[c++] 연산자 오버로딩

2x2 행렬의 덧셈/곱셈을 수행과 행렬 출력을 하는 간단한 프로그램이다. 입력 넣기 귀찮아서 그냥 임의의 값 설정해놨다.

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

struct Point {
	int x, y;
};

class Matrix2x2 {
public:
	Point row1;
	Point row2;

	Matrix2x2(Point r1, Point r2) {
		row1 = r1;
		row2 = r2;
	}


	Matrix2x2 operator+(const Matrix2x2& other) const {
		return Matrix2x2(
			{ row1.x + other.row1.x, row1.y + other.row1.y },
			{ row2.x + other.row2.x, row2.y + other.row2.y }
		);
	}

	Matrix2x2 operator*(const Matrix2x2& other) const {
		return Matrix2x2(
			{
			row1.x * other.row1.x + row1.y * other.row2.x,
			row1.x * other.row1.y + row1.y * other.row2.y
			},
		{
			row2.x * other.row1.x + row2.y * other.row2.x,
			row2.x * other.row1.y + row2.y * other.row2.y
		}
		);
	}

	friend ostream& operator<<(ostream& os, const Matrix2x2& m) {
		os << "({" << m.row1.x << "," << m.row1.y << "}," <<"{" << m.row2.x << "," << m.row2.y << "})";
		return os;
	}

};
int main(void) {
	Matrix2x2 m1({ 1,2 }, { 3,4 });
	Matrix2x2 m2({ 5,6 }, { 7,8 });
	Matrix2x2 result = m1 + m2;
	Matrix2x2 result2 = m1 * m2;

	cout << result << endl;
	cout << result2;

	return 0;
}

우선 연산자 오버로딩이 무엇인지부터 알아보자. '+' '*' '<<' 이 기호들 보면 아니 걍 덧셈 곱셈 출력이자나 장난? 이런 생각이 먼저 들게 된다. 하지만 특이한 형태의 연산을 한다고 생각해보자. 2+2를 하면 int+int니까 자연스럽게 4가 출력된다. 그러나 2x2 행렬과 같이 { 1,2 }, { 3,4 } + { 5,6 }, { 7,8 } 넣으면 사람은 머리 굴려서 계산 가능한데 컴퓨터는 이게 int인지 char인지 판단이 안되는데 어케해요 시전해버린다. 
그렇기에 연산자 오버로딩은 저 기본 연산자를 내 입맛대로 바꾸는 것이다. 일반적인 상황에서는 기본 연산자처럼 작동하지만, '특정한 조건'이 만족될 때, 내가 만든 커스텀 연산자가 실행된다. 위 코드에서 사용된 '+' 연산자 오버로딩을 보도록 하자
 

Matrix2x2 operator+(const Matrix2x2& other) const {
	return Matrix2x2(
		{ row1.x + other.row1.x, row1.y + other.row1.y },
		{ row2.x + other.row2.x, row2.y + other.row2.y }
	);
}

operator '+'는 내가 구조체와 클래스를 통해 미리 설정해둔 형태인 const Matrix2x2와 뒤에 다른 값(other)이 함께 올 때 실행된다. 여기서 other의 형태도 보게되면 other.row1.x, other.row2.y등 2x2 행렬이어야 실행된다. 둘 중 하나라도 형태를 만족하지 않으면 이 연산은 실행되지 않는다.
 

	friend ostream& operator<<(ostream& os, const Matrix2x2& m) {
		os << "({" << m.row1.x << "," << m.row1.y << "}," <<"{" << m.row2.x << "," << m.row2.y << "})";
		return os;
	}

여기서는 friend 를 쓸 필요 없지만 굳이굳이 써봤다.
출력을 담당하는 '<<'을 오버로딩하는 역할인 건 알겠다. 근데 friend는 왜 쓰는 걸까? 이건 public/private을 떠올리면 된다. 현재 operator '<<'함수의 위치는 class 내부이지만, 본질적으로는 외부 함수이다. 일단 operator이 클래스의 멤버가 아니며, this 포인터도 사용하지 않고 있다. 그래서 만약 row1, row2의 값이 private(현재는 public이지만)으로 설정되면 접근을 못하는 불상사가 생길 수도 있다. 이걸 방지해주는게 friend이다. 외부 함수에게 private 멤버 접근 권한을 주는 것이다. 다만 캡슐화를 부분적으로 깨는 행위이기에 생각 많이 해보고 써야 한다...