C++에서 자주 쓰이는 virtual 키워드에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

먼저 가장 대표적인 특징으로는 오버라이딩이 될 수 있습니다.

오버라이딩

상속시 `virtual` 함수만 정상적으로 오버라이딩(overriding)될 수 있습니다.

다음 예제를 살펴보도록 하겠습니다.

class Parent {

 public:
  void hello() {
    printf("Hello. This is the parent.\n");
  }
};

class Child: public Parent {
 public:
  void hello() {
    printf("Hello. This is the child.\n");
  }
};

여기서 만약 다음 코드를 호출하면 결과는 어떤게 나올까요?

  Child c;
  c.hello();

결과는 Hello. This is the child.가 화면에 출력될 것입니다. 결과만 봐서는 굳이 virtual 키워드를 사용하지 않더라도 정상적으로 오버라이딩된 것처럼 보입니다.

하지만, 만약 다음 코드처럼 부모 클래스의 참조를 이용해서 호출을 하면,

  Child c;
  Parent& ref = c;
  ref.hello();

결과는 Hello. This is the parent.가 나옵니다. 부모 클래스의 hello() 함수가 virtual이 아니기 때문에 이런 결과가 발생하게 됩니다.

즉, 단순하게 사용할 때는 virtual 키워드를 사용하지 않더라도 마치 정상적으로 오버라이딩된 것처럼 보였지만, 실제로는 각 함수들이 정상적으로 오버라이딩이 된 것이 아니라 부모의 함수와 자식의 함수가 각각 따로 존재했을 뿐이라는 것을 알 수 있습니다.

vtable

virtual 키워드를 사용하지 않은 경우에는 부모의 함수와 자식의 함수가 각각 개별적으로 하드코딩되어져서 두 함수 모두 존재하게 됩니다. 이 때 함수의 이름은 컴파일 타임 타입에 맞춰져서 각각 다른 이름으로 저장이 됩니다.

하지만 virtual 키워드를 사용한 경우에는 해당 함수를 vtable(Virtual Table)이라고 부르는 특수한 메모리 영역에서 함수 주소값을 관리하도록 합니다.

즉, 함수가 실행될 때 vtable을 참조하여 실제로 올바르게 오버라이딩된 함수를 찾아서 실행해주기 때문에 virtual 키워드를 사용해야만 ‘정상적으로 오버라이딩 되었다’라고 할 수 있습니다.

virtual 키워드에 대한 논쟁

그래서 많은 프로그래머들은 모든 함수들을 virtual로 선언하는 것을 권하고 있습니다. 그렇다면 애시당초 virtual 키워드를 사용하지 않더라도 디폴트로 virtual처럼 취급하면 되지 않냐는 의문점이 남습니다.

Java 언어는 모든 메소드를 `virtual`로 취급하고 있습니다.

virtual 키워드가 만들어진 배경에는 vtable을 사용하는데 드는 오버헤드때문이었습니다. 함수 주소값을 참조해서 실제 함수를 찾는 과정이 필요하기 때문에 성능 저하가 발생할 수 밖에 없었고, C++ 언어를 디자인하던 사람들은 이러한 이유 때문에 프로그래머에게 선택권을 주는 것이 더 낫다고 판단했습니다. (실제로 virtual 키워드를 사용하기 때문에 발생하는 오버헤드는 무시해도 될만큼 작습니다.)

소멸자의 virtual 필요성

모든 함수를 virtual로 선언하는 것에는 거부감이 있는 프로그래머들도 클래스의 소멸자만큼은 무조건 virtual로 선언해야 한다는 것에는 동의합니다.

만약 소멸자가 virtual이 아닌 경우에는 객체 소멸시 메모리 해제의 일부가 누락될 수 있는 상황이 발생할 수 있습니다.

예를 들면 다음과 같은 상황입니다. 다음 상황에서 Parent 클래스의 소멸자가 virtual이 아닌 경우 문제가 발생합니다.

  Parent* p = new Child();
  delete p;

위와 같은 경우는 ~Parent()는 호출이 되지만, 소멸자가 virtual이 아니면 ~Child()는 호출 되지 않습니다. 즉, Child 클래스의 소멸자에서 이루어지는 메모리 해제 등은 호출이 안되기 때문에 메모리 누수(Memory Leak) 등이 발생할 수 있습니다.