[CPP-04 / ex00] 다형성(Polymorphism) 및 가상함수

0. 과제 조건

[ex00: Polymorphism, or "When the sorcerer thinks you’d be cuter as a sheep"]

1. Sorcerer 클래스 작성

   • 마법사 이름(name), 타이틀(TITLE) 매개변수 있어야한다.
   • default 생성자로 생성이 불가능하다. (매개변수가 비어있으면 객체 생성 불가능)
   • 생성자 메세지: NAME, TITLE, is born!
   • 소멸자 메세지: NAME, TITLE, is dead. Consequences will never be the same!
   • << 비트연산자 오버로드 메세지: I am NAME, TITLE, and I like ponies!
     • He can introduce himself on any output stream
   • void polymorph(Victim const &) const 함수를 Sorcerer 클래스에 추가한다.
     • 피해자 빅팀과 피언을 변신시키는 (will get polymorphed) 함수.

2. Victim 클래스 작성

   • 생성자 메세지: Some random victim called NAME just appeared!
   • 소멸자 메세지: Victim NAME just died for no apparent reason!
   • << 비트연산자 오버로드 메세지: I'm NAME and I like otters!
   • void getPolymorphed() const 함수 메세지 : NAME has been turned into a cute little sheep!

3. Peon 클래스 작성

   1. Victim의 파생클래스
   2. 생성자 메세지: Zog Zog.
   3. 소멸자 메세지: Bleuark...
   4. void getPolymorphed() const 함수 메세지 : NAME has been turned into a pink pony!

4. 다음 코드를 컴파일해 동일한 output이 출력되도록 구현해야한다:

int main() 
{
  Sorcerer robert("Robert", "the Magnificent");
  Victim jim("Jimmy");
	Peon joe("Joe");
	std::cout << robert << jim << joe;
	robert.polymorph(jim); // vimtim -> cute little sheep!
	robert.polymorph(joe); // peon -> pink pony!
	return 0; 
}

Output :

$> clang++ -W -Wall -Werror *.cpp
$> ./a.out | cat -e
Robert, the Magnificent, is born!$
Some random victim called Jimmy just appeared!$
Some random victim called Joe just appeared!$
Zog zog.$
I am Robert, the Magnificent, and I like ponies!$
I'm Jimmy and I like otters!$
I'm Joe and I like otters!$
Jimmy has been turned into a cute little sheep!$
Joe has been turned into a pink pony!$
Bleuark...$
Victim Joe just died for no apparent reason!$
Victim Jimmy just died for no apparent reason!$
Robert, the Magnificent, is dead. Consequences will never be the same!

---

1. 다형성(Polymorphism)

과제를 요약하자면, 마법사 Sorcerer가 불쌍한 Victim 과 Peon을 동물로 변신시켜버리는 내용이다. 인자로 들어온 희생양의 메서드를 호출한다.이 때 마법에 당한(?) Victim과 Peon은 같은 getPolymorphed() 메서드를 호출하지만, 그 실행 결과는 다르다.

Peon은 Victim을 상속하기 때문에 getPolymorphed() 멤버함수도 그대로 상속받지만, Peon에서는 다르게 동작하도록 오버라이딩 하는 것이 다형성(Polymorphism)이다.

즉, 다형성이란 여러 개의 서로 다른 객체가 동일한 기능을 서로 다른 방법으로 처리할 수 있는 기법을 의미한다.

2. 가상 함수

robert.polymorph(jim); // Victim 객체
robert.polymorph(joe); // Peon 객체

과제 내용대로 클래스를 구현해 main문을 컴파일 해보면, polymorph 함수가 문제가 된다는 것을 알 수 있다. 아래 아웃풋을 보면, Peon 객체의 getPolymorphed()가 호출되는게 아니라 Victim 객체의 getPolymorphed()가 호출된다.

// 기대하는 output
Jimmy has been turned into a cute little sheep!
Joe has been turned into a pink pony!

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// 실제 output
Jimmy has been turned into a cute little sheep!
Joe has been turned into a cute little sheep!

파생클래스 Peon에서 재정의한 getPolymorphed()가 동작하지 않는 것이다.

이를 방지하기 위해 virtual 키워드를 사용한 가상 함수(virtual function)를 사용한다. CPP에서 가상 함수는 파생 클래스에서 재정의할 것으로 기대하는 멤버 함수를 의미한다.

class Victim
{
...
    virtual void getPolymorphed(void) const;
};

class Peon : public Victim
{
...
	void    getPolymorphed() const; // 
};

파생 클래스(Peon)의 getPolymorphed 함수 쪽에도 virtual 키워드를 사용하여 가상 함수라는 것을 명확히 하는 것도 좋다.

가상함수 테이블

가상 함수를 만들면 기본적으로 가상 함수 테이블(virtual function table)이 생성되고, 이 테이블에는 특정 클래스의 객체들을 위해 선언된 가상 함수들의 주소가 저장된다. 컴파일러는 V-table에 있는 함수 주소값을 토대로 호출 대상을 찾게 된다.

3. 가상 소멸자

기초 클래스의 소멸자는 반드시 가상으로 선언해야 한다.

예제

Victim* daelee = new Peon("daelee");
...

delete daelee;

위의 예제에서 Victim 클래스는 Peon 클래스의 기초 클래스이므로, daelee라는 Peon 객체가 동적으로 할당된다. 하지만 객체를 조작해보면, daelee는 Peon이 아닌 Victim으로 동작하는 것을 알 수 있고, delete를 했을 때에도 Peon의 소멸자가 호출되지 않는다는 것을 알 수 있다. Peon 객체에 동적으로 할당된 메모리가 정상적으로 해제되지 않기 때문에 컴파일 에러가 난다.

포인터 형으로 다형성을 다뤘을 때 생기는 문제이다. 이 문제를 해결하기 위해 Victim 기초 클래스의 소멸자를 가상으로 선언한다. 그러면 위의 구문은 정상적으로 ~Peon() 소멸자를 호출한다. 따라서 기초 클래스는 명시적으로 가상 소멸자로 선언해야 한다.

virtual ~Victim();