9장 요점

가상함수와 추상클래스

가상함수

상속 관계에서의 함수 재정의

자식 클래스에서 부모클래스에 있는 함수를 동일한 원형으로 재정의 한다.
자식 클래스의 포인터로 자식 클래스에 작성된 함수를 불러오고 부모 클래스의 멤버 함수를 호출하고 싶은 경우 업캐스팅을 통해 부모 클래스에 대한 포인터로 만든 후 호출한다.

예시

Derived d, *pDer;
pDer = &d;
pDer->f(); // 자식 클래스의 f()를 호출

Base* pBase;
pBase = pDer; // 업캐스팅
pBase->f(); // 부모 클래스의 f()를 호출

가상 함수와 오버라이딩

가상함수

virtual 키워드로 선언된 멤버 함수
선언

virtual void f();

오버라이딩

자식 클래스에서 부모 클래스의 가상 함수를 재정의하는 것

⚠️ 함수 재정의와 오버라이딩의 차이

함수 재정의는 원래 정의했던 함수에 접근이 가능하지만.
오버라이딩을 하면 원래 정의했던 함수의 존재감이 사라지게 된다.
함수 재정의는 정적바인딩으로 컴파일 시간에 결정
오버라이딩은 동적바인딩으로 실행 시간에 결정

오버라이딩 목적

부모 클래스에서는 인터페이스를 제공하고 자식 클래스에서 오버라이딩하여 다형성을 실현하는 것

동적 바인딩

바인딩 : 변수의 타입을 결정 하듯 프로그램 구성 요소의 성격을 결정해주는 것
동적 바인딩 : 컴파일러가 가상함수를 보고 우선 넘어간 다음 나중에 실행시간에 가상함수를 호출하게 되면, 객체 내에 오버라이딩된 가상 함수를 동적으로 찾아
호출하는 것

동적 바인딩이 발생한는 경우

1. 부모 클래스 내의 멤버 함수가 가상 함수 호출
2. 자식 클래스 내의 멤버 함수가 가상 함수 호출
3. 외부 함수에서 부모 클래스의 포인터로 가상 함수 호출
4. 다른 클래스에서 가상 함수 호출

상속 관련 명령어 override, final

// 부모 클래스 가상 멤버 함수
virtual void draw();

// 자식 클래스
void drow(); 
// draw를 drow로 잘못쳤다. 이 경우 drow라는 멤버 함수로 호출되어 컴파일러가 오류 발생하지 않는다.

// override
// void drow() override;
// 컴파일러가 함수가 오버라이딩이 되지 않았으므로 오류를 잡아준다.

//final
//상속 및 재정의 막는 지시어, 클래스 이름, 가상 함수 원형의 뒤에 작성

class Student final{ // Student클래스 상속 불가
	virtual void show(); // show함수 오버라이딩 불가
};

오버라이딩의 특징

1. 오버라이딩 시 이름, 매개변수 개수 타입, 리턴타입이 일치해야한다.
2. 부모클래스에서는 virtual이 있어야 하지만, 자식클래스에서는 virtual 생략해도 된다.
3. 접근 지정자 사용 가능

❗️오버라이딩에 의해 존재감이 없어진 부모 클래스의 가상함수를 사용하고 싶다면,
(::)를 이용하여 정적바인딩으로 호출하면 된다.

가상소멸자

정상적인 소멸을 위해서는 부모 클래스의 소멸자를 가상 소멸자로 구현하는 것이 좋다.
업캐스팅을 한 후 소멸자를 불러오게 되면 부모클래스의 소멸자만 불러와진다.
때문에, 가상소멸자로 구현하여 자식 클래스의 소멸자를 동적바인딩으로 불러온다.
어짜피, 자식 클래스가 소멸되면 부모 클래스의 소멸자는 자동으로 실행된다.

추상클래스

순수 가상 함수

어짜피 인터페이스의 역할이므로,
함수의 코드가 없고 선언만 있는 가상함수를 말한다.
따라서 부모 클래스에서 구현을 해서는 안된다.

virtual void foo() = 0; // 선언

추상클래스

최소 하나의 순수 가상 함수를 가진 클래스를 추상 클래스라고 한다.

class Student{
	virtual void foo() = 0;
};

Student 클래스는 foo라는 순수 가상 함수를 가지므로 추상클래스다.
⚠️ 추상클래스는 불완전한 클래스이므로 객체를 생성할 수 없다.
단, 포인터 선언은 문제되지 않는다.

