[CPP-03] (ClapTrap이 뭐지) 다중 상속과 가상 상속

다중 상속 클래스 객체 생성시의 문제점은, 기초 클래스 ClapTrap이 불필요하게 두 번 생성된다는 점이다.

[CPP-Module/Ex04: Ultimate assault shoebox 과제]

  • SuperTrap 클래스를 만든다.

  • 이 클래스의 멤버 변수값은, 절반은 FragTrap에서, 절반은 NinjaTrap에서 가져온다. (FragTrap 과 NinjaTrap 은ClapTrap 을 상속받는다)

    • Hit points (Fragtrap)

    • Max hit points (Fragtrap)

    • Energy points (Ninjatrap)

    • Max energy points (Ninjatrap)

    • Level (1)

    • Name (Parameter of constructor)

    • Melee attack damage (Ninjatrap)

    • Ranged attack damage (Fragtrap)

    • Armor damage reduction (Fragtrap)

    • rangedAttack() (Fragtrap)

    • meleeAttack() (Ninjatrap)

  • SuperTrap은 상속받은 NinjaTrap과 FragTrap의 special attack을 사용할 수 있어야 한다.

  • 마찬가지로 SuperTrap이 생성될 때 ClapTrap이 먼저 생성되어야하는데, 딱 한번만 생성되어야 한다.

0. ClapTrap이 뭐지? 과제 세계관 이해하기

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CPP-Module03 과제 내내 수많은 클랩트랩들이 등장한다. FragTrap, ScavTrap, NinjaTrap, SuperTrap... 각각의 클랩트랩 클래스들을 하나씩 만들어보면서 상속 없이 클래스를 만들면 얼마나 귀찮은지 겪어보는 과제들이 ex04까지 쭉 이어진다.

지루한 과제들를 재밌게 접근시켜보려고 보더랜드 세계관을 가져온 것 같다. 클랩트랩은 XBOX에서 만든 게임 <보더랜드: The Pre-Sequel>에 등장하는 플레이어블 캐릭터다. 프랙트랩이나 스카브트랩같은 애들은 게임 스토리 상에서 어떤 목적을 위해 개조된 클랩트랩이다. 각각의 형식번호들도 있다. 예를 들면 프랙트랩은 FPS에서 상대를 죽인다는 뜻의 프랙(Frag)과 클랩트랩(Claptrap)의 합성어고, 형식번호는 FR4G-TP이다.

여튼 생긴 것처럼 별 쓸모없고 약하고 말만 많고(춤도 춘다) 시끄러운 그런 캐릭터가 클랩트랩이다. 아마도 개그캐인듯. 처음에 캐릭터 선택시 클랩트랩을 선택하면 진짜 클랩트랩을 선택한거냐고 3번이나 물어본다고 한다. ㅋㅋ

아이쿠! 클랩트랩을 선택할 뻔하셨습니다. 간 떨어질 뻔했네! 일부러 고를 리가 없을 테니까요!... 그렇죠?

잠깐만요, 클랩트랩이 어떤 놈인지 알잖아요? 활기만 들어차서 정신은 하나도 없고 말만 많고... 진심이십니까?

정말요? 클랩트랩을?! 괴상한 액션 스킬 이야기는 읽어 보셨습니까? 정말로, 정말로 고르시겠다는 건가요?"

과제 평가항목에 '얼마나 재밌는 문구를 넣어서 함수를 만들었는지' 같은 게 있기 때문에, 클랩트랩의 특징, 사용하는 공격 기술, 그 외 등장인물, 명대사같은 전반적인 게임 세계관을 이해하고 CPP03을 시작하면 좋을 것 같다!

1. 클래스 상속 (Inheritance)

class ClapTrap // 기초 클래스
{
protected: // 접근 지시자

public:
};

class FragTrap : public ClapTrap // 파생 클래스
{
};

상속하는 클래스를 기초 클래스, 부모 클래스 등으로 부른다. 상속받는 클래스는 파생 클래스, 자식 클래스 등으로 부른다.

파생 클래스 옆에 : 연산자를 붙여 어떤 클래스를 상속받을지 명시한다. protected 라는 새로운 접근지시자를 볼 수 있는데, 기본적으로 private 성격을 유지하면서 파생 클래스에서의 접근만을 허용해준다.

즉, 파생 클래스에서 기초 클래스의 멤버를 접근할 수 있기 때문에, 여러 파생 클래스에서 중복되는 기능은 기초 클래스에만 작성해서 코드의 효율을 높일 수 있다.

1.1. 파생 클래스 특징

  1. 파생 클래스는 반드시 자신만의 생성자를 작성해야 한다.

  2. 파생 클래스에는 기초 클래스의 접근할 수 있는 모든 멤버 변수들이 저장된다.

