30-3.순수 가상 함수

30-3-가.정의

가상 함수는 파생 클래스가 안전하게 재정의할 수 있는 함수이다. 만약 상속 관계가 아니라면 가상 함수를 선언할 필요가 없으므로 가상 함수는 상속 계층내에서만 의미가 있으며 파생 클래스에게 재정의 기회를 주기 위해 존재하는 것이라고 할 수 있다. 그러나 가상 함수를 반드시 재정의해야만 하는 것은 아니다. 기반 클래스의 동작을 그대로 쓰고 싶으면 단순히 상속만 받고 변경할 필요가 있을 때만 재정의하면 된다. 기반 클래스가 가상 함수를 만드는 이유는 혹시라도 재정의하고 포인터로 호출할 때를 대비한 것이다. 가상 함수는 재정의해도 되는 함수이지 반드시 재정의해야 하는 함수는 아니다.

이에 비해 순수 가상 함수(Pure Virtual Function)는 파생 클래스에서 반드시 재정의해야 하는 함수이다. 순수 가상 함수는 일반적으로 함수의 동작을 정의하는 본체를 가지지 않으며 따라서 이 상태에서는 호출할 수 없다. 본체가 없다는 뜻으로 함수 선언부의 끝에 =0이라는 표기를 하는데 이는 함수만 있고 코드는 비어 있다는 뜻이다. 다음 예제를 통해 순수 가상 함수의 정의를 연구해 보자.

예 제 : PureVirt

#include <Turboc.h>

class Graphic

{

public:

virtual void Draw()=0;

};

class Line : public Graphic

{

public:

virtual void Draw() { puts("선을 긋습니다."); }

};

class Circle : public Graphic

{

public:

virtual void Draw() { puts("동그라미 그렸다 치고."); }

};

class Rect : public Graphic

{

public:

virtual void Draw() { puts("요건 사각형입니다."); }

};

void main()

{

Graphic *pG[3];

int i;

// Graphic G;

pG[0]=new Line;

pG[1]=new Circle;

pG[2]=new Rect;

for (i=0;i<3;i++) {

pG[i]->Draw();

}

for (i=0;i<3;i++) {

delete pG[i];

}

}

앞 절에서 만들었던 도형 편집 프로그램의 코드인데 Graphic 클래스의 Draw 함수가 순수 가상 함수로 선언되어 있다. 이처럼 하나 이상의 순수 가상 함수를 가지는 클래스를 추상 클래스(Abstract Class)라고 한다. 추상 클래스는 동작이 정의되지 않은 멤버 함수를 가지고 있기 때문에 이 상태로는 인스턴스를 생성할 수 없다. 위 예제에서 Graphic G 선언문의 주석을 풀어 보면 순수 가상 함수가 있어 인스턴스를 만들 수 없다는 에러가 발생할 것이다.

추상 클래스의 반대 개념은 구체 클래스(Concrete Class)인데 위 예제의 Line, Circle, Rect 등이 구체 클래스의 예이며 지금까지 작성했던 일반적인 클래스들은 모두 구체 클래스이다. 이런 클래스들은 현실 세계의 선, 원, 사각형이라는 구체적인 대상을 표현하고 있으며 대상 표현을 위한 모든 속성과 동작을 포함하고 있다. 예제에서는 편의상 문자열 출력으로 그리기를 대신하는 사기 행각을 벌이고 있지만 제대로 만든다면 이 클래스들에 시작점, 끝점, 반지름, 선굵기 따위의 정보들이 포함될 것이다.

그러나 추상 클래스인 Graphic은 도형이라는 너무 일반적인 대상을 표현하기 때문에 그리기와 관련된 어떠한 정보도 가질 수 없으며 따라서 동작도 정의할 수 없다. 그러다 보니 이런 타입의 객체를 생성하는 것은 아무 의미가 없는 것이다. 그렇다면 객체를 만들지도 못하는 추상 클래스는 도대체 왜 정의하는 것일까? 추상 클래스는 Line, Circle, Rect 구체 클래스의 공동의 조상이 되어 이 객체들의 집합을 관리하기 위해 필요하다.

추상 클래스의 객체를 생성할 수는 없지만 추상 클래스 타입의 포인터를 선언할 수는 있다. 그래서 Graphic *의 배열을 선언하면 이 배열로 Graphic 파생 클래스의 객체 집합을 관리할 수 있다. 만약 Graphic이라는 추상 클래스가 없다면 Line, Circle, Rect라는 도형의 집합을 어떻게 관리할 수 있을 것인가 생각해 보라. Line을 파생해서 Circle을 만들거나 Line으로부터 Rect를 정의할 수는 없는데 왜냐하면 이 도형들은 IS A 관계가 성립하지 않기 때문이다. 이들은 형제 관계라고는 할지언정 부모 자식 관계가 될 수는 없다. 그래서 비록 객체를 생성할 수 없는 추상 클래스라도 상징적인 공동의 조상이 필요한 것이다.