추상클래스 목적

상속을 위한 기본 클래스로 활용하는 것이 목적.
즉, 자식 클래스들이 구현을 해야할 함수의 원형을 보여주기 위한 인터페이스의 역할이 목적이다.
그렇다고 해서 추상클래스가 멤버 변수, 함수를 가지지 않는 것은 아니다. 파생클래스가 구현을 해야하는 순수 가상 함수를 가진것 뿐이다.

추상클래스 상속

추상 클래스를 상속 받으면 상속받은 자식 클래스도 추상 클래스가 된다.
따라서 자식 클래스도 객체 생성이 불가능 하다.

추상클래스의 구현

상속받은 자식 클래스를 사용하고 싶다면, 부모 클래스의 모든 순수 가상함수를 오버라이딩을 해야 사용할 수 있다.

예시

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

class Subject{ // 추상 클래스
public:
	virtual void show() = 0;
};

class Korean : public Subject{ // 자식 클래스
public:
	virtual void show() {cout << "국어" << endl;}
    // 순수 가상함수 구현
};

int main(){
	Korean korea; // 사용 가능
    Korean *k = new Korean; // 사용 가능
    k->show();
    korea.show();
}

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⚠️ 주의 ⚠️
1. 여기서부터는 실습문제 정답입니다.
2.제가 작성한 정답이 틀릴 수 있습니다. 혹시 틀린게 있다면 댓글로 남겨주시면 감사히 수정하겠습니다.
3. C++를 공부하시는 학생이시라면 보시기 전에 직접 꼭 한 번 풀어보세요!

실습 문제 9 - 1, 2 (Converter 추상클래스)
문제 : 1
Converter클래스를 상속받아 달러를 원화로 환산하는 WonToDollar클래스를 작성하기.

#include <iostream>
using namespace std;

class Converter{
protected:
    double ratio;
    virtual double convert(double src)=0;
    virtual string getSourceString()=0;
    virtual string getDestString()=0;
public:
    Converter(double ratio){ this->ratio = ratio;}
    void run(){
        double src;
        cout << getSourceString() << "을 " << getDestString() << "로 바꿉니다. ";
        cout << getSourceString() << "을 입력하세요>> ";
        cin >> src;
        cout << "변환 결과 : " << convert(src) << getDestString() << endl;
    }
};

class WonToDollar : public Converter{
public:
    WonToDollar(double ratio) : Converter(ratio) {}
    double convert(double src) override{
        return src / ratio;
    }
    string getSourceString() override{
        return "원";
    }
    string getDestString() override{
        return "달러";
    }
};
int main()
{
    WonToDollar wd(1010);
    wd.run();
}

 

문제 : 2
NamedCircle클래스와 main함수 등 필요한 함수를 만들어서 출력 만들어내기

#include <iostream>
using namespace std;

class Converter{
protected:
    double ratio;
    virtual double convert(double src)=0;
    virtual string getSourceString()=0;
    virtual string getDestString()=0;
public:
    Converter(double ratio){ this->ratio = ratio;}
    void run(){
        double src;
        cout << getSourceString() << "을 " << getDestString() << "로 바꿉니다. ";
        cout << getSourceString() << "을 입력하세요>> ";
        cin >> src;
        cout << "변환 결과 : " << convert(src) << getDestString() << endl;
    }
};

class WonToDollar : public Converter{
public:
    WonToDollar(double ratio) : Converter(ratio) {}
    double convert(double src) override{
        return src / ratio;
    }
    string getSourceString() override{
        return "원";
    }
    string getDestString() override{
        return "달러";
    }
};

class KmToMile : public Converter{
public:
    KmToMile(double ratio) : Converter(ratio){}
    double convert(double src) override{
        return src / ratio;
    }
    string getSourceString() override{
        return "Km";
    }
    string getDestString() override{
        return "Mile";
    }
};
int main()
{
    KmToMile toMile(1.609344);
    toMile.run();
}

