[CPP-06] CPP 형변환 연산자

ex00과제에서 static_cast 를, ex01과제에서 reinterpret_cast 를, ex02과제에서 dynamic_cast 에 대해 학습한다.

ex00: Scalar conversion

[과제 소개]

들어온 인자를 타입별(char, int, float, double)로 변환하여 출력하는 프로그램을 작성한다.
받은 인자의 리터럴 타입을 감지할 수 있어야하며, 예시는 다음과 같다.
- char literal values: ‘c’, ‘a’…
  - 인자에 논프린터블은 안들어오는 걸로 친다.
  - 만약 변환한 숫자가 논프린터블이면 결과 대신 알림을 넣다.
- int literal values: 0, -42, 42…
- float literal values: 0.0f, -4.2f, 4.2f… -inff, +inff, nanf
- double literal values: 0.0, -4.2, 4.2… -inf, +inf, nan
inf, nan 이란?
inf는 무한대값을 의미한다.
nan(Not A Number) 은 "숫자가 아님"을 의미하며, 그 결과를 숫자로 표현할 수 없는 계산을 수행할 때 얻게 되는 float value 이다. NaN을 사용하여 수행하는 모든 계산도 NaN으로 귀결된다.

   >>> 2*float("inf")
   inf
   >>> -2*float("inf")
   -inf
   >>> float("inf")-float("inf")
   nan

다음 예시처럼 출력한다. 변환이 불가능하거나 오버플로우는 "conversion is impossible" 이라고 출력한다.

   /convert 0
   char: Non displayable
   int: 0
   float: 0.0f
   double: 0.0

   ./convert nan
   char: impossible
   int: impossible
   float: nanf
   double: nan

   ./convert 42.0f
   char: '*'
   int: 42
   float: 42.0f
   double: 42.0

허용 함수
- stoi(), stof(), stod() : 각각 string을 int, float, double로 변환한다.

1. CPP 형변환 연산자

형변환의 의도를 더 잘 표현하기 위해 상황에 맞는 4가지 형변환이 존재한다. 요구한 형 변환이 적절한 경우에는 형 변환된 데이터를 반환하지만, 요구한 형 변환이 적절하지 않은 경우 컴파일시 에러가 발생한다.

<Type> : 변환하고자 하는 자료형. 객체의 포인터 또는 참조형이 와야한다.
(expression) : 변환의 대상

1) static_cast

static_cast<T>(expr)

기본 자료형 데이터간의 형변환에 사용한다.
암시적 형변환이 가능할 때 static_cast로 명시적 형변환을 시켜줄 수 있다.
포인터 타입(expr)을 다른 것(<T>)으로 변환하는 것은 허용하지 않지만 상속 관계에 있는 포인터끼리 변환은 가능하다.
- 다만 다운캐스트 (static_cast<기초클래스>(파생클래스))시에는 안전하지 않게 동작할 수 있기 때문에, 이 경우에는 dynamic_cast를 사용한다.

2) dynamic_cast

dynamic_cast<T>(expr)

class Truck : public Car 일 때

Truck * ptruck = new Truck();
Car * pcar = dynamic_cast<Car*>(ptruck);

서로 상속 관계에 있는 클래스간의 형변환에 사용한다.
런타임 시간에 실제로 캐스팅이 가능한지 검사하기 때문에 안전한 다운캐스팅, 업캐스팅에 사용된다.

3) const_cast

const_cast<T>(expr)

void test(char *str){}

int main(void)
{
    const char *name = "홍길동";
    test(const_cast<char *>(name); 
}

함수의 인자전달 시 const 선언으로 인한 type 불일치가 발생해서 인자의 전달이 불가능 경우 사용된다.
즉, 포인터 또는 참조형의 const를 잠깐 풀어주는데 사용한다. 그러나 일반 변수, 함수 포인터, 멤버 함수에 대한 const는 풀어줄 수 없다.
- 원본은 변경하지 않기 때문에 안전하지만, 값을 포인터로 바꾼후 원본값을 새로운 포인터로 넘겨받는다면 바뛴 값이 넘어단다. 이 경우 조심.

4) reinterpret_cast

reinterpret_cast<T>(expr)

임의의 포인터 타입간의 형변환에 사용된다.
- 포인터 -> 포인터, 포인터 -> 일반변수, 일반변수 -> 포인터
정수형을 포인터로 바꿀 수도 있다.
즉, 일반적으로 허용하지 않는 위험한 형 변환을 (무조건적인 형 변환) 할 때 사용한다.
- 만약 int * -> char -> int * 로 이뤄지는 형변환이 있을 때, 주소값이 파괴되어 결국 nullptr을 가르키게 된다. char형은 1바이트 크기여서 주소 값을 다 표현하지 못하기 때문이다. 즉, 데이터를 옮기는 과정에서 dump가 되버려 원본 데이터가 파괴될 위험이 있다.
(void *)로도 전달이 가능하기 때문에 특수한 경우에 쓰인다.

ex01 : Serialization (직렬화)

