CPP Module 02 : OCCF, 연산자 오버로딩

Ex00

주요 개념

OCCF (Orthodox Canonical Class Form)

• 다음 요소들을 모두 갖춘 클래스를 의미한다.
  • Default constructor (디폴트 생성자)
  • Copy constructor (복사 생성자)
  • Copy assignment operator (복사 대입 연산자 (오버로딩))
    • 레퍼런스를 리턴하는 이유?
      • chained assignment (a = b = c)를 위해
      • 위 코드의 해석 순서
        1. a에 b=c가 할당된다.
        2. b에 c가 할당된다.
      • 값으로 리턴한다면 1에서 b=c의 결과가 a에 할당될 수 없다.
        • 할당 결과가 임시 객체이기 때문
      • 참조자를 리턴한다면 할당의 결과가 lvalue이기 때문에 할당 chaining이 가능하다.
  • Destructor (소멸자)

• 예시

    class A
    {
      A();
      ~A();
      A(const A &a);
      A &operator= (const A &a);
    };
  

컴퓨터의 수 표현 방법

• 정수의 표현
  • 컴퓨터는 0과 1을 사용해 2진수 형태로 정보를 저장한다. 정수는 해당 방법으로 정확하게 수를 표현할 수 있지만 실수는 이 방법을 사용할 수 없다.
• 실수의 표현
  • 부동 소수점
    • 수를 소숫점을 이동시켜가며 다양한 형태로 표현할 수 있다.

    • IEE-754 부동소수점

      

      • 표현 방식 (S, M, E는 각각 부호부, 지수부, 가수부를 의미)
      \[N = (-1)^S * M * 2^{E-127}\]
      • 구성 (IEEE-754, 32bit)
        • 부호(sign) 비트 (1bit)
          • 숫자의 부호를 나타냄. 양수:0, 음수:1
        • 지수(exponent) 비트 (8bit)
          • 정규화를 거친 이후의 정수부
        • 가수(mantissa) 비트 (23bit)
          • 가수 또는 유효숫자를 나타냄
            • 가수 : 정규화를 거쳐 만들어진 소수부의 유효숫자
            • 유효숫자 : 수의 정확도에 영향을 주는 숫자
      • 문제
        • 오차 발생 가능

          #include <stdio.h>
                        
          int main()
          {
              float   sum = 0;
                        
              for (int i=0; i<100; i++)
                  sum += 0.03;
          	printf("%f\n", sum);
          }
        

        • 위 코드를 실행시키면 예상되는 값인 3이 아닌 값이 출력되는 것을 알 수 있다.

        

• 정수(integer) vs 부동 소수점 수(floating point number)
  • 정확도, 정밀도의 차이
    • 정확도(accuracy)
      • 크기가 실제 값과 얼마나 가까운지를 나타냄
    • 정밀도(precision)
      • 얼마나 많은 정보를 가질 수 있는지를 나타냄

    	정수	부동 소수점 수
    정확도	높음	낮음
    정밀도	낮음	높음

  • 일반적으로 사용하는 10진수를 컴퓨터에서 표현하려면 2진수로 변환해야 한다.
    • 문제점 : 오차 발생 가능
    • 해결책 : 근사값 저장
      • 고정 소수점
        • 개념 : 일정 크기의 비트를 부호 비트(x), 정수 비트(y), 소수 비트(z)로 나눈다.(x,y,z는 환경에 따라 다름)
        • 문제
          • 정수 비트 증가 : 정밀한 수의 표현이 불가
          • 소수 비트 증가 : 큰 수의 표현이 불가

static, const, static const 변수

• static 변수
  • 클래스 당 하나씩만 생성
  • 클래스가 정의되기 전부터 메모리에 존재
  • 해당 클래스의 모든 객체가 공유하는 변수
• const 변수
  • 값을 변경할 수 없는 변수
  • 값이 수정되지 않는다는 것을 보장해준다.
    • 변경된다면 컴파일 타임에 알 수 있음.
• static const 변수
  • static 변수를 상수화시킨 변수
  • 모든 객체에서 공유하는 const 변수
• 복사 생성자
  • 인자로 복사할 대상을 받는다.
  • 대상을 복사한 뒤에 객체를 생성한다.
• 대입 연산자 오버로딩
  • 인자로 받은 객체를 복사해서 리턴한다.
• Q&A
  • 복사 대입 연산자 오버로딩을 할 때 다음 조건의 필요성?

    • 조건 1.

        if (this != &f) // 이 부분
        		_fixed = f.getRawBits();
      

      • 같은 객체가 할당되는 비효율적인 작업을 방지한다.

    • 조건 2.

        if (this != &f)
            this->_fixed = f.getRawBits(); // this-> 부분
      

      • this : 현재 객체의 멤버라는 것을 명시적으로 알려준다.
      • 매개변수의 이름과 멤버 변수의 이름이 동일한 경우에 서로 구분하기 위해 사용된다.