 
실습 문제 9 - 3, 4 (LoopAdder 클래스)
문제 : 3
LoopAdder클래스를 상속받는 ForLoopAdder클래스 작성하기

#include <iostream>
using namespace std;

class LoopAdder{
    string name;
    int x, y, sum;
    void read();
    void write();
protected:
    LoopAdder(string name=""){
        this->name = name;
    }
    int getX(){ return x; }
    int getY(){ return y; }
    virtual int calculate() = 0;
public:
    void run();
};

void LoopAdder::read() {
    cout << name << ":" << endl;
    cout << "처음 수에서 두번째 수까지 더합니다. 두 수를 입력하세요 >> ";
    cin >> x >> y;
}

void LoopAdder::write() {
    cout << x << "에서 " << y << "까지의 합 = " << sum << " 입니다" << endl;
}

void LoopAdder::run() {
    read();
    sum = calculate();
    write();
}

class ForLoopAdder : public LoopAdder{
public:
    ForLoopAdder(string name) : LoopAdder(name){}
    int calculate() override{
        int result = 0;
        for(int i = getX(); i <= getY(); i++)
        {
            result += i;
        }
        return result;
    }
};

int main()
{
    ForLoopAdder forLoop("For Loop");
    forLoop.run();
}

문제 : 4 main함수가 실행되도록 ColorPoint클래스 완성

#include <iostream>
using namespace std;

class LoopAdder{
    string name;
    int x, y, sum;
    void read();
    void write();
protected:
    LoopAdder(string name=""){
        this->name = name;
    }
    int getX(){ return x; }
    int getY(){ return y; }
    virtual int calculate() = 0;
public:
    void run();
};

void LoopAdder::read() {
    cout << name << ":" << endl;
    cout << "처음 수에서 두번째 수까지 더합니다. 두 수를 입력하세요 >> ";
    cin >> x >> y;
}

void LoopAdder::write() {
    cout << x << "에서 " << y << "까지의 합 = " << sum << " 입니다" << endl;
}

void LoopAdder::run() {
    read();
    sum = calculate();
    write();
}

class WhileLoopAdder : public LoopAdder{
public :
    WhileLoopAdder(string name) : LoopAdder(name){}
    int calculate() override{
        int i = getX(), result = 0;
        while(i <= getY()){
            result += i;
            i++;
        }
        return result;
    }
};

class DoWhileLoopAdder : public LoopAdder{
public:
    DoWhileLoopAdder(string name) : LoopAdder(name){}
    int calculate() override{
        int i = getX(), result = 0;
        do
        {
            result += i;
            i++;
        }while(i <= getY());
        return result;
    }
};
int main()
{
    WhileLoopAdder whileLoop("While Loop");
    DoWhileLoopAdder doWhileLoop("Do while Loop");

    whileLoop.run();
    doWhileLoop.run();
}

 

실습 문제 9 - 5
문제 : AbstractGate을 상속받은 ORGate, XORGate, ANDGate 작성하기

#include <iostream>
using namespace std;

class AbstractGate{
protected:
    bool x, y;
public:
    void set(bool x, bool y){
        this->x = x;
        this->y = y;
    }
    virtual bool operation() = 0;
};
class ANDGate : public AbstractGate{
public:
    bool operation() override{
        return x && y;
    }
};

class ORGate : public AbstractGate{
public:
    bool operation() override{
        return x || y;
    }
};

class XORGate : public AbstractGate{
public:
    bool operation() override{
        return x != y;
    }
};
int main()
{
    ANDGate andGate;
    ORGate orGate;
    XORGate xorGate;

    andGate.set(true, false);
    orGate.set(true, false);
    xorGate.set(true, false);

    cout.setf(ios::boolalpha);
    cout << andGate.operation() << endl;
    cout << orGate.operation() << endl;
    cout << xorGate.operation() << endl;
}

 
실습 문제 9 - 6
문제 : AbsractStack을 상속받은 IntStack클래스 만들기

#include <iostream>
using namespace std;

class AbstractStack{
public:
    virtual bool push(int n) = 0;
    virtual bool pop(int &n) = 0;

    virtual int size() = 0;
};

class IntStack : public AbstractStack{
    int tos;
    int *arr;
    int mSize;
public:
    IntStack(int size){
        mSize = size;
        arr = new int[size];
        tos = -1;
    }
    ~IntStack(){ delete [] arr; }
    bool push(int n) override{
        if(tos + 1 == mSize)
            return false;
        else{
            arr[++tos] = n;
            cout << "현재 tos값은 " << tos << "이고 들어있는 값은 " << n << "입니다." << endl;
            return true;
        }
    }
    bool pop(int &n) override{
        if(tos < 0)
            return false;
        else
        {
            cout << "이전 tos값은" << tos << "였고, ";
            n = arr[tos--];
            cout << "현재 tos값은 " << tos << "이고 들어있던 값은";
            return true;
        }
    }
    int size() override{
        return tos + 1;
    }
};

int main()
{
    int n;
    cout << "스택의 개수를 입력하세요 : ";
    cin >> n;
    IntStack stack(n);
    cout << "지금 스택의 크기는 " << stack.size() << endl;
    int a;
    cout << "스택에 채워 넣을 수를 입력하세요 : ";
    for(int i = 0; i < n; i++)
    {
        cin >> a;
        stack.push(a);
    }
    cout << "푸시 후 스택의 크기는 " << stack.size() << endl;
    cout << "팝" << endl;
    for(int i = 0; i < n; i++)
    {
        stack.pop(a);
        cout << a << "입니다." << endl;
    }
    cout << "팝한 후 스택의 크기는 " << stack.size() << endl;

