Item 12 - override

마지막 수정 시각: 2020-10-26 22:03:12

C++에서 오버라이딩은 굉장히 흔히 쓰이는 개념이다. 상속받은 클래스가 기반 클래스의 함수를 재정의하는 것을 오버라이딩이라고 하는데, 오버라이딩이 일어나기 위해선 몇 가지 조건이 필요하다.

기반 클래스의 함수가 가상 함수(virtual function)이어야만 한다.
기반 함수와 상속된 함수(derived function)의 이름이 반드시 같아야한다(소멸자 제외).
기반 함수와 상속된 함수의 매개변수 타입도 반드시 같아야한다.
기반 함수와 상속된 함수의 상수성(constness)도 반드시 같아야한다.
기반 함수와 상속된 함수의 리턴 타입 및 예외 지정(exception specification)이 서로 호환되어야만 한다.

굉장히 당연해보이는 조건들이다. 여기에 C++ 11에서는 한 가지 조건이 더 추가 되었다.

함수의 레퍼런스 지정자(reference qualifiers)도 똑같아야한다.

레퍼런스 지정자(reference qualifiers)?

레퍼런스 지정자가 뭔지 모르겠으니 레퍼런스 지정자부터 짚고 넘어가자. 이 역시도 C++11에서 lvalue, rvalue와 관련해서 추가된 개념이다. 해당 인스턴스가 lvalue일 때만, 혹은 rvalue일 때만 호출할 수 있는 멤버 함수를 선언할 때 이 레퍼런스 지정자를 이용한다.

class Widget
{
public:
    void doWork() &;  // *this가 lvalue일 때만 호출 가능하다

    void doWork() &&; // *this가 rvalue일 때만 호출 가능하다
};

Widget makeWidget();

Widget w;

w.doWork(); // w는 lvalue이므로 doWork() &가 호출.

makeWidget().doWork(); //makeWidget()의 리턴값은 rvalue이므로 doWork() &&가 호출.

그리 복잡한 개념은 아니니 아마 이해하기 어렵진 않을 것이다. 글의 후반부에서 이 개념을 다시 한 번 상세하게 짚고 넘어갈 것이다.

override

어쨌건 오버라이딩의 이런 규칙들 때문에 자칫하면 미묘한 코딩 실수가 전혀 의도하지 않은 결과를 가져올 수 있다.

class Base
{
public:
    virtual void mf1() const;
    virtual void mf2(int x);
    virtual void mf3() &;
    void mf4() const;
};

class Derived : public Base
{
public:
    virtual void mf1();
    virtual void mf2(unsigned int x);
    virtual void mf3() &&;
    void mf4() const;
};

얼핏 보기엔 Derived의 4개 함수가 제대로 오버라이딩이 될 것 같지만 실제로는 그렇지 않다. Derived의 4개 함수 전부 실제로는 오버라이딩이 되지 않은 상황이다. 하나씩 살펴보자.

mf1은 Base에서 const였는데, Derived에서는 그렇지 않다. 즉 상수성이 다르다.
mf2는 Base에서는 int를 인자로 받는데, Derived에서는 unsigend int를 받는다. 즉 매개변수의 타입이 다르다.
mf3은 Base에서 lvalue로 지정되어있는데, Derived에서는 rvalue로 지정되어있다. 즉 레퍼런스 지정자가 다르다.
mf4는 Base에서 virtual로 지정되어 있지 않다.

규칙이 생각보다 세세하기 때문에 충분히 실수할 수 있고, 그 실수한 결과를 잘 알기 힘든 경우도 있다. 그래서 C++11에서는 오버라이딩하고 싶은 함수에 해당 함수가 오버라이딩되었음을 명시할 수 있는 override 키워드를 제공한다.

class Derived : public Base
{
public:
    virtual void mf1() override;
    virtual void mf2(unsigned int x) override;
    virtual void mf3() && override;
    void mf4() override;
};

아까 전 Derived 클래스에 override 키워드를 줘서 해당 함수들이 재정의되었음을 명시해주었다. 이 경우 컴파일이 안 된다. 오버라이딩이 목적임을 명확히했기 때문에 컴파일러가 위에서 명시한 오버라이딩에 필요한 규칙들을 체크하기 때문이다. 따라서 오버라이딩하고 싶은 함수에 override 키워드를 써 주면 의도치 않은 동작을 방지할 수 있다.

