💡해당 게시글은 방송통신대학교 이병래 교수님의 'C++ 프로그래밍' 강의를 개인 공부 목적으로 메모하였습니다.

학습 개요

C++에는 기본 자료형의 데이터에 사용할 수 있는 여러 가지 연산자가 제공 됨
연산자를 우리가 선언하는 클래스의 객체에도 사용할 수 있도록 하는 연산자 다중 정의에 대해 학습함
1개의 피연산자를 갖는 단항 연산자 및 2개의 피연산자를 갖는 이항 연산자의 다중 정의 구문 형식을 익히고, 연산자를 다중 정의하는 과정에서 유의해야 할 여러 가지 사항을 학습함

학습 목표

연산자 다중 정의의 개념을 설명할 수 있음
단항 연산자를 다중 정의 할 수 있음
이항 연산자를 다중 정의 할 수 있음
friend를 활용할 수 있음

주요 용어

다중 정의(overloading)
- 하나의 이름에 대하여 두 가지 이상의 서로 다른 선언을 하는 것
연산자 다중 정의(operator overloading)
- C++에 정의된 연산자를 사용자가 선언한 클래스의 객체에 대하여 사용할 수 있도록 정의 하는 것

강의록

연산자 다중 정의의 개념

연산자 다중 정의

피 연산자의 자료형과 연산자
- 동일한 연산자라도 구체적인 처리 방법은 피 연산자의 자료형에 따라 다름
  1 2 10 + 20 -> int형 + 연산자 10.0 + 20.0 -> double형 + 연산자
  - 연산자는 피 연산자의 자료형에 따라 그것에 맞는 처리 절차가 정의되어 있음

C++ 언어의 연산자 다중 정의

연산자 다중 정의란?
- C++에 정의된 연산자를 사용자가 선언한 클래스의 객체에 대하여 사용할 수 있도록 정의 하는 것
연산자 다중 정의를 할 때 주의 사항
- 연산자의 의미를 임의로 바꾸지 않음
- 연산자의 고유한 특성이 유지되도록 함
  - 연산자의 우선 순위나 피 연산자 수 불변
  - 전위 표기와 후위 표기 연산자의 의미 유지
주요 연산자 다중 정의의 대상
- 클래스의 객체 간 대입 및 이동 대입 연산자
  - 특히 동적 할당을 받는 포인터를 포함하는 경우 고려 필요가 있음
- 수치형 객체의 산술 연산자 다중 정의
  - 교환 법칙도 함께 고려함
- 두 객체를 비교하기 위한 관계 연산자의 다중 정의
- 스트림 입력 및 출력을 위한 >>, <<연산자
다중 정의를 할 수 없는 연산자
- 멤버 선택 연산자 (.)
- 멤버에 대한 포인터 연산자 (.*)
- 유효 범위 결정 연산자 (::)
- 조건 연산자 (? :)

연산자 다중 정의의 위치

클래스의 멤버로 정의하는 방법
- 연산자의 구현 과정에서 객체의 멤버를 액세스 할 수 있음
클래스 외부에서 정의하는 방법
- 클래스의 멤버가 아니므로, 객체의 private멤버는 직접 사용할 수 없음
  - 필요하다면 private멤버를 액세스할 수 있는 방법을 마련해야 함

단항 연산자의 다중 정의

단항 연산자

단항 연산자
피 연산자가 1개인 연산자
전위 표기법과 후위 표기법
수식 (a가 10일 때) 실행 결과 a의 값 실행 결과 b의 값
b = ++a; 11 11
b = a++; 11 10
b = --a; 9 9
b = a--; 9 10

수식 (a가 10일 때)	실행 결과 a의 값	실행 결과 b의 값
`b = ++a;`	11	11
`b = a++;`	11	10
`b = --a;`	9	9
`b = a--;`	9	10

전위 표기법 단항 연산자의 다중 정의

다중 정의의 형식
1 2 3 4 ReturnClass ClassName::operator opSymbol() { }
- opSymbol
  - ++, -등의 단항 연산자 기호
- 형식 매개 변수 없음

전위 표기 ++ 연산자의 다중 정의

  
  class IntClass1 {
    int a;
  public:
    IntClass1(int n=0) : a(n) {}  // 생성자
    IntClass1& operator ++ () {   // 전위 표기 ++ 연산자 다중 정의
        ++a;
        return *this;
    }
    int getValue() const { return a; }
  };

