신입 개발자 기술면접 C++ : Cast 연산자 (🆚 C)

Dynamic_cast가 내부적으로 업, 다운 캐스팅이 가능한지 검사해 준다고 했는데, C++에서 C#처럼 리플렉션이 없는데 어떻게 가능한가?

가상함수 테이블을 이용하여 캐스팅이 가능한 자료인지 검사합니다.

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C에서는 일반적으로 (타입)변수 형식을 사용합니다. 이 캐스팅 방식은 타입 안전성을 제공하지 않으며, 어떠한 타입의 변환도 강제할 수 있습니다. C 캐스팅은 컴파일러가 타입 오류를 잡아내지 못할 수 있어 버그가 발생하기 쉽습니다.

int i = 3;
double d = 3.5;
cout << int(d);

 

라고 했을 때, `d`에 대한 데이터 손실이 일어날 수 있기 때문에 문제가 될 수 있다.

 

C++은 다음과 같은 네 가지 타입의 캐스팅 연산자를 제공한다.

아래 캐스트 연산자들을 알아보고 데이터 손실을 없애며 안전하게 캐스팅하는 방법에 대해 알아보자.

일반적으로 아래 캐스트 메소드들은 함수<변환할타입>(변환대상)으로 진행된다.

static_cast<int>(d);

1. static_cast
   • static_cast는 컴파일 시간에 타입 체크를 수행합니다. 기본적인 타입 변환, 클래스 계층 내에서의 업캐스트(자식 클래스 포인터를 부모 클래스 포인터로 변환)와 다운캐스트(부모 클래스 포인터를 자식 클래스 포인터로 변환)를 모두 지원합니다. 주로 업캐스팅에 사용된다. 
   • C스타일 캐스터와 똑같은 의미와 형변환 능력을 가지고 있는 기본적인 캐스트 연산자입니다. 
   • 다만 강제캐스팅 (C 스타일 캐스트) 과 다른점은 위의 예시처럼 논리상 맞지 않는 변환을 막아주는 역할을 한다. 
   • 단, 다운캐스트의 경우 static_cast는 타입 안전성을 보장하지 않습니다. 즉, 실제 객체가 변환하려는 타입이 아닌 경우에도 컴파일러는 오류를 발생시키지 않습니다. (dynamic_cast 와의 차이점이다!)
2. dynamic_cast
   • dynamic_cast는 런타임에 타입 안전성을 검사 (RTTI) 합니다. 주로 다형성을 가진 클래스 (가상 함수를 가진 클래스) 의 포인터나 참조 간의 변환에 사용됩니다. 또한 주로 다운캐스팅(기본 클래스에서 파생 클래스로)에 사용됩니다.
   • dynamic_cast는 다운캐스팅 시 실제 객체 타입이 목표 타입과 일치하는지 확인하고, 일치하지 않으면 nullptr을 반환합니다(포인터의 경우). 이는 타입 안전성을 제공합니다.
   • 런타임에 타입 안정성 검사를 진행하고 상속관계에서의 업캐스트나 변환을 지원해주지만 다른 데이터형 변환은 허용하지 않는다. 업캐스팅만이 가능하고 만약 가상함수까지 사용한다면 다운캐스팅 또한 지원해준다.
3. const_cast
   • const_cast는 객체의 `const` 또는 `volatile` 속성을 추가하거나 제거합니다. 이는 주로 상수 객체에 대한 수정이 필요할 때 사용됩니다. 
   • 즉 타입 자체의 변환보다는 객체의 속성을 변경하는 데 초점을 맞춥니다.
4. reinterpret_cast
   • reinterpret_cast는 서로 관련 없는 타입 간의 변환을 위해 사용됩니다. 포인터 타입을 다른 포인터 타입으로, 포인터를 충분한 크기의 정수 타입으로 변환하는 데 주로 사용됩니다. 이는 매우 낮은 저수준의 변환을 수행하며, 안전하지 않을 수 있습니다.

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그래서 강제 캐스팅을 사용하는것보다 static_cast, dynamic_cast와 같은 캐스트 연산자를 사용했을 때의 이점이 뭘까?

 

컴파일러가 오류 체크를 진행하는 것

-> 강제 캐스팅을 사용하면 런타임시 seg fault, runtime error 등 예기치 못한 에러를 발생시킬 수 있는데 컴파일러딴에서 오류를 잡아 추후 문제가 될 가능성을 줄여주는 이점을 가지고 있다.

상속관계에 있어도 형변환이 가능하다.

출처 https://drag0n.tistory.com/18

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업캐스팅 (Upcasting)

• 업캐스팅은 파생 클래스(하위 클래스)의 객체를 기본 클래스(상위 클래스) 타입으로 변환하는 것입니다.
• 이 변환은 항상 안전하며, 명시적으로 캐스팅할 필요가 없습니다.
• 업캐스팅을 사용하면 파생 클래스의 객체를 기본 클래스의 포인터나 참조로 처리할 수 있습니다.

다운캐스팅 (Downcasting)

• 다운캐스팅은 기본 클래스(상위 클래스)의 객체를 파생 클래스(하위 클래스) 타입으로 변환하는 것입니다.
• 이 변환은 타입 안전성이 보장되지 않으므로, dynamic_cast를 사용하여 안전하게 수행해야 합니다.
• 다운캐스팅은 주로 업캐스팅된 객체를 원래의 파생 클래스 타입으로 다시 변환할 때 사용됩니다.
• 다운캐스팅을 위해서는 기본 클래스에 최소 하나 이상의 가상 함수가 있어야 합니다. 이는 다형성을 활성화하기 위함입니다.

class Base {
public:
    virtual void print() {} // 가상 함수를 선언하여 다형성을 활성화
};
class Derived : public Base {
public:
    void print() override {}
    void derivedFunction() {}
};

Base *b = new Derived(); // 업캐스팅
Derived *d = dynamic_cast<Derived*>(b); // 다운캐스팅

if (d) {
    d->derivedFunction(); // 안전하게 다운캐스팅된 객체의 함수 호출
}