  3. 파생 클래스는 기초 클래스의 접근할 수 있는 모든 멤버 함수를 사용할 수 있다.

  4. 파생 클래스에 추가로 필요한만큼 멤버를 추가할 수 있다.

1.2. 상속 시 객체 생성 순서

파생 클래스의 객체를 생성할 때는

  1. 기초 클래스 생성자 호출 및 멤버 변수 초기화

  2. 파생클래스 생성자 호출

반대로 스코프가 종료될 때는

  1. 파생 클래스 소멸자 호출

  2. 기초 클래스 소멸자 호출

순으로 객체의 생성/소멸 체인이 만들어진다.

2. 다중 상속 (Multiple Inheritance)

다시 이번 과제의 클래스 구조를 살펴보자.

class ClapTrap // 기초 클래스
{
protected: // 접근 지시자

public:
};

class FragTrap : public ClapTrap // 파생 클래스이자 SuperTrap의 기초 클래스
{
};

class NinjaTrap : public ClapTrap // 파생 클래스이자 SuperTrap의 기초 클래스
{  
};

class SuperTrap : public FragTrap, public NinjaTrap // 파생 클래스
{
    // 파생 클래스 멤버 리스트
};

  • ClapTrap

    • -> FragTrap -> SuperTrap

    • -> NinjaTrap -> SuperTrap

이렇게 상속의 상속을 받는 SuperTrap을 다중 상속 클래스라고 부른다.

다중 상속은 여러 개의 기초 클래스가 가진 멤버를 모두 상속받을 수 있다는 점에서 매우 강력한 상속 방법이다. 하지만 다중 상속은 단일 상속에는 없는 여러 가지 새로운 문제를 발생시킨다는 것을 알 수 있다.

  1. 상속받은 여러 기초 클래스에 같은 이름의 멤버가 존재할 가능성.

  2. 하나의 클래스를 간접적으로 두 번 이상 상속받을 가능성.

문제점 1) 상속받은 여러 기초 클래스에 같은 이름의 멤버가 존재할 가능성

void        SuperTrap::rangedAttack(std::string const & target)
{
    FragTrap::rangedAttack(target);
}

void        SuperTrap::meleeAttack(std::string const & target)
{
    NinjaTrap::meleeAttack(target);
}

위 예제에서 rangedAttack과 meleeAttack 은 ClapTrap에만 정의되어 있는 멤버함수이다. 만약 ClapTrap의 파생클래스인 FragTrap과 NinjaTrap의 파생클래스 SuperTrap에서 두 멤버함수를 호출하면 어떻게 될까?

SuperTrap은 두 개의 클래스를 상속받고 있기 때문에 어느 클래스의 멤버함수인지 '모호하다'는 말과 함께 컴파일 에러가 난다. 따라서 범위지정연산자 ::로 어떤 클래스에서 정의된 함수를 사용할 지 명시해줘야 한다.

문제점 2) 하나의 클래스를 간접적으로 두 번 이상 상속받을 가능성

SuperTrap을 생성하면 아래와 같은 생성자 호출이 이뤄진다.

ClapTrap 생성자 호출
FragTrap 생성자 호출
ClapTrap 생성자 호출
NinjaTrap 생성자 호출
SuperTrap 생성자 호출

즉, 다중 상속 클래스 객체 생성시의 문제점은, 기초 클래스 ClapTrap이 불필요하게 두 번 생성된다는 점이다.

파생 클래스가 두 개의 기초 클래스를 상속받기 때문에 모호함에 빠지게 된 것이다. 이를 막기 위해 가상 상속을 사용한다.

3. 가상 상속 (Virtual Inheritance)

가상상속은 상속 앞에 virtual 키워드를 붙여 주면 된다. 아래는 다이아몬드 형태의 다중 상속 구조에서, 중간의 파생 클래스들이 기초 클래스(ClapTrap)로부터 가상 상속을 받는 예제이다.

class ClapTrap // 기초 클래스
{
protected: // 접근 지시자

public:
};

class FragTrap : virtual public ClapTrap // 파생 클래스이자 SuperTrap의 기초 클래스
{
};

class NinjaTrap : virtual public ClapTrap // 파생 클래스이자 SuperTrap의 기초 클래스
{  
};

class SuperTrap : public FragTrap, public NinjaTrap // 파생 클래스
{
    // 파생 클래스 멤버 리스트
};

가상상속을 통해 겹치는 기초 클래스를 한번만 상속할 수 있다. 즉, ClapTrap를 상속하는FragTrap과 NinjaTrap을 SuperTrap클래스에서 함께 상속해도 ClapTrap가 한번만 상속되는 것이다.

SuperTrap 생성시 생성자 호출 순서

ClapTrap 생성자 호출
FragTrap 생성자 호출
NinjaTrap 생성자 호출
SuperTrap 생성자 호출
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