  
  IntClass1 i;
  cout << (++i).getValue() << endl;   // 1

후위 표기법 단항 연산자의 다중 정의

다중 정의의 형식
1 2 3 4 ReturnClass ClassName::operator opSymbol(int) { }
- opSymbol
  - ++, -등의 단항 연산자 기호
- 형식 매개 변수 표기 위치의 int는 인수 전달의 의미가 아니라 단지 후위 표기법을 사용하는 단항 연산자임을 나타냄

후위 표기 ++ 연산자의 다중 정의

  
  class IntClass2 {
    int a;
  public:
    IntClass2(int n=0) : a(n) {} // 생성자
    IntClass2 operator ++ (int) { // 후위 표기 ++ 연산자 다중 정의
      IntClass2 tmp(*this);
      ++a;
      return tmp;
    }
    int getValue() const { return a; }
  };

  
  IntClass2 i;
  cout << (i++).getValue() << endl; // 0

예제 : Pencils 클래스

Pencils 클래스
- n타 m자루 형태로 연필의 개수를 표현하는 클래스를 정의한다(1타는 12자루).
- 낱개의 수를 1개 증가 시키는 전위 및 후위 표기 ++연산자를 포함하며, 연필의 수량을 출력하는 멤버 함수를 포함한다.

행위

멤버 함수	비고
`Pencils()`	생성자 (0으로 초기화)
`Pencils(int n)`	생성자 (n을 타와 낱개로 변환)
`Pencils(int d, int n)`	생성자 (d타 n자루로 초기화)
`Pencils& operator ++()`	전위 표기 `++`연산자
`Pencils operator ++(int)`	후위 표기 `++`연산자
`void display()`	콘솔에 내용 출력

속성
데이터 멤버 비고
int dozens 타 수
int np 낱개의 수

데이터 멤버	비고
`int dozens`	타 수
`int np`	낱개의 수

Pencils 클래스 - Pencils.h

  
#ifndef PENCILS_H_INCLUDED
#define PENCILS_H_INCLUDED

class Pencils {
  int dozens;   // 타
  int np;       // 낱개
public:
  Pencils() : dozens(0), np(0) {};
  Pencils(int n)
    { dozens = n / 12; np = n % 12; }
  Pencils(int d, int n) : dozens(d), np(n) {}
  Pencils& operator ++ ();      // ++ 연산자(전위 표기)
  Pencils operator ++(int);     // ++ 연산자(후위 표기)
  void display() const;
};

#endif

Pencils 클래스 - Pencils.cpp

  
#include <iostream>
#include "Pencils.h"
using namespace std;

Pencils& Pencils::operator ++() { // ++ 연산자(전위 표기)
  if (++np >= 12) {   // 낱개를 1 증가시키고 결과가 12보다 크면
    ++dozens; np = 0; // 타 수를 1 증가시키고 낱개는 0
  }
  return *this;       // 증가된 결과를 반환
}

Pencils Pencils::operator ++(int) { // ++ 연산자(후위 표기)
  Pencils tmp(*this); // 현재 객체를 보존
  if (++np >= 12) {   // 낱개를 1 증가시키고 결과가 12보다 크면
    ++dozens; np = 0; // 타 수를 1 증가시키고 낱개는 0
  }
  return tmp;         // 보존된 객체를 반환
}

void Pencils::display() const
{
  if (dozens) {
    cout << dozens << "타 ";
    if (np) cout << np << "자루";
    cout << endl;
  }
  else
    cout << np << "자루" << endl;
}

Pencils 클래스 - PnclMain.cpp

  
int main()
{
  Pencils p1(5, 7);
  Pencils p2(23);

  p1.display(); // 5타 7자루
  (++p1).display(); // 5타 8자루
  p1.display(); // 5타 8자루
  cout << endl;
  p2.display(); // 1타 11자루
  p1 = p2++;
  p1.display(); // 1타 11자루
  p2.display(); // 2타
  return 0;
}

이항 연산자의 다중 정의

다중 정의의 형식
1 2 3 4 ReturnClass ClassName::operator opSymbol(ArgClass arg) { }
- opSymbol
  - +, *, /, &&, ||등의 이항 연산자 기호
- 객체 자신이 좌측 피 연산자, arg가 우측 피 연산자에 해당됨

