지만 관련 유형의 개체는 고유한 유형의 포인터( Polygon*)를 사용하여 참조되며 가상이라는 이유만으로 적절한 멤버 함수가 매번 호출됩니다. 이것은 어떤 상황에서는 정말 유용할 수 있습니다. 예를 들어 추상 기본 클래스의 멤버 가 이 함수에 대한 구현이 없는 경우에도 적절한 가상 멤버에 액세스하기 Polygon위해 특수 포인터를 사용하는 것도 가능합니다.thisPolygon

// pure virtual members can be called
// from the abstract base class
#include <iostream>
using namespace std;

class Polygon {
  protected:
    int width, height;
  public:
    void set_values (int a, int b)
      { width=a; height=b; }
    virtual int area() =0;
    void printarea()
      { cout << this->area() << '\n'; }
};

class Rectangle: public Polygon {
  public:
    int area (void)
      { return (width * height); }
};

class Triangle: public Polygon {
  public:
    int area (void)
      { return (width * height / 2); }
};

int main () {
  Rectangle rect;
  Triangle trgl;
  Polygon * ppoly1 = &rect;
  Polygon * ppoly2 = &trgl;
  ppoly1->set_values (4,5);
  ppoly2->set_values (4,5);
  ppoly1->printarea();
  ppoly2->printarea();
  return 0;
}

가상 멤버와 추상 클래스는 객체 지향 프로젝트에 가장 유용한 C++ 다형성 특성을 부여합니다. 물론 위의 예는 매우 간단한 사용 사례이지만 이러한 기능은 개체 배열 또는 동적으로 할당된 개체에 적용할 수 있습니다.

다음은 동적 메모리, 생성자 이니셜라이저 및 다형성과 같은 최신 장의 일부 기능을 결합한 예입니다.

// dynamic allocation and polymorphism
#include <iostream>
using namespace std;

class Polygon {
  protected:
    int width, height;
  public:
    Polygon (int a, int b) : width(a), height(b) {}
    virtual int area (void) =0;
    void printarea()
      { cout << this->area() << '\n'; }
};

class Rectangle: public Polygon {
  public:
    Rectangle(int a,int b) : Polygon(a,b) {}
    int area()
      { return width*height; }
};

class Triangle: public Polygon {
  public:
    Triangle(int a,int b) : Polygon(a,b) {}
    int area()
      { return width*height/2; }
};

int main () {
  Polygon * ppoly1 = new Rectangle (4,5);
  Polygon * ppoly2 = new Triangle (4,5);
  ppoly1->printarea();
  ppoly2->printarea();
  delete ppoly1;
  delete ppoly2;
  return 0;
}

ppoly포인터 는 다음과 같습니다.

Polygon * ppoly1 = new Rectangle (4,5);
Polygon * ppoly2 = new Triangle (4,5);

"에 대한 포인터" 유형 으로 선언되었지만 할당된 객체는 파생 클래스 유형( 및 ) Polygon을 직접 갖는 것으로 선언되었습니다 .RectangleTriangle