[C++] 연산자 오버로딩(operator overloading)

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연산자

 

C++ 에서 연산자는 다양한 자료형에 대응하여 연산을 진행한다. 예를들어 int 형과 int 형을 더하면 각 숫자를 더하여 반환하고, 문자열과 문자열을 더하면 각 문자열을 이어서 반환한다. 기본 자료형이 아니라 클래스에 대해서도 다른 연산을 진행하는 경우가 있다. 예를 들어 std::cout 은 << 연산자를 이용하여 입력을 받고, 출력을 진행한다. 기본적으로 << 연산자는 비트 이동 연산자인데 cout 에 적용하니 입력이 되는 것이다.

연산자 오버로딩은 클래스 내부에서 정의되어 위 예시처럼 사용될 수도 있고, 전역에서 정의되어 사용할 수도 있다. 그러나 전역에서 사용되려면 friend 를 알아야 제대로 사용할 수 있다.

 

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클래스 내 연산자 오버로딩

 

연산자 오버로딩은 클래스 내에서 진행된다. 선언하는 문법은 다음과 같다.

return_datatype operator operator_name(parameter);

operator_name 에 연산자를 넣고, operator 키워드를 사용하는 것 말고는 기본적인 맴버 함수 선언과 같다. 매개변수(parameter) 사용은 연산자 선언이 실제 컴파일에서 어떻게 동작하는 지를 참고하면 알면 쉽게 설정할 수 있다.

이항 연산자의 경우, 예를 들어 a + b 라는 수식을 계산할 때는 컴파일러에 의해 a.+(b) 로 변형되어 계산된다. 즉 a 객체의 b 를 매개변수로 받는 + 라는 함수로 변형된다. 단항 연산자의 경우, 예를 들어 ! a 라 하면 a.!() 로 변형된다. 즉 매개변수가 없다. 단 전위, 후위 연산자 구분은 필요할텐데, 전위인 경우, 즉 ++a 와 같은 경우는 매개변수 없이, 후위, 즉 a++ 와 같은 경우는 매개변수로 임의의 int 를 가지는 형태로 선언된다. 

단항 연산자를 예로 radius 을 멤버 변수로 갖는 Circle 클래스에서 전위 ++ 연산자를 다음과 같이 선언할 수 있다.

class Circle {
    int radius;
public:
    Circle(int a) {
        radius = a;
    }
    Circle& operator++() {
        radius++;
        return *this;
    }
};

전위 연산자기 때문에 매개변수 없이 선언되었고, 멤버 변수인 radius 를 증가시키고, 자기 자신을 참조로 반환하였다. 기본적으로 전위 ++ 연산자가 증가시킨 자신을 반환한다는 것을 반영하여 구현한 것이다. 전혀 다른 방식으로 연산자를 구현할 수도 있지만, 기본적으로 원래의 연산자가 가진 성질을 유지하는 것이 추후 해당 연산자를 사용할 때 실수를 줄이기 때문이다.

이항 연산자 + 를 구현해보자면 아래와 같이 구현할 수 있겠다. 이번에는 위 Circle 클래스를 재활용하겠다.

class Circle {
    int radius;
public:
    Circle(int a) {
        radius = a;
    }
    Circle operator+(Circle circle) {
        Circle temp(this->radius + circle.radius);
        return temp;
    }
};

입력받은 Circle 객체, 즉 뒤에 있는 객체의 반지름과 연산자가 적용되는 객체, 즉 앞에 있는 객체의 반지름을 더하여 새로운 객체를 만들고 그 객체를 반환하였다.

 

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전역 연산자 오버로딩

 

전역으로 연산자 오버로딩을 하기 위해서는 기본 자료형에 대해서라면 상관없지만, 클래스의 객체를 매개변수로 사용한다면 friend 에 대한 이해(참고 링크)가 필요하다. 또한 컴파일러에 의해 연산자가 어떻게 변형되는지에 대한 이해도 필요하다.

클래스 내 연산자 오버로딩은 클래스에 대한 멤버 함수로 컴파일러가 변환하였다. 예를 들어 a + b 를 a.+(b) 로 컴파일러가 변환하였다. 전역 연산자 오버로딩은 연산자 그 자체를 함수로 변환한다. 즉 a + b 를 +(a, b) 와 같은 식으로 컴파일러가 변환하는 것이다. 따라서 매개변수로 멤버 변수에 대한 접근이 허용되지 않은 클래스의 객체가 있을 때 friend 선언이 필요하다.

전역 연산자 오버로딩이 필요한 경우가 있다. 특히 a + b 와 같은 이항 연산자를 계산할 때 앞 a 가 클래스 객체가 아니라 기본 자료형이라면, 즉 int, double 과 같은 자료형이라면 전역 연산자 오버로딩이 강제된다. 클래스 내 연산자 오버로딩으로 접근한다면 a.+(b) 와 같이 컴파일러가 변형하였을 때 a 가 클래스 객체가 아니기 때문에 오류가 발생하기 때문이다.

이항 연산자 + 를 아래와 같이 전역 연산자 오버로딩을 할 수 있다.

class Circle {
    int radius;
public:
    Circle(int a) {
        radius = a;
    }
    friend Circle operator+(int a, Circle circle) {
        Circle temp(a + circle.radius);
        return temp;
    }
};

 

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연산자 오버로딩이 가능한 연산자 목록

 

연산자	원래 연산 유형	연산자 수
()	함수 호출	-
[]	배열 인덱스	-
->	포인터를 통한 멤버 접근	이항
->*	포인터를 통한 멤버 포인터 접근	이항
++	증가 후위	단항
--	감소 후위	단항
++	증가 전위	단항
--	감소 전위	단항
+	양수	단항
-	음수	단항
!	논리 NOT	단항
~	비트 NOT	단항
&	주소	단항
*	역참조	단항
(type)	캐스트	단항
*	곱하기	이항
/	나누기	이항
%	나머지	이항
+	더하기	이항
-	빼기	이항
<<	비트 좌측 이동	이항
>>	비트 우측 이동	이항
<	관계	이항
>		이항
<=		이항
>=		이항
==	동등	이항
!=	부등	이항
&	비트 AND	이항
^	비트 XOR	이항
|	비트 OR	이항
&&	논리 AND	이항
||	논리 OR	이항
=	단순 및 복합 대입	이항
+=		이항
-=		이항
*=		이항
/=		이항
%=		이항
&=		이항
|=		이항
^=		이항
<<=		이항
>>=		이항
,	콤마	이항
delete	동적 메모리 반환	-
new	동적 메모리 할당	-
conversion operators	형 변환 연산자	단항

 

참고로 아래 연산자들은 연산자 오버로딩이 불가능하다.

연산자	연산자 유형
.	멤버 접근
.*	멤버 포인터 접근
::	범위 확인
? :	조건
#	전처기리 변환
##	전처리기 연결