[과제 소개]

void * serialize(void) 함수를 작성하시오
- 이 함수는 직렬화된 데이터 조각을 나타내는 바이트 스퀸스 힙의 주소를 반환합니다.
- 직렬화 된 데이터는 [8개의 영숫자 문자로 구성된 임의 배열, 임의의 정수, 8개 영숫자 문자로 구성된 두 번째 임의 배열]의 연결입니다.
Data * deserialize (void * raw) 함수를 작성합니다.
- 이 함수는 struct Data {std::string s1; int n; std::string s2;}; 로 정의된 데이터 구조를 역 직렬화 합니다(힙에 할당)

1. std::string의 크기는 몇 byte?

ptr = new char[sizeof(std::string) * 2 + sizeof(int)];
ptr = new char[52];

sizeof(std::string) 는 왜 24byte인가?

컴퓨터 시스템(window, linux, mac, compiler)마다 다르겠지만 libc++기준 문자열 클래스의 한 크기는 24byte이다. 그런데 std::string str = "hello" 일 때 str.size() or str.length()는 5가 나온다.

이는 문자열 클래스 24byte 안에 hello 외에 다른 값들이 존재한다는 것을 의미한다. 예를 들면 hello 가리키는 포인터가 존재한다. 24byte 안에 실제 문자열이 들어있는 것이 아닌 멤버 변수들(실제 문자열을 가르키는 포인터, 패딩 및 기타 ..)이 모여 24byte의 크기를 갖게 되는 것이다.

2. 직렬화

구조가 있는 객체의 내용물을 바이트 배열로 저장하는 것을 직렬화(Serialization)이라고 하고, 반대로 바이트 배열로부터 내용물을 읽어와 객체에 채우는 것을 역직렬화(Deserialization)라고 합니다.

메모리안의 어떠한 (추상적) 데이터구조를 연속된 bit 로 외부에 보내기위해 정렬하는것.

그렇다면 이 문제에서는 string, int, string 구조체의 직렬화를 위해 몇 바이트 배열을 만들어야되냐가 문제인데, 총 52바이트(24 + 8 + 24) 인 것이다.

3. void* 형변환

reinterpret_cast 를 사용한다.

ex02: Identify real type

[과제 소개]

가상 소멸자만 소유하는 Base 클래스 만드시오.
- A,B,C는 빈 클래스 상속받음
Base * generate (void) 함수 작성하시오 : A,B or C 무작위 인스턴스, 인스턴스 Base 포인터 반환
void identify_from_pointer(Base *p) 함수 작성 : p의 type에 따라 A,B,C 표시
void identify_from_reference(Base & p) : p의 타입에 따라 A,B,C 표시
<typeinfo> 사용금지
down cast : 상위클래스의 포인터및 참조형 데이터를 하위클래스의 포인터 및 참조형 데이터로 변환
down cast를 할때 expr가 가리키고있는 객체 포인터 혹은 레퍼런스의 자료형이 <T>와 다르면 NULL이 반환됨 -> 이를 이용해 안전하게 다운캐스트 가능.
typeid는 비교 연산을 할 수 있기 때문에 이 문제에서는 사용이 금지된다.

typeid(int) == typeid(double) ;

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[CPP-06] CPP 형변환 연산자

ex00과제에서 static_cast 를, ex01과제에서 reinterpret_cast 를, ex02과제에서 dynamic_cast 에 대해 학습한다.

ex00: Scalar conversion

[과제 소개]

들어온 인자를 타입별(char, int, float, double)로 변환하여 출력하는 프로그램을 작성한다.
받은 인자의 리터럴 타입을 감지할 수 있어야하며, 예시는 다음과 같다.
- char literal values: ‘c’, ‘a’…
  - 인자에 논프린터블은 안들어오는 걸로 친다.
  - 만약 변환한 숫자가 논프린터블이면 결과 대신 알림을 넣다.
- int literal values: 0, -42, 42…
- float literal values: 0.0f, -4.2f, 4.2f… -inff, +inff, nanf
- double literal values: 0.0, -4.2, 4.2… -inf, +inf, nan
inf, nan 이란?
inf는 무한대값을 의미한다.
nan(Not A Number) 은 "숫자가 아님"을 의미하며, 그 결과를 숫자로 표현할 수 없는 계산을 수행할 때 얻게 되는 float value 이다. NaN을 사용하여 수행하는 모든 계산도 NaN으로 귀결된다.

   >>> 2*float("inf")
   inf
   >>> -2*float("inf")
   -inf
   >>> float("inf")-float("inf")
   nan

다음 예시처럼 출력한다. 변환이 불가능하거나 오버플로우는 "conversion is impossible" 이라고 출력한다.

   /convert 0
   char: Non displayable
   int: 0
   float: 0.0f
   double: 0.0

   ./convert nan
   char: impossible
   int: impossible
   float: nanf
   double: nan

   ./convert 42.0f
   char: '*'
   int: 42
   float: 42.0f
   double: 42.0

허용 함수
- stoi(), stof(), stod() : 각각 string을 int, float, double로 변환한다.

