C++ 초급 - 8. 객체지향 프로그래밍 (3 - 순수 가상 함수 (= 0))

2025. 2. 22. 15:40ㆍ프로그래밍 언어/C++

📌 8.3 순수 가상 함수 (= 0)

C++에서 순수 가상 함수(Pure Virtual Function)는 자식 클래스에서 반드시 구현해야 하는 가상 함수를 의미한다.
이를 포함하는 클래스를 추상 클래스(Abstract Class)라고 하며, 추상 클래스는 직접 인스턴스를 생성할 수 없고, 인터페이스 역할을 한다.

📌 1. 순수 가상 함수란? (virtual 함수명() = 0;)

🔹 (1) 순수 가상 함수 정의

순수 가상 함수(Pure Virtual Function)는 = 0을 사용하여 선언하는 함수.
구현 없이 선언만 존재하며,
해당 클래스를 상속받은 자식 클래스에서 반드시 오버라이딩해야 함.

💡 기본 문법

class 클래스이름 {
public:
    virtual void 함수명() = 0;  // 순수 가상 함수 선언
};

💡 예제: 순수 가상 함수 선언

class Animal {
public:
    virtual void makeSound() = 0;  // 순수 가상 함수 (추상 클래스)
};

makeSound()는 구현 없이 선언만 되어 있으며, = 0을 사용하여 순수 가상 함수로 정의됨.
이를 상속받는 자식 클래스에서 반드시 오버라이딩하여 구현해야 함.

📌 2. 추상 클래스(Abstract Class)의 역할

🔹 (1) 추상 클래스란?

순수 가상 함수를 하나 이상 포함하는 클래스를 추상 클래스(Abstract Class)라고 함.
추상 클래스는 직접 객체(인스턴스) 생성이 불가능하며, 반드시 상속을 통해 기능을 확장하여 사용해야 함.
인터페이스(Interface) 역할을 수행하며, 자식 클래스가 특정 기능을 구현하도록 강제함.

💡 예제: 추상 클래스 사용

#include <iostream>

// 추상 클래스 (순수 가상 함수 포함)
class Animal {
public:
    virtual void makeSound() = 0;  // 순수 가상 함수 (자식 클래스에서 반드시 구현해야 함)
};

// 구체적인 클래스 (추상 클래스를 상속받아 구현)
class Dog : public Animal {
public:
    void makeSound() override { std::cout << "멍멍!" << std::endl; }
};

class Cat : public Animal {
public:
    void makeSound() override { std::cout << "야옹!" << std::endl; }
};

int main() {
    // Animal a;  // ❌ 오류! (추상 클래스는 직접 인스턴스 생성 불가)
    
    Animal* dog = new Dog();
    Animal* cat = new Cat();

    dog->makeSound();  // ✅ "멍멍!"
    cat->makeSound();  // ✅ "야옹!"

    delete dog;
    delete cat;
    return 0;
}

🔹 출력 결과

멍멍!
야옹!

💡 설명

Animal 클래스는 makeSound()를 순수 가상 함수로 선언 → 추상 클래스가 됨.
Dog와 Cat 클래스는 makeSound()를 반드시 오버라이딩하여 구현.
Animal* dog = new Dog(); → 부모 클래스 포인터를 사용하여 다형성 활용 가능.
Animal a; → 컴파일 에러 발생 (추상 클래스의 인스턴스 생성 불가).

📌 3. 순수 가상 함수의 구현 방식

🔹 (1) 자식 클래스에서 반드시 override하여 구현해야 함

순수 가상 함수가 선언된 부모 클래스를 상속받는 경우, 자식 클래스에서 반드시 오버라이딩해야 함.
자식 클래스가 해당 함수를 오버라이딩하지 않으면, 자식 클래스도 추상 클래스가 됨.

💡 예제: 순수 가상 함수를 오버라이딩하지 않은 경우

class Bird : public Animal {
    // makeSound()를 오버라이딩하지 않으면 Bird도 추상 클래스가 되어 객체 생성 불가
};

🔹 결과

컴파일 오류 발생! (Bird 클래스도 추상 클래스가 됨)

💡 올바른 방법

class Bird : public Animal {
public:
    void makeSound() override { std::cout << "짹짹!" << std::endl; }
};

📌 4. 가상 함수 테이블(Virtual Table, V-Table)과 다형성 원리

🔹 (1) 가상 함수 테이블(V-Table)이란?

C++에서 가상 함수를 사용하는 경우, 객체는 가상 함수 테이블(Virtual Table, V-Table)을 가짐.
V-Table은 클래스의 가상 함수 포인터를 저장하는 테이블로, 객체가 호출해야 할 가상 함수를 런타임에 동적으로 결정한다.

🔹 (2) V-Table을 활용한 다형성 원리

일반 함수 호출: 컴파일 타임(정적 바인딩)에서 결정됨.
가상 함수 호출: V-Table을 통해 런타임(동적 바인딩)에서 결정됨.

💡 예제: 가상 함수 테이블을 활용한 다형성

#include <iostream>

class Base {
public:
    virtual void show() { std::cout << "Base 클래스" << std::endl; }
};

class Derived : public Base {
public:
    void show() override { std::cout << "Derived 클래스" << std::endl; }
};

int main() {
    Base* ptr = new Derived();  // 부모 클래스 포인터로 자식 객체 생성
    ptr->show();  // ✅ Derived 클래스의 함수가 호출됨 (V-Table을 통한 동적 바인딩)

    delete ptr;
    return 0;
}