추상 클래스의 또 다른 중요한 역할은 다형적인 함수의 집합을 정의하는 것이다. 예를 들어 도형이라 한다면 당연히 자신을 그릴 수 있는 기능(Draw)이 필요하고 이동(Move)할 수 있어야 하며 크기를 변경(Resize)할 수도 있을 것이다. 도형이 되기 위해 꼭 필요한 함수의 집합을 추상 클래스에 순수 가상 함수로 선언해 두면 이 클래스로부터 파생되는 도형 클래스는 이 가상 함수를 반드시 재정의해야 한다는 의무가 생긴다. 물론 그 외에 더 필요한 멤버들을 추가할 수 있음은 물론이다.

만약 파생 클래스가 추상 클래스의 순수 가상 함수를 재정의하지 않는다면 이 클래스도 여전히 추상 클래스이므로 인스턴스를 생성할 수 없다. 즉 Draw, Resize, Move 중 하나라도 할 수 없다면 이는 실세계에 존재하는 도형이 아닌 것이다. 추상 클래스는 도형이 되기 위해 필요한 기능의 목록과 원형만 정의하고 실제 구현은 파생 클래스가 재정의해야 한다. 이때 추상 클래스가 정의하는 기능 목록을 인터페이스라고 한다. 위 예제의 Graphic 추상 클래스는 개발자에게 "도형이 되기 위해서는 적어도 이 정도의 기능은 꼭 필요하다"라는 것을 강제하고 있는 것이다.

순수 가상 함수는 이러 이러한 동작이 필요하다는 것만 표현할 뿐이므로 통상 =0 로 표기하고 구체적인 동작을 기술하는 본체를 가지지 않는다. 그러나 원한다면 그리고 필요하다면 순수 가상 함수도 본체를 가질 수는 있다. 후손들이 동작하는데 공통적으로 필요한 구현이 있다면 추상 클래스의 순수 가상 함수에 이 코드를 미리 작성해 넣을 수 있다. 예를 들어 도형을 그리기 전에 화면을 먼저 지우는 준비 동작이 필요하다면 파생 클래스의 Draw가 일일이 이 작업을 하지 않도록 추상 클래스의 순수 가상 함수가 이 코드를 구현한다.

class Graphic

{

public:

virtual void Draw()=0 { clrscr(); }

};

함수 선언문에 =0 가 있으면서도 본체가 정의되어 있다. 이럴 경우 파생 클래스의 Draw 함수들은 Graphic::Draw를 먼저 호출하여 화면을 지우는 동작을 추상 클래스의 Draw 함수에게 부탁할 수 있다. 그리고 깨끗해진 화면에서 자기가 하고 싶은 일을 하는 것이다.

class Line : public Graphic

{

public:

virtual void Draw() { Graphic::Draw();puts("선을 긋습니다."); }

};

Graphic::Draw 함수가 화면을 지우는 준비 동작을 대신 하므로 이 함수를 먼저 호출한 후 선을 그으면 깨끗한 화면에 선이 출력될 것이다. 물론 이 예제의 경우 Graphic::Draw()보다 clrscr() 호출이 더 짧아 굳이 기반 클래스를 호출할 필요없이 파생 클래스가 직접 clrscr()을 호출하는 것이 더 편리할 것이다. 그러나 이 예의 clrscr()은 그리기에 필요한 준비 동작에 대한 비유일 뿐이며 얼마든지 복잡하고 길어질 수 있다. 그리기 준비 과정이 이보다 훨씬 더 복잡하다면 Line, Circle, Rect의 Draw들 각자가 매번 이 작업을 하는 것보다 상위 클래스인 Draw에서 딱 한 번만 하고 파생 클래스는 이 코드들을 호출하는 것이 더 효율적이고 반복을 최소화한다는 기본적인 원칙에도 부합된다.

순수 가상 함수가 본체를 가지더라도 =0로 선언되어 있기 때문에 Graphic 클래스는 여전히 추상 클래스이며 Graphic 타입의 인스턴스를 생성할 수는 없다. 화면을 지우는 것은 실제로 도형을 그리는 것이 아니라 단순히 도형을 그리기 위한 준비 동작일 뿐이므로 화면만 지워서는 제대로 된 도형이라 할 수 없기 때문이다. 순수 가상 함수가 본체를 가지는 경우는 일반적이지 않지만 파생된 구체 클래스들에게 어떤 공동의 동작을 물려 주고 싶을 때 이런 식으로 본체를 정의할 수도 있다. 순수 가상 함수의 본체는 추상 클래스 자신을 위한 것이 아니라 후손들이 공통적으로 쓸 수 있는 서브루틴을 제공하는 의미밖에 없다.