1. CPP 형변환 연산자

<Type> : 변환하고자 하는 자료형. 객체의 포인터 또는 참조형이 와야한다.
(expression) : 변환의 대상

1) static_cast

static_cast<T>(expr)

기본 자료형 데이터간의 형변환에 사용한다.
암시적 형변환이 가능할 때 static_cast로 명시적 형변환을 시켜줄 수 있다.
포인터 타입(expr)을 다른 것(<T>)으로 변환하는 것은 허용하지 않지만 상속 관계에 있는 포인터끼리 변환은 가능하다.
- 다만 다운캐스트 (static_cast<기초클래스>(파생클래스))시에는 안전하지 않게 동작할 수 있기 때문에, 이 경우에는 dynamic_cast를 사용한다.

2) dynamic_cast

dynamic_cast<T>(expr)

class Truck : public Car 일 때

Truck * ptruck = new Truck();
Car * pcar = dynamic_cast<Car*>(ptruck);

서로 상속 관계에 있는 클래스간의 형변환에 사용한다.
런타임 시간에 실제로 캐스팅이 가능한지 검사하기 때문에 안전한 다운캐스팅, 업캐스팅에 사용된다.

3) const_cast

const_cast<T>(expr)

void test(char *str){}

int main(void)
{
    const char *name = "홍길동";
    test(const_cast<char *>(name); 
}

함수의 인자전달 시 const 선언으로 인한 type 불일치가 발생해서 인자의 전달이 불가능 경우 사용된다.
즉, 포인터 또는 참조형의 const를 잠깐 풀어주는데 사용한다. 그러나 일반 변수, 함수 포인터, 멤버 함수에 대한 const는 풀어줄 수 없다.
- 원본은 변경하지 않기 때문에 안전하지만, 값을 포인터로 바꾼후 원본값을 새로운 포인터로 넘겨받는다면 바뛴 값이 넘어단다. 이 경우 조심.

4) reinterpret_cast

reinterpret_cast<T>(expr)

임의의 포인터 타입간의 형변환에 사용된다.
- 포인터 -> 포인터, 포인터 -> 일반변수, 일반변수 -> 포인터
정수형을 포인터로 바꿀 수도 있다.
즉, 일반적으로 허용하지 않는 위험한 형 변환을 (무조건적인 형 변환) 할 때 사용한다.
- 만약 int * -> char -> int * 로 이뤄지는 형변환이 있을 때, 주소값이 파괴되어 결국 nullptr을 가르키게 된다. char형은 1바이트 크기여서 주소 값을 다 표현하지 못하기 때문이다. 즉, 데이터를 옮기는 과정에서 dump가 되버려 원본 데이터가 파괴될 위험이 있다.
(void *)로도 전달이 가능하기 때문에 특수한 경우에 쓰인다.

ex01 : Serialization (직렬화)

[과제 소개]

void * serialize(void) 함수를 작성하시오
- 이 함수는 직렬화된 데이터 조각을 나타내는 바이트 스퀸스 힙의 주소를 반환합니다.
- 직렬화 된 데이터는 [8개의 영숫자 문자로 구성된 임의 배열, 임의의 정수, 8개 영숫자 문자로 구성된 두 번째 임의 배열]의 연결입니다.
Data * deserialize (void * raw) 함수를 작성합니다.
- 이 함수는 struct Data {std::string s1; int n; std::string s2;}; 로 정의된 데이터 구조를 역 직렬화 합니다(힙에 할당)

1. std::string의 크기는 몇 byte?

ptr = new char[sizeof(std::string) * 2 + sizeof(int)];
ptr = new char[52];

sizeof(std::string) 는 왜 24byte인가?

2. 직렬화

메모리안의 어떠한 (추상적) 데이터구조를 연속된 bit 로 외부에 보내기위해 정렬하는것.

그렇다면 이 문제에서는 string, int, string 구조체의 직렬화를 위해 몇 바이트 배열을 만들어야되냐가 문제인데, 총 52바이트(24 + 8 + 24) 인 것이다.

3. void* 형변환

reinterpret_cast 를 사용한다.

ex02: Identify real type

[과제 소개]

가상 소멸자만 소유하는 Base 클래스 만드시오.
- A,B,C는 빈 클래스 상속받음
Base * generate (void) 함수 작성하시오 : A,B or C 무작위 인스턴스, 인스턴스 Base 포인터 반환
void identify_from_pointer(Base *p) 함수 작성 : p의 type에 따라 A,B,C 표시
void identify_from_reference(Base & p) : p의 타입에 따라 A,B,C 표시
<typeinfo> 사용금지
down cast : 상위클래스의 포인터및 참조형 데이터를 하위클래스의 포인터 및 참조형 데이터로 변환
down cast를 할때 expr가 가리키고있는 객체 포인터 혹은 레퍼런스의 자료형이 <T>와 다르면 NULL이 반환됨 -> 이를 이용해 안전하게 다운캐스트 가능.
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typeid(int) == typeid(double) ;

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