Ex01

주요 개념

roundf 함수

• 반올림된 값을 반환

fraction bit

• 고정 소수점의 소수 비트를 의미
• << (insertion)연산자 오버로딩
  • 클래스 외부에 선언 : 다른 클래스의 연산자를 오버로딩하는 것이기 때문.

고정 소수점을 만드는 방식

• int
  • num « 8
  • 소수 비트만큼 쉬프트
• float
  • num * 2^8 → 반올림
  • num에 직접 비트 쉬프트 하지 않고, 256을 곱하는 이유?
    • 실수형은 비트연산이 불가능하기 때문
  • roundf를 사용한 이유?
    • float을 고정 소수점으로 변환 시, 오차가 발생
      • 오차를 줄이기 위해 roundf로 반올림한다.

Ex02

주요 개념

연산자 오버로딩

• 방법

    operator오버로딩할연산자(매개변수목록)
  

• 비교 연산자
  • bool 리턴
  • rawbits를 비교
• 증감 연산자
  • 전위 연산
    • 참조를 리턴 : 변수의 값의 증감이 바로 반영되야 하기 때문
  • 후위 연산
    • 매개변수 int의 역할 : 전위 연산자와 구분하기 위한 dummy 매개변수
    • 원리
      • 미리 연산 전의 값을 복사 생성해서 임시 객체에 저장해둔다.
      • 기존 객체는 전위 증감 연산자로 값을 증가
      • 처음에 저장해둔 임시 객체를 리턴한다.
        • 후위 연산은 연산 결과가 바로 적용되지 않기 때문.
    • 후위 연산자 함수의 리턴타입이 const인 이유?
      • rvalue, lvalue 개념
      • 후위 연산자는 기존 값의 임시 복사본을 리턴한다. 이 값은 rvalue로 변경이 불가능해야 함. 따라서 const를 붙여줘서 리턴.

const 함수

• const function(int a) 형태
  • 반환형이 const형이라는 의미
• function(int a) const 형태
  • 함수가 해당 클래스의 멤버의 값을 변경하지 않는다는 의미

Q&A

• 왜 위에 방식을 놔두고 아래 방식을 사용?
  • return (this->fixed_point_num > f.fixed_point_num);
  • return (fixed_point_num > f.getRawBits());
    • 둘 다 사용가능. getter를 쓰면 더 안전함.
• 비교 연산자 오버로딩 할때 뒤에 const를 붙여줘야 하는이유?
  • 멤버 변수를 변경하지 않는다는 것을 보장하기 위해

Ex03

주요 개념

const_cast

• 객체의 상수성(const) 를 없애는 형 변환
• 사용 이유 : x,y 변수는 const인데 할당 대입 연산자로 변경하기 위해

삼각형 내부 점 판별 방법

1. 확인하려는 임의의 점p와 삼각형의 각 선분들로 삼각형을 만들었을 때, 각 삼각형 넓이의 합=기존 삼각형의 넓이 라면 해당 점은 삼각형의 내부에 존재한다.
2. 내부에 있다 = 삼각형의 각 선분을 기준으로, 남은 한 점과 항상 같은 위치에 존재한다.

삼각형의 넓이 공식

• 신발끈 공식
  • 외적 응용

\[|(x_1*(y_2-y_3)+x_2*(y_3-y_1)+x_3*(y_1-y_2))|/2\]

구현 방법

• bsp
  • 위 공식으로 구한 각 삼각형의 넓이와 기존 삼각형의 넓이를 비교
  • fixed 변수를 절대값으로 변경해주는 abs 함수 구현

평가 후기

• static_cast 개념
• 함수 선언할 때 const 함수로 선언해야 const Classname obj; 와 같이 생성된 객체가 해당 함수를 사용할 수 있다.
• 임의의 점이 삼각형 위에 존재하면 false를 반환해야한다.

Ref.

• c++ - Why should the assignment operator return a reference to the object? - Stack Overflow
• C++ Chapter 9.6 : 증감 연산자 오버로딩 - 평생 공부 블로그 : Today I Learned‍ 🌙
• 벡터 (코딩 - 삼각형 내부에 점이 있는지 판단하기)
• Can I turn negative number to positive with bitwise operations in Actionscript 3? - Stack Overflow
• [CPP-02] Canonical 클래스: 복사 생성자와 대입 연산자 오버로딩
• [C++] 전위증감과 후위증감의 연산자 오버로딩과 그 차이점
• 부동 소수점
  • 부동 소수점(Floating Point)란 무엇인가?
  • 코딩의 시작, TCP School
  • C++ Article - Understanding Floating Point Numbers - Cprogramming.com
  • IEEE-754 FLOATING POINT REPRESENTATION OF VARIABLES MANTISSA EXPONENT PUNTO FLOTANTE S.A.