C++ 연산자 오버로딩 설계

기본 원칙

연산자 오버로딩은 사용자 정의 타입을 내장 타입처럼 자연스럽게 사용하게 해줍니다. 단, 의미론적 일관성을 유지하는 것이 핵심입니다. +가 덧셈이 아닌 동작을 하면 코드 가독성이 떨어집니다.

멤버 vs 비멤버 선택 기준

연산자	권장 형태	이유
=, [], (), ->	멤버만 가능	언어 규칙
+=, -=, *=	멤버	좌변 객체 수정
+, -, *	비멤버(friend)	좌변 암묵적 변환 지원
<<, >> (스트림)	비멤버(friend)	좌변이 ostream/istream
==, !=, <	비멤버(friend)	양쪽 대칭 변환 지원

class Vec2 {
public:
    float x, y;

    // 멤버: 복합 대입
    Vec2& operator+=(const Vec2& rhs) {
        x += rhs.x; y += rhs.y;
        return *this;
    }

    // 비멤버: 이항 연산 (+=를 재활용)
    friend Vec2 operator+(Vec2 lhs, const Vec2& rhs) {
        return lhs += rhs;  // lhs는 값 복사
    }

    // 비멤버: 스트림 출력
    friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Vec2& v) {
        return os << '(' << v.x << ", " << v.y << ')';
    }
};

비교 연산자와 C++20 우주선 연산자

C++20 이전에는 6개의 비교 연산자를 모두 구현해야 했습니다.

// C++17 이하
bool operator==(const Vec2& rhs) const { return x == rhs.x && y == rhs.y; }
bool operator!=(const Vec2& rhs) const { return !(*this == rhs); }
bool operator<(const Vec2& rhs) const  { return x < rhs.x || (x == rhs.x && y < rhs.y); }
// ... 나머지 3개도 필요

C++20에서는 <=> (우주선 연산자) 하나로 모든 비교가 자동 생성됩니다.

#include <compare>

class Vec2 {
public:
    float x, y;
    auto operator<=>(const Vec2&) const = default;  // 모든 비교 자동 생성
    bool operator==(const Vec2&) const = default;   // == 도 명시 권장
};

Vec2 a{1, 2}, b{1, 3};
bool less = a < b;  // 자동 생성된 <

반환 타입(std::strong_ordering, std::weak_ordering, std::partial_ordering)은 비교 의미론에 따라 다릅니다. float 멤버는 partial_ordering(NaN 때문)이 됩니다.

[] 연산자

class Buffer {
    std::vector<int> data_;
public:
    int& operator[](size_t i)             { return data_[i]; }
    const int& operator[](size_t i) const { return data_[i]; }
};

C++23에서는 다차원 인덱스를 지원합니다.

// C++23
int& operator[](size_t r, size_t c) { return data_[r * cols_ + c]; }
mat[1, 2] = 5;

함수 호출 연산자 ()

함수 객체(functor)를 만들 때 사용합니다.

struct Multiplier {
    int factor;
    int operator()(int x) const { return x * factor; }
};

Multiplier times3{3};
int result = times3(5);  // 15

람다는 내부적으로 이 방식으로 구현됩니다.

흔한 실수

// 대입 연산자: 자기 대입 체크 + *this 반환
Vec2& operator=(const Vec2& rhs) {
    if (this == &rhs) return *this;
    x = rhs.x; y = rhs.y;
    return *this;  // 체이닝 지원
}

// 증감 연산자: 전위/후위 구분
Vec2& operator++()    { ++x; return *this; }       // 전위
Vec2  operator++(int) { Vec2 tmp = *this; ++x; return tmp; }  // 후위

정리

• += 등 복합 대입은 멤버로, + 등 이항 연산은 비멤버(friend)로 구현
• C++20 <=> 하나로 6개 비교 연산자 자동 생성
• 대입 연산자는 자기 대입 보호와 *this 반환 필수
• 연산자의 직관적인 의미론 유지가 가장 중요