[C++ Basic] const member function

안녕하세요! 두두코딩 널두 🥸 입니다 ✋
오늘은 const member function 필요성에 대해 알아보겠습니다.

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Intro.

이번 포스팅에서는 C++에서 사용하는 const member function 의 사용법 및 필요성 / 특징 에 대해 알아보겠습니다.

Const member function 필요성

#include <iostream>

class Point
{
	int x, y;
public:
	Point (int a, int b) : x(a), y(b) {}

	void set(int a, int b)
	{
		x = a;
		y = b;
	}

	void print()
	{
		std::cout << x << ", " << y << std::endl;
	}
};
int main()
{
	const Point p(1,2);

	// p.set(1,1); 에러 발생
	p.print();
}

위와 같은 코드가 있다고 하자.

set 함수 같은 경우, const객체의 값을 변경하고자 하기 때문에 에러를 발생 시킨다는 것을 우리는 쉽게 알 수 있다. 그렇다면 그저 출력만 담당하는 print()는 어떨까?

해당 함수는 문제가 없지 않을까? 코드를 컴파일 해보면 에러가 발생한다.

에러가 나는 이유를 생각해보자.

우리는 보통 함수를 작성할 때, 선언부와 구현부를 나눠 작성한다.

#include <iostream>

class Point
{
public:
	...
	// 선언부만 있는 상황
	void print();
};

Point::print()
{
	std::cout << x << ", " << y << std::endl;
}

int main()
{
	const Point p(1,2);

	p.print();
}

위와 같은 상황에서 컴파일러는 print() 선언만 알 수 있다. 즉, 구현부는 어떻게 되어있는지 알 수 없다. 그건 링커의 역할이기 때문이다. 따라서, 컴파일러는 구현부에서 변경될 가능성이 있기 때문에 알 수 없어서 에러를 유발한다.

그렇다면 print()는 정말 사용할 수 없는 것일까?

바로 const 멤버함수로 만들 경우 해당 함수를 부를 수 있다. const 함수를 만드는 상황을 꼭 기억하자! 필요성이 정말 중요하다!

// const 키워드를 멤버함수 뒤에 적어주면됨.
Point::print() const
{
	std::cout << x << ", " << y << std::endl;
}

위와 같이 print() 멤버함수 뒤에 const 키워드를 적어줄 경우 컴파일러 에게 이건 상수 전용이다. 즉, 내부적으로 값을 변경하지 않아.. 라는 것을 알려주는 것이다.

const 멤버함수 잘 안쓰는거 아니야? 생각할 수 있는데, 우리 정말 많이 사용한다. 내부적으로 값을 변경하지 않을 경우 무조건 const를 붙여줘야한다.

또다른 상황을 한번 보자.

class Point
{
	int x, y;
public:
	Print(int a, int b) : x(a) , y(b) {}

	void print()
	{
		std::cout << x << ", " << y << std::endl;
	}
};

void foo(const Point& p)
{
	p.print(); //??
}

int main()
{
	Point p(1, 2);

	p.print(); // ok
	foo(p);
}

우리는 앞서 const &를 활용해 call by value 에서 발생하는 값 복사 overhead를 제거했다. 자세한 내용은 여기를 확인하기 바란다.

위와 같이 함수의 인자로 받을 때 const&를 활용하게 된다면 전달받는 함수가 const화 된다.

이떄, 내부 멤버함수를 호출하게 될 경우 어떻게 될까? 바로 에러가 발생한다.

const 객체가 일반 멤버함수를 부를 경우 내부적으로 값이 변경될 수 있기 떄문에 에러가 발생한다.

따라서, 이 경우에도 아래와 같이 const화 해줘야한다.

보통 잘 모르면, const는 나랑 안맞아하고.. const를 제거하는데.. 절대 하면 안된다. overhead를 제거하기 위해 넣은 것인데, 만약 제거한다면 overhead 발생하게 된다.

class Point
{
	void print() const
	{
		std::cout << x << ", " << y << std::endl;
	}
};

이외에도 우리가 만약 멤버 데이터를 얻어오는 getter 동작만 있다면 보통 const를 붙여주는 게 좋다. 아래와 같이 getX getY를 만드는 습관을 들이자.

class Point
{
	int x, y;
public:
	getX() const { return x; }
	getY() const { return y; }
};

const member function 특징

(1) mutable

아래의 코드가 있을 때, print()의 성능을 측정하고자 한다면 어떻게 해야될까?