예 : Complex2 클래스

복소수 객체와 복소수 객체의 덧셈 연산자

수식
1 complex2Obj1 + complex2Obj2
- complex2Obj1
  - *this
- complex2Obj2
  - c

구현

  
  Complex2 Complex2::operator + (const Complex2 &c) const
  {
    Complex2 tmp(*this);
    tmp.rPart += c.rPart;
    tmp.iPart += c.iPart;
    return tmp;
  }

  
  Complex2 Complex2::operator + (const Complex2 &c) const
  {
    return Complex2(rPart + c.rPart, iPart + c.iPart);
  }

복소수 객체와 실수의 덧셈 연산자
- 수식
  1 complex2Obj + 10.0
- 구현
  1 2 3 4 Complex2 Complex2::operator + (double r) const { return Complex2(rPart + r, iPart); }
  - Complex2(double r=0, double i=0)라는 생성자가 정의되어 있어 double값이 묵시적으로 Complex2 객체로 형 변환되므로, 이 연산자를 정의하지 않아도 Complex2 객체 간 덧셈 연산자를 이용하여 수식을 처리할 수 있음
실수와 복소수 객체의 덧셈 연산자
- 좌측 피 연산자가 실수이므로 Complex2 클래스의 멤버로 연산자를 정의할 수 없음
  - 클래스에 속하지 않는 외부의 별도 연산자로 정의함
- 수식
  1 10.0 + complex2Obj
  - 10.0
    - r
  - complex2Obj
    - c
- 초기 구현 시도 (오류 발생)
  1 2 3 4 5 Complex2 operator + (double r, const Complex2 &c) { // 오류! private 멤버 사용 불가 return Complex2(r + c.rPart, c.iPart); }

해법 1 - Complex2에 private멤버를 액세스할 수 있는 멤버 함수 정의

  
  class Complex2 {
    double rPart, iPart;
  public:
    double real() const { return rPart; } // 실수 부의 값 반환
    double imag() const { return iPart; } // 허수 부의 값 반환
  };
    
  Complex2 operator + (double r, const Complex2 &c)
  {
    return Complex2(r + c.real(), c.imag());
  }

해법 2- Complex2에서 다중 정의된 연산자를 friend로 선언

  
  class Complex2 {
    double rPart, iPart;
  public:
    friend Complex2 operator + (double r, const Complex2& c);
  };
    
  Complex2 operator + (double r, const Complex2 &c)
  {
    return Complex2(r + c.rPart, c.iPart);
  }

복소수 객체의 복합 대입 연산자

수식
1 complex2Obj1 += complex2Obj2

구현

  
  Complex2& Complex2::operator += (const Complex2 &c)
  {
    rPart += c.rPart;
    iPart += c.iPart;
    return *this;
  }

스트림 출력 연산자의 다중 정의

스트림 출력 연산자(`<<`) 다중 정의

스트림 출력 연산자를 정의할 위치
1 2 Complex2 c(1.0, 2.0); cout << c;
- cout << c;
  - 좌측 피 연산자인 cout이 Complex2의 객체가 아니며, cout이 속한 ostream클래스를 일반 프로그래머가 수정할 수 없음
- 클래스에 속하지 않는 외부의 별도 연산자로 정의함
- <<연산자가 Complex2 객체의 private멤버를 액세스할 수 있게 friend로 지정
스트림 출력 연산자가 반환할 값
- cout을 통한 연속적인 출력 문장
  1 cout << "변수 a에 저장된 값 " << a; // 출력 후 cout 반환
  - 반환 된 cout에 a를 출력
    1 cout << a;

스트림 출력 연산자 다중 정의의 예

클래스 내 friend선언

  
  class Complex2 {
    friend ostream& operator<<(ostream &os, const Complex2 &c);
  };

연산자 구현

  
  ostream& operator<<(ostream& os, const Complex2& c)
  {
    os << "(" << c.rPart; // 실수 부 출력
    if (c.iPart > 0)
      os << "+j" << c.iPart; // 허수 부 출력
    else if (c.iPart < 0)
      os << "-j" << -c.iPart;
    os << ")";
    return os;
  }

main함수 예제

  
  #include <iostream>
  #include "Complex2.h"
  using namespace std;
    
  int main()
  {
    Complex2 a(10, 20);
    Complex2 b(5, -3);
    cout << a << " + " << b << " = " << a + b << endl;
    return 0;
  }
    
