C++의 상속: 객체 지향 프로그래밍의 핵심 개념

C++에서 상속은 객체 지향 프로그래밍의 중요한 개념 중 하나로, 기존 클래스(부모 클래스 또는 슈퍼클래스)의 속성과 메서드를 새로운 클래스(자식 클래스 또는 서브클래스)가 물려받는 기능을 제공합니다. 이를 통해 코드의 재사용성을 높이고, 계층적인 관계를 표현할 수 있습니다. 이 글에서는 상속의 개념, 종류, 사용법, 예제, 그리고 주의사항에 대해 자세히 살펴보겠습니다.

1. 상속이란?

상속은 객체 지향 프로그래밍에서 클래스 간의 관계를 정의하는 방법으로, 한 클래스가 다른 클래스의 특성을 물려받는 것을 의미합니다. 상속을 통해 자식 클래스는 부모 클래스의 데이터 멤버와 메서드를 사용할 수 있으며, 이를 통해 코드의 중복을 줄이고, 유지보수를 용이하게 할 수 있습니다.

1.1 상속의 장점

• 코드 재사용: 기존 클래스를 기반으로 새로운 클래스를 쉽게 만들 수 있어 코드의 재사용성이 높아집니다. 예를 들어, Animal이라는 기본 클래스를 정의하고, 이를 상속받아 Dog, Cat 등의 클래스를 만들면, 공통된 기능을 중복해서 작성할 필요가 없습니다.
• 유지보수 용이: 부모 클래스의 변경이 자식 클래스에 자동으로 반영되므로, 유지보수가 용이합니다. 만약 Animal 클래스의 speak() 메서드에 버그가 발생하여 수정이 필요하다면, 이를 수정하면 모든 자식 클래스에서 자동으로 수정된 메서드를 사용할 수 있습니다.
• 계층적 구조: 클래스 간의 관계를 계층적으로 표현할 수 있어, 프로그램의 구조를 명확하게 할 수 있습니다. 이는 복잡한 시스템을 설계할 때 유용하며, 각 클래스의 역할과 관계를 명확히 이해할 수 있게 합니다.

2. 상속의 종류

C++에서는 여러 가지 종류의 상속을 지원합니다:

2.1 단일 상속

단일 상속은 한 클래스가 하나의 부모 클래스로부터 상속받는 경우입니다. 가장 기본적인 형태의 상속입니다.

class Parent {
    // 부모 클래스
};

class Child : public Parent {
    // 자식 클래스
};

이 경우, Child 클래스는 Parent 클래스의 모든 public 및 protected 멤버에 접근할 수 있습니다. 단일 상속은 구조가 간단하고 이해하기 쉬워 많은 경우에 사용됩니다.

2.2 다중 상속

다중 상속은 한 클래스가 여러 부모 클래스로부터 상속받는 경우입니다. C++는 다중 상속을 지원하지만, 복잡성을 증가시킬 수 있습니다.

class Parent1 {
    // 부모 클래스 1
};

class Parent2 {
    // 부모 클래스 2
};

class Child : public Parent1, public Parent2 {
    // 자식 클래스
};

이 경우, Child 클래스는 Parent1과 Parent2의 모든 public 및 protected 멤버에 접근할 수 있습니다. 다중 상속은 강력한 기능이지만, 부모 클래스 간의 멤버 이름 충돌이나 "다이아몬드 문제"와 같은 복잡성을 유발할 수 있습니다. 예를 들어, 두 부모 클래스가 동일한 메서드를 가지고 있을 경우, 자식 클래스에서 어떤 메서드를 사용할지 명확하지 않게 됩니다.

2.3 가상 상속

가상 상속은 다중 상속에서 발생할 수 있는 "다이아몬드 문제"를 해결하기 위해 사용됩니다. 이를 통해 부모 클래스의 중복을 방지할 수 있습니다.

class Base {
    // 기본 클래스
};

class Derived1 : virtual public Base {
    // 파생 클래스 1
};

class Derived2 : virtual public Base {
    // 파생 클래스 2
};

class Child : public Derived1, public Derived2 {
    // 자식 클래스
};

이 경우, Child 클래스는 Base 클래스의 단일 인스턴스를 공유하게 됩니다. 가상 상속을 사용하면 다중 상속의 복잡성을 줄이고, 부모 클래스의 멤버에 대한 일관된 접근을 보장할 수 있습니다. 다이아몬드 문제는 두 개의 부모 클래스가 동일한 조상 클래스를 상속받을 때 발생하며, 자식 클래스가 조상 클래스의 멤버에 접근할 때 혼란을 초래할 수 있습니다.

3. 상속의 사용법

상속을 사용하기 위해서는 자식 클래스에서 부모 클래스를 명시적으로 지정해야 합니다. C++에서는 접근 제어 지시어를 사용하여 상속의 접근 수준을 설정할 수 있습니다.