따라서 아래와 같이 작성하는게 좋은 코드가 될 것이다.

class Base
{
public:
    virtual void mf1() const;
    virtual void mf2(int x);
    virtual void mf3() &;
    virtual void mf4() const;
};

class Derived : public Base
{
public:
    //오버라이딩된 함수에는 굳이 virtual을 쓸 필요는 없음.
    //물론 쓰고 싶으면 써도 된다.
    virtual void mf1() const override;
    virtual void mf2(int x) override;
    virtual void mf3() & override;
    void mf4() const override; // 상관없다!
};

override 키워드를 씀으로써 얻을 수 있는 또다른 장점은, 기반 클래스의 변화에 유연하게 대처할 수 있다는 것이다. 만약 override 키워드를 안 쓴 상태에서 기반 함수의 리턴 타입이나 매개변수 타입 등이 바뀌었다고 생각해보자. 컴파일러는 어떤 에러도 내지 않고 컴파일을 할 것이다(경고는 낼지 몰라도). 이 경우 의도치 않은 동작이 발생함에도 불구하고 프로그래머가 그 사실을 알아차리기 힘들 수 있다. 반면에 override 키워드를 썼을 경우 기반 함수의 리턴 타입 등이 바뀌면 바로 컴파일 에러를 일으킨다. 따라서 프로그램에 문제가 생긴걸 런타임 이전에 확인 가능하므로 훨씬 빠르고 유연하게 대처할 수 있다.

contextual keyword

C++ 11에는 override와 final(특정 함수를 더 이상 오버라이딩 못 하게 막거나, 특정 클래스를 더 이상 상속받지 못하게 만들고 싶을 때 사용하는 키워드)이라는 두 개의 contextual keyword를 제공한다. 이 contextual keyword들은 기존 코드들과의 호환성을 위해 특정한 상황에서만 키워드로 동작을 한다.

class Warning
{
public:
    void override(); //이런 게 가능하다!
};

override가 키워드긴 하지만 멤버 함수의 맨 뒤라는 위치에서만 키워드로 동작을 하는 것이다. 어느 상황에서나 키워드로 동작해버리면 기존에 override, final 등을 이름으로 사용하고 있던 코드에서 문제를 일으킬 수 있기 때문이다.

레퍼런스 지정자(reference qualifiers)!

위에서 레퍼런스 지정자가 어떤 개념인지는 이미 한 번 살펴보았다. 그런데 도대체 이 놈을 어디다 써 먹는 거지 싶을 수 있다. 실제로도 이걸 쓰는 상황이 그렇게 흔하진 않긴 하지만, 그래도 간혹 유용하게 쓰이는 경우가 있다. 예를 통해 살펴보자.

class Widget
{
public:
    using DataType = std::vector<double>;

    DataType& data() { return values; }

private:
    DataType values;
};

Widget w;

auto vals1 = w.data();

이 때 w.data가 리턴하는 값(std::vector<double>은 lvalue이기 때문에 vals1에 복사가 된다(auto -> 값 복사). 이 경우는 원래 w 자체가 lvalue니까 사실 이게 정상적이다. 하지만 다음과 같은 경우는 어떨까?

Widget makeWidget();

auto vals2 = makeWidget().data();

이 경우 makeWidget의 리턴값은 rvalue임에도 불구하고 data 함수의 리턴값이 lvalue이기 때문에 vals2를 초기화할 때 복사 생성자가 호출되어버린다. 그런데 makeWidget의 내부 값은 어차피 저 초기화를 끝내고 나면 사라져버릴 값인데 이 상황에서 복사 생성자가 호출되는게 좋을까? 가능하다면 rvalue를 리턴받아서 이동 생성자(move constructor)가 호출되는 편이 성능 상에 이득이 클 것이다(특히나 vector의 사이즈가 클 수록). 이럴 때 멤버 함수에 레퍼런스 지정자를 써주면 된다.

class Widget
{
public:
    using DataType = std::vector<double>;

    DataType& data() &
    {
        return values;
    }

    //rvalue이기 때문에 리턴 타입이 DataType&이 아니라 DataType이다.
    DataType data() &&
    {
        return std::move(values);
    }

private:
    DataType values;
};

Widget w;

Widget makeWidget(); // factory 함수

auto vals1 = w.data(); // 복사 생성자 호출

auto vals2 = makeWidget().data(); // 이동 생성자 호출