  // (10+j20) + (5-j3) = (15+j17)

연습 문제

연산자를 다중 정의하는 것에 대한 올바른 설명은?
a. 연산자의 의미를 임의로 바꾸지 않는다.
- 연산자 다중 정의를 통해 연산자의 우선 순위 피 연산자의 수 등 연산자 사용 방법을 바꿀 수 없음
- 연산자의 다중 정의를 하더라도 그 의미가 유지되게 하는 것이 좋은 방법임
위 지문의 클래스 선언문에서 ++ 연산자를 다중 정의하기 위해 ㈀에 넣을 적절한 내용은?
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 class ClassA { int value; public: ClassA(int x) : value(x) { } ClassA // ㈀ { ClassA tmp(*this); ++value; return tmp; } };
a. operator++ (int)
- ++ 연산자를 다중 정의하는 것임
- 기존 객체의 내용을 복사한 후 이를 반환하는 것으로 보아 후위 표기법을 정의한 것으로 보는 것이 타당하므로, 후위 표기 단항 연산자 ++를 정의하는 문장이 사용 됨
어떤 클래스 ClassB에 위 지문과 같은 연산자를 정의하였다. 이에 대한 올바른 설명은? (x와 y는 이 클래스의 객체라고 가정함)
1 2 3 ClassB ClassB::operator+(const ClassB& a) const { // ㈀ }
a. x+y 라는 수식이 사용되었을 때 ㈀에서 *this는 x이다.
- 클래스의 멤버로 다중 정의된 + 연산자이므로 객체 자신(즉, ㈀ 영역에서 *this)이 좌측 피 연산자, 인수로 전달된 a가 우측 피 연산자임
위 지문과 같이 ClassA의 private멤버를 자유롭게 사용하는 함수 f를 정의할 수 있도록 하려면 ㈀에 어떤 단어가 필요한가?
1 2 3 4 5 6 7 8 9 class ClassA { int x, y; // ㈀ int f(const ClassA& a); }; int f(const ClassA& a) { return a.x + a.y; }
a. friend
- 함수 f가 ClassA의 private멤버를 액세스할 수 있으려면 함수 f를 ClassA의 친구 함수로 선언해야 함

정리 하기

사용자가 선언한 클래스에서 C++에 정의된 연산자를 의미와 목적에 맞게 다중 정의하여 사용할 수 있음
멤버 선택 연산자, 멤버에 대한 포인터 연산자, 유효 범위 결정 연산자, 조건 연산자는 다중 정의할 수 없음
단항 연산자인 ++와 -연산자는 전위 표기와 후위 표기 각각에 대해 다중 정의할 수 있음
이항 연산자의 다중 정의는 좌측 피 연산자에 해당되는 클래스에서 하며, 이때 this가 좌측 피 연산자, 형식 매개 변수가 우측 피 연산자에 해당 됨
특정 클래스에 속하지 않은 연산자 다중 정의를 할 경우 피 연산자가 모두 매개 변수를 통해 전달 되도록 연산자 다중 정의를 함
필요하다면 피 연산자의 private멤버를 자유롭게 사용할 수 있도록 friend지정을 함

[C++ 프로그래밍] 8강 - 연산자 다중 정의

학습 개요

학습 목표

주요 용어

강의록

연산자 다중 정의의 개념

연산자 다중 정의

C++ 언어의 연산자 다중 정의

연산자 다중 정의의 위치

단항 연산자의 다중 정의

단항 연산자

전위 표기법 단항 연산자의 다중 정의

후위 표기법 단항 연산자의 다중 정의

예제 : Pencils 클래스

Pencils 클래스 - Pencils.h

Pencils 클래스 - Pencils.cpp

Pencils 클래스 - PnclMain.cpp

이항 연산자의 다중 정의

이항 연산자의 다중 정의

예 : Complex2 클래스

스트림 출력 연산자의 다중 정의

스트림 출력 연산자(<<) 다중 정의

스트림 출력 연산자 다중 정의의 예

연습 문제

정리 하기

Further Reading

[C++ 프로그래밍] 6강 - 클래스와 객체

[C++ 프로그래밍] 7강 - 클래스와 객체

[C++ 프로그래밍] 9강 - 연산자 다중 정의

스트림 출력 연산자(`<<`) 다중 정의