#include <iostream>

class Point
{
	int x, y;
	int cnt = 0;
public:
	void print() const
	{
		cnt++; // 이거 가능할까?
		std::cout << x << ", " << y << std::endl;
	}
};

int main()
{
	Point p(1,2);
	p.print();
}

print()의 성능을 알기 위해 cnt를 활용해 함수의 호출 횟수를 기록해 성능 지표로 만들고자 한다.

cnt를 증가시키는 행위가 가능할까? 현재의 코드에서는 불가능하다. const 멤버함수로 선언되어 있기 때문에 내부에서 어떤 것도 변경할 수 없다.

이 경우 어떻게 해야할까?

보통 오픈소스에서 많이 활용하는데, mutable이라는 키워드를 활용한다.

해당 변수는 특별한 경우 사용하는 것으로, 테크닉상 const 멤버 함수 내에서도 값을 변경할 수 있도록 한다.

class Point
{
	...
	// 아래의 cnt를 mutable로 선언해주어라.
	mutable int cnt = 0;
public:
	...
}

위와 같이 mutable로 선언할 경우 문제없이 컴파일되고 실행되는 것을 확인 할 수 있을 것이다.

이름 그대로 돌연변이라서 특정한 경우에 사용해야되고, 일반적인 소스에서는 잘 만나지 않을 것 같다 정도로 이해하면 좋다. (그래도 혹시 나올 수 있으니, 키워드 정도와 왜 사용하는지는 알아두자!)

(2) const overloading

class Test
{
	int data = 0;
public:
	int* getPoint() const { return &data; }
};

int main()
{
	Test t;
	t.getPoint();
}

위 코드에서 getPoint()를 호출할 때 에러가 발생한다. const멤버함수라 안에서 변경하는 것도 없는데 왜 에러가 발생할까?

그 이유는 return 값에 있다. data의 주소값을 리턴하게 될 경우 외부에서 전달받아 값을 변경할 수 있다. 따라서, const 멤버함수의 특징을 벗어나게 됨으로 해당 문법은 에러를 유발한다.

이를 막기위해서는 return 값을 const로 선언해주면 된다.

class Test
{
	int data = 0;
public:
	// 이와 같이, const로 반환할 경우 compile 에러를 제거할 수 있다.
	const int* getPoint() const { return &data; }
};

int main()
{
	Test t;
	t.getPoint();
}

또다른 const 멤버함수의 특징은 const overloading이다.

class Test
{
public:
	void foo { std::cout << "1" << std::endl; }
	void foo const { std::cout << "2" << std::endl; }
};

int main()
{
	Test t1;
	t1.foo();

	const Test t2;
	t2.foo();
}

t1을 통해 foo() 호출할 경우 “1” 이 호출되게 된다. 만약 없을 경우 “2”를 호출하도록 한다.

즉, C++에서는 const 멤버함수와 일반함수를 구별하도록 한다.

만약 t2와 같이 const로 선언된 class일 경우 무조건 “2” 를 호출하도록 한다. 만약 없을 경우 compile error를 유발한다.

이를 통해 알 수 있는 것은 우리가 선언부에 const 멤버함수를 적고 외부에서 구현부를 만들 경우 꼭 const를 붙여줘야한다는 점이다.

아래와 같이 붙여줘야하는데, 만약 붙여주지 않을 경우 일반함수와 const 멤버함수를 구별 할 수 없기 때문에 compile 입장에서는 const가 없어 일반함수로 간주하게 된다.

따라서, 선언부에서 const 멤버함수의 선언이 있지만, 구현부가 없어 에러날 수 있으니 꼭 구현부에도 const를 적어주도록 하자.

class Test
{
public:
	void foo() const;
};

// const 빼면 에러남.
void Test::foo() const{

}

int main(){

}

Outtro.

해당 포스팅은 Ecourse의 C++ Basic 강의를 참고해 작성되었습니다.

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