3.1 접근 제어 지시어

• public: 부모 클래스의 public 및 protected 멤버가 자식 클래스에서도 public 및 protected로 유지됩니다. 이는 자식 클래스가 부모 클래스의 기능을 그대로 사용할 수 있게 해줍니다.
• protected: 부모 클래스의 public 및 protected 멤버가 자식 클래스에서 protected로 유지됩니다. 이는 자식 클래스에서만 접근할 수 있고 외부에서는 접근할 수 없게 됩니다.
• private: 부모 클래스의 public 및 protected 멤버가 자식 클래스에서 private로 유지됩니다. 이는 자식 클래스가 부모 클래스의 멤버에 접근할 수 없게 만듭니다.

class Parent {
public:
    void show() {
        cout << "Parent class" << endl;
    }
};

class Child : public Parent {
    // Child는 Parent의 public 멤버에 접근할 수 있습니다.
};

이 예제에서 Child 클래스는 Parent 클래스의 show() 메서드를 호출할 수 있습니다. 만약 Child 클래스가 Parent 클래스를 private로 상속받았다면, show() 메서드에 접근할 수 없게 됩니다.

4. 예제: 상속의 구현

다음은 상속을 사용하여 동물 클래스를 정의하고, 이를 상속받는 개와 고양이 클래스를 구현하는 예제입니다.

#include <iostream>
using namespace std;

// 부모 클래스
class Animal {
public:
    void speak() {
        cout << "Animal speaks" << endl;
    }
};

// 자식 클래스: Dog
class Dog : public Animal {
public:
    void bark() {
        cout << "Dog barks" << endl;
    }
};

// 자식 클래스: Cat
class Cat : public Animal {
public:
    void meow() {
        cout << "Cat meows" << endl;
    }
};

int main() {
    Dog dog;
    Cat cat;

    dog.speak(); // Animal의 메서드 호출
    dog.bark();  // Dog의 메서드 호출

    cat.speak(); // Animal의 메서드 호출
    cat.meow();  // Cat의 메서드 호출

    return 0;
}

4.1 코드 설명

• Animal 클래스: 기본 클래스이며, speak() 메서드를 정의합니다. 이 메서드는 모든 동물이 공통적으로 가지는 행동을 나타냅니다. 예를 들어, 모든 동물은 소리를 낼 수 있습니다.
• Dog 클래스: Animal 클래스를 상속받아 bark() 메서드를 추가합니다. 이 메서드는 개가 짖는 행동을 나타냅니다. Dog 클래스는 Animal 클래스의 speak() 메서드를 사용할 수 있습니다.
• Cat 클래스: Animal 클래스를 상속받아 meow() 메서드를 추가합니다. 이 메서드는 고양이가 울 때의 행동을 나타냅니다. Cat 클래스도 Animal 클래스의 speak() 메서드를 사용할 수 있습니다.
• main() 함수: Dog와 Cat 객체를 생성하고, 각 객체의 메서드를 호출합니다. 이 예제는 상속을 통해 Animal 클래스의 기능을 재사용하고, 각 동물의 고유한 행동을 추가하는 방법을 보여줍니다. 즉, Dog와 Cat 클래스는 Animal 클래스의 기능을 상속받아 공통된 행동을 공유하면서도 각자의 특성을 추가할 수 있습니다.

5. 주의사항

5.1 다중 상속의 복잡성

다중 상속을 사용할 때는 "다이아몬드 문제"와 같은 복잡성이 발생할 수 있습니다. 이를 해결하기 위해 가상 상속을 고려해야 합니다. 다이아몬드 문제는 두 개의 부모 클래스가 동일한 조상 클래스를 상속받을 때 발생하며, 자식 클래스가 조상 클래스의 멤버에 접근할 때 혼란을 초래할 수 있습니다. 예를 들어, 두 부모 클래스가 동일한 메서드를 가지고 있을 경우, 자식 클래스에서 어떤 메서드를 사용할지 명확하지 않게 됩니다.

5.2 접근 제어

상속 시 부모 클래스의 접근 제어를 잘 설정해야 합니다. 잘못된 접근 제어는 자식 클래스에서 부모 클래스의 멤버에 접근할 수 없게 만들 수 있습니다. 예를 들어, 부모 클래스의 멤버가 private로 설정되어 있다면, 자식 클래스에서는 해당 멤버에 접근할 수 없습니다. 따라서, 상속을 설계할 때는 어떤 멤버가 자식 클래스에서 사용될 것인지 명확히 정의해야 합니다.

5.3 가상 함수

상속 관계에서 다형성을 활용하기 위해 가상 함수를 사용하는 것이 좋습니다. 이를 통해 자식 클래스에서 부모 클래스의 메서드를 재정의할 수 있습니다. 가상 함수를 사용하면, 부모 클래스의 포인터나 참조를 통해 자식 클래스의 메서드를 호출할 수 있어, 더 유연한 코드 작성이 가능합니다. 예를 들어, Animal 클래스의 포인터를 사용하여 Dog 또는 Cat 객체의 speak() 메서드를 호출할 수 있습니다.

6. 결론

C++의 상속은 객체 지향 프로그래밍의 핵심 개념으로, 코드의 재사용성과 유지보수성을 높이는 데 중요한 역할을 합니다. 단일 상속, 다중 상속, 가상 상속 등 다양한 형태의 상속을 통해 클래스 간의 관계를 효과적으로 표현할 수 있습니다. 그러나 다중 상속의 복잡성과 접근 제어에 주의해야 하며, 가상 함수를 활용하여 다형성을 극대화하는 것이 좋습니다. 다음 포스팅에서는 C++의 메서드 재정의에 대해 살펴보겠습니다.