13. 연산자 오버로딩(Operator Overloading)

1. 키워드

연산자 오버로딩(Operator Overloading)
멤버 연산자 함수(Operator Function)와 operator 키워드
전역 연산자 함수와 friend 키워드

2. 연산자 오버로딩

C++에서는 함수 오버로딩과 마찬가지 개념으로 연산자에 대해서도 오버로딩을 제공한다.
함수 오버로딩이란 같은 일을 처리하는 함수를 매개변수의 형식을 조금씩 달리하여, 하나의 이름으로 작성할 수 있게 해주는 것이다.
C++은 이러한 오버로딩의 개념을 연산자까지 확대하여, 하나의 연산자를 여러 의미로 사용할 수 있게 해준다.
C++에서는 연산자 오버로딩을 사용자 정의 타입까지 확장할 수 있으며, 클래스도 하나의 타입임을 확실히 보여준다.

1) 연산자 함수

C++에서는 연산자를 오버로딩하기 위해서 연산자 함수라는 것을 사용한다.

연산자 함수의 문법은 다음과 같다.

operator오버로딩할연산자(매개변수목록)

연산자 함수는 operator 키워드를 사용하여 연산자를 오버로딩한다.
오버로딩할 연산자는 적법한 C++ 연산자여야 하며, operator 키워드와 공백 없이 연결되어 표시해야 한다.
이러한 연산자 함수의 장점은 복잡한 함수 이름 대신에 간편하게 연산자를 사용할 수 있다는 점이다.

다음의 코드는 두 지점의 중간 지점의 좌표를 구하는 것이다.

#include <iostream>
using namespace std;

class Position {
   private:
    double x_;
    double y_;

   public:
    Position(double x, double y);  // 생성자
    void Display();
    Position operator-(const Position &other);  // - 연산자 함수
};

int main(void) {
    Position pos1 = Position(3.3, 12.5);
    Position pos2 = Position(-14.4, 7.8);
    Position pos3 = pos1 - pos2;

    pos3.Display();

    return 0;
}

Position::Position(double x, double y) {
    x_ = x;
    y_ = y;
}

Position Position::operator-(const Position &other) {
    return Position((x_ + other.x_) / 2, (y_ + other.y_) / 2);
}

void Position::Display() {
    cout << "두 지점의 중간 지점의 좌표는 x좌표가 " << this->x_
         << "이고, y좌표가 " << this->y_ << "입니다." << endl;
}

// 두 지점의 중간 지점의 좌표는 x좌표가 -5.55이고, y좌표가 10.15입니다.

위의 코드에서는 -(뺄셈 연산자)를 두 Position 객체 사이의 중간 좌표를 구하는 연산으로 오버로딩하여 사용하고 있다.
만약 이러한 연산자 오버로딩을 하지 않으면 C++ 컴파일러는 두 Position 객체의 뺄셈은 지원하지 않는다며 오류를 발생시킬 것이다.

2) 연산자 함수의 정의 방법

C++에서 연산자 함수를 정의하는 방법은 다음과 같이 두 가지 방법이 있다.

1] 클래스의 멤버 함수로 정의하는 방법

2] 전역 함수로 정의하는 방법

이 두 방법의 차이는 인수의 개수뿐만 아니라 private 멤버에 대한 접근 여부도 있다.
연산자 함수를 전역 함수로 정의해야 할 경우, private 멤버에 대한 접근을 위해 C++에서 제공하는 프렌드 함수를 사용할 수 있다.

다음의 코드는 앞선 -의 오버로딩 코드를 전역 함수로 정의한 것이다.

#include <iostream>
using namespace std;

class Position {
   private:
    double x_;
    double y_;

   public:
    Position(double x, double y);  // 생성자
    void Display();
    friend Position operator-(const Position &pos1, const Position &pos2);  // - 연산자 함수
};

int main(void) {
    Position pos1 = Position(3.3, 12.5);
    Position pos2 = Position(-14.4, 7.8);
    Position pos3 = pos1 - pos2;

    pos3.Display();

    return 0;
}

Position::Position(double x, double y) {
    x_ = x;
    y_ = y;
}

Position operator-(const Position &pos1, const Position &pos2) {
    return Position((pos1.x_ + pos2.x_) / 2, (pos1.y_ + pos2.y_) / 2);
}

void Position::Display() {
    cout << "두 지점의 중간 지점의 좌표는 x좌표가 " << this->x_
         << "이고, y좌표가 " << this->y_ << "입니다." << endl;
}

// 두 지점의 중간 지점의 좌표는 x좌표가 -5.55이고, y좌표가 10.15입니다.

위의 코드에서는 -를 전역 연산자 함수를 사용하여 오버로딩하고 있다.
하지만 전역 함수는 private 멤버인 x_와 y_에 접근하지 못하므로, friend 키워드를 사용하여 프렌드 함수로 선언하고 있다.

3. 오버로딩의 제약 사항

C++에서 연산자를 오버로딩할 때에는 다음과 같은 사항을 지켜야 한다.

1] 전혀 새로운 연산자를 정의할 수는 없다.

예를 들어 몫을 나타내기 위한 %%라는 연산자를 새롭게 정의할 수 없다.

2] 기본 타입을 다루는 연산자의 의미는 재정의할 수 없으며, 따라서 오버로딩된 연산자의 피연산자 중 하나는 반드시 사용자 정의 타입이어야 한다.

예를 들어 두 개의 double 타입에 대한 +(덧셈 연산자)가 뺄셈을 수행하도록 오버로딩할 수 없다.

3] 오버로딩된 연산자는 기본 타입을 다루는 경우에 적용되는 피연산자의 수, 우선순위 및 그룹화를 준수해야 한다.

예를 들어 /(나눗셈 연산자)는 이항 연산자이므로 단항 연산자로 오버로딩할 수 없다.

4] 오버로딩된 연산자는 디폴트 인수를 사용할 수 없다.

1) 오버로딩할 수 없는 연산자

C++에서는 다음과 같은 연산자는 오버로딩할 수 없다.

1] ::

범위 지정 연산자

2] .

멤버 연산자

3] .*

멤버 포인터 연산자

4] ? :

삼항 조건 연산자

5] sizeof

크기 연산자

6] typeid

타입 인식

7] const_cast

상수 타입 변환

8] dynamic_cast

동적 타입 변환

9] reinterpret_cast

재해석 타입 변환

10] static_cast

정적 타입 변환

2) 멤버 함수로만 오버로딩할 수 있는 연산자

C++에서 다음과 같은 연산자는 전역 함수가 아닌 멤버 함수로만 오버로딩할 수 있다.

1] =

대입 연산자

2] ()

함수 호출

3] []

배열 인덱스

4] ->

멤버 접근 연산자