}

 
실습 문제 9 - 7, 8 (LoopAdder 클래스)
문제 : 7
Shape클래스를 상속받는 Oval, Rect, Triangular클래스 완성하기

#include <iostream>
using namespace std;

class Shape{
protected:
    string name;
    int width, height;
public:
    Shape(string n = "", int w = 0, int h = 0){ name = n; width = w, height = h;}
    virtual double getArea(){ return 0; }
    string getName(){ return name; }
};

class Oval : public Shape{
public:
    Oval(string n = "", int w = 0, int h = 0) : Shape(n, w, h) {}
    double getArea() override{
        return 3.14 * height * width; // 타원 넓이 공식
    }
};

class Rect : public Shape{
public:
    Rect(string n = "", int w = 0, int h = 0) : Shape(n, w, h){}
    double getArea() override{
        return height * width;
    }
};

class Triangular : public Shape{
public:
    Triangular(string n = "", int w = 0, int h = 0) : Shape(n, w, h){}
    double getArea() override{
        return 0.5 * height * width;
    }
};

int main()
{
    Shape *p[3];
    p[0] = new Oval("빈대떡", 10, 20);
    p[1] = new Rect("찰떡", 30, 40);
    p[2] = new Triangular("토스트", 30, 40);

    for(int i = 0; i < 3; i++)
        cout << p[i]->getName() << " 넓이는 " << p[i]->getArea() << endl;

    for(int i = 0; i < 3; i++)
        delete p[i];
}

 

문제 : 8
Shape클래스를 추상클래스로 만들기

#include <iostream>
using namespace std;

class Shape{
protected:
    string name;
    int width, height;
public:
    Shape(string n = "", int w = 0, int h = 0){ name = n; width = w, height = h;}
    virtual ~Shape(){}
    virtual double getArea() = 0;
    string getName(){ return name; }
};

class Oval : public Shape{
public:
    Oval(string n = "", int w = 0, int h = 0) : Shape(n, w, h) {}
    double getArea() override{
        return 3.14 * height * width; // 타원 넓이 공식
    }
};

class Rect : public Shape{
public:
    Rect(string n = "", int w = 0, int h = 0) : Shape(n, w, h){}
    double getArea() override{
        return height * width;
    }
};

class Triangular : public Shape{
public:
    Triangular(string n = "", int w = 0, int h = 0) : Shape(n, w, h){}
    double getArea() override{
        return 0.5 * height * width;
    }
};

int main()
{
    Shape *p[3];
    p[0] = new Oval("빈대떡", 10, 20);
    p[1] = new Rect("찰떡", 30, 40);
    p[2] = new Triangular("토스트", 30, 40);

    for(int i = 0; i < 3; i++)
        cout << p[i]->getName() << " 넓이는 " << p[i]->getArea() << endl;
    for(int i = 0; i < 3; i++){
        delete p[i];
    }
    return 0;
}

실습 문제 9 - 9
문제 : Printer클래스를 상속받는 InkJetPrinter, LaserPrinter클래스 만들기

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

class Printer{
protected:
    string model;
    string manufacturer;
    int printedCount;
    int availablecount;
public:
    Printer(string model, string manufacturer, int availablecount) {
        this->model = model; this->manufacturer = manufacturer; this->availablecount = availablecount;
    }
    virtual ~Printer(){}
    virtual void print(int pages) = 0;
    virtual void show() = 0;
};
class InkJetPrinter : public Printer{
    int availableInk;
public:
    InkJetPrinter(string model, string manufacturer, int availablecount, int availableInk)
    : Printer(model, manufacturer, availablecount){
        this->availableInk = availableInk;
    }
    void print(int pages) override{
        printedCount = pages;
        if(printedCount < availableInk && availablecount > printedCount)
        {
            cout << "프린트하였습니다." << endl;
            availableInk -= printedCount;
            availablecount -= printedCount;
        }
        else
            cout << "용지가 부족하여 프린트할 수 없습니다." << endl;
    }
    void show() override{
        cout << "잉크젯 : " << model << ", " << manufacturer << ", " << "남은 종이 " << availablecount << "장, "
        << "남은 잉크 " << availableInk << endl;
    }
};

class LaserPrinter : public Printer{
    int availableToner;
public:
    LaserPrinter(string model, string manufacturer, int availablecount, int availableToner)
            : Printer(model, manufacturer, availablecount){
        this->availableToner = availableToner;
    }
    void print(int pages) override{
        printedCount = pages;
        if(printedCount < availableToner && availablecount > printedCount)
        {
            cout << "프린트하였습니다." << endl;
            availableToner -= 1;
            availablecount -= printedCount;
        }
        else
            cout << "용지가 부족하여 프린트할 수 없습니다." << endl;
    }
    void show() override{
        cout << "잉크젯 : " << model << ", " << manufacturer << ", " << "남은 종이 " << availablecount << "장, "
             << "남은 토너 " << availableToner << endl;
    }
};

int main()
{
    Printer *p[2];
    p[0] = new InkJetPrinter("Officejet V40", "HP", 5, 10);
    p[1] = new LaserPrinter("SCX-6x45", "삼성전자", 3, 20);

    for(int i = 0; i < 2; i++)
    {
        p[i]->show();
    }

    int printer;
    int paper;
    char chk;

    while(true){
        cout << "프린터(1:잉크젯, 2:레이저)와 매수 입력>>";
        cin >> printer >> paper;
        p[printer - 1]->print(paper);

        for(int i = 0; i < 2; i++)
        {
            p[i]->show();
        }
        cout << "계속 프런트 하시겠습니까(y/n)>>";
        cin >> chk;
        if(chk == 'n')
            break;
        cout << endl;
    }
    for(int i = 0; i < 2; i++)
    {
        delete p[i];
    }
    return 0;
}

실습 문제 9 - 10
문제 : 그래픽 편집기를 콘솔 바탕으로 만들기, 연결리스트 활용

#include <iostream>
using namespace std;
class Node{
public:
    string name;
    Node *next;
};
class Graphic{
protected:
    static int index;
    static Node *first;
    static Node *last;
public:
    virtual void insert(Node *node) = 0;
    void del(int delNum){
        Node *p = first;
        Node *q;
        for(int i = 0; i < index; i++)
        {
            if(i == delNum)
            {
                if(i == 0)
                {
                    first->name = p->name;
                    first->next = p->next;
                }
                else
                {
                    q->next = p->next;
                }
                index--;
                delete p;
                break;
            }
            q = p;
            p = p->next;
        }
    }
    void show(){
        Node *temp = new Node;
        temp->name = first->name;
        temp->next = first->next;
        for(int i = 0; i < index; i++)
        {
            cout << i << ": " << temp->name << endl;
            temp = temp->next;
        }
    }
};
class Line : public Graphic{
public:
    void insert(Node *node) override{
        node->name = "Line";
        node->next = nullptr;
        if(first == nullptr)
            first = node;
        else
            last->next = node;
        last = node;
        index++;
    }
};
class Circle : public Graphic{
public:
    void insert(Node *node) override{
        node->name = "Circle";
        node->next = nullptr;
        if(first == nullptr)
            first = node;
        else
            last->next = node;
        last = node;
        index++;
    }
};
class Rectangle : public Graphic{
public:
    void insert(Node *node) override{
        node->name = "Rectangle";
        node->next = nullptr;
        if(first == nullptr)
            first = node;
        else
            last->next = node;
        last = node;
        index++;
    }
};
int Graphic::index = 0;
Node* Graphic::first = nullptr;
Node* Graphic::last = nullptr;
int main()
{
    cout << "그래픽 에디터입니다." << endl;
    int n;
    Graphic *graphic;
    while(true)
    {
        cout << "삽입:1, 삭제:2, 모두보기:3, 종료:4 >> ";
        cin >> n;
        if( n == 1){
            Node *node = new Node;
            int a;
            cout << "선:1, 원:2, 사각형:3 >> ";
            cin >> a;
            if(a == 1)
            {
                graphic = new Line;
                graphic->insert(node);
            }
            if(a == 2){
                graphic = new Circle;
                graphic->insert(node);
            }
            if(a == 3){
                graphic = new Rectangle;
                graphic->insert(node);
            }
        }
        if(n == 2){
            int a;
            cout << "삭제하고자 하는 도형의 인덱스 >> ";
            cin >> a;
            graphic->del(a);
        }
        if(n == 3){
            graphic->show();
        }
        if(n == 4){
            break;
        }
    }
}