연산자 오버로딩

C++에서 연산자 오버로딩은 사용자 정의 타입에 대해 기본 제공 타입과 유사한 직관적인 연산 구문을 제공하는 핵심 기능이다. 이는 클래스나 열거형과 같은 타입에 대해 +, -, ==와 같은 연산자의 의미를 재정의하는 것을 의미한다. 연산자 오버로딩은 본질적으로 특별한 이름을 가진 멤버 함수나 비멤버 함수를 정의함으로써 구현되며, 컴파일러는 해당 연산자가 사용될 때 이 함수를 호출한다.

구체적인 예시로, 시간을 표현하는 Time이라는 클래스에 덧셈 연산자(+)를 오버로딩하는 경우를 살펴볼 수 있다. 이 연산자는 두 개의 Time 객체를 받아 시, 분, 초를 각각 더하고, 60초가 넘으면 분으로, 60분이 넘으면 시로 올림 처리한 후 새로운 Time 객체를 반환한다. 이는 멤버 함수로 Time Time::operator+(const Time& rhs) const 형태로, 또는 비멤버 함수로 Time operator+(const Time& lhs, const Time& rhs) 형태로 정의할 수 있다. 전자의 경우 왼쪽 피연산자가 호출 객체가 되며, 후자의 경우 두 피연산자가 모두 명시적인 매개변수가 된다.

연산자 오버로딩을 통해 time1 + time2와 같은 자연스러운 표현이 가능해지며, 이는 함수 호출 time1.add(time2)를 사용하는 것보다 코드의 가독성과 추상화 수준을 높여준다. C++에서는 산술 연산자, 비교 연산자, 스트림 입출력 연산자(<<, >>), 배열 인덱스 연산자([]), 함수 호출 연산자(()) 등 광범위한 연산자를 오버로딩할 수 있지만, ::, ., .*, ?:와 같은 일부 연산자는 오버로딩이 허용되지 않는다.

C++ 이외에도 여러 프로그래밍 언어가 연산자 오버로딩을 지원하며, 그 구현 방식과 허용 범위는 언어마다 다르다. 에이다는 1980년대 초부터 연산자를 오버로딩할 수 있지만, 언어 설계 철학상 새로운 연산자를 정의하는 것은 허용하지 않고 기존 연산자에 대한 새로운 의미만 부여할 수 있다. C#과 D는 C++의 영향을 받아 연산자 오버로딩을 제공하지만, 일부 연산자에 제한을 두거나 특정 규칙을 더 엄격하게 적용하는 경향이 있다.

파이썬과 루비 같은 동적 타입 언어들은 특별한 이름의 메서드를 정의하는 방식으로 연산자 오버로딩을 구현한다. 예를 들어, 파이썬에서 + 연산자는 __add__ 메서드를, * 연산자는 __mul__ 메서드를 호출한다. 이 방식은 사용자 정의 클래스에 언어 내장 타입과 동일한 직관적인 연산 구문을 적용할 수 있게 한다. 스칼라와 F# 같은 함수형 언어들도 풍부한 연산자 오버로딩을 지원하며, 심지어 새로운 연산자 기호를 정의하는 것도 가능하다.

반면, 자바와 자바스크립트는 의도적으로 연산자 오버로딩을 언어 사양에서 제외했다. 자바의 설계자들은 연산자 오버로딩이 코드의 가독성을 해치고 오용의 소지가 크다고 판단하여, 대신 명시적인 메서드 호출(예: a.add(b))을 사용하도록 권장한다. 이는 연산자 오버로딩에 대한 논란을 보여주는 대표적인 사례이다.

연산자 오버로딩 개념의 역사적 기원은 1960년대 후반으로 거슬러 올라간다. 이 개념이 공식적으로 도입된 최초의 주요 프로그래밍 언어는 ALGOL 68이다. ALGOL 68은 다형성을 지원하는 언어로서, 사용자가 기존 연산자에 새로운 의미를 부여할 수 있도록 허용했다. 이는 사용자 정의 데이터 타입에 대해 언어에 내장된 연산 구문을 자연스럽게 적용할 수 있는 길을 열었다.

ALGOL 68에서 연산자 오버로딩은 특별한 선언 없이도 가능했다. 예를 들어, 프로그래머는 논리 연산자 ∨(OR), ∧(AND), ¬(NOT)에 대한 새로운 구현을 정의하거나, 등호(=)와 부등호(≠)의 동작을 재정의할 수 있었다. 더 나아가, 언어는 프로그래머가 완전히 새로운 연산자 기호를 창조하는 것까지 허용하여, 표현의 자유도를 크게 높였다.

이러한 ALGOL 68의 설계는 이후 등장하는 객체 지향 언어들에 지대한 영향을 미쳤다. 연산자 오버로딩을 통해 "가까운 목표 범위 표기법"을 실현하려는 아이디어, 즉 특정 문제 영역(예: 수학, 물리학)의 표기법을 프로그램 코드에서 직접 사용할 수 있게 하려는 목표가 여기서 구체화되었다. 이 초기 구현은 단순한 함수 호출(예: add(a, b))보다 a + b와 같은 직관적인 구문을 사용자 정의 타입에 적용할 수 있는 강력한 패러다임을 제시했다.

1980년대는 연산자 오버로딩 기능이 몇몇 주요 프로그래밍 언어에 본격적으로 도입되어 확립된 시기이다. 이 시기에 에이다와 C++가 각각의 철학에 따라 연산자 오버로딩을 채택하면서, 이후 언어 설계에 큰 영향을 미쳤다.

에이다는 1983년 공표된 에이다 83 표준에서 연산자 오버로딩을 지원하기 시작했다. 에이다의 접근 방식은 보수적이었는데, 프로그래머가 언어에 미리 정의된 연산자들(예: +, *, and 등)에 대해서만 새로운 동작을 정의하는 오버로딩을 할 수 있고, 완전히 새로운 연산자 기호를 창조하는 것은 허용하지 않았다. 이는 언어의 안정성과 가독성을 우선시한 설계 결정이었다. 이후 1995년과 2005년의 개정판에서도 이 원칙은 유지되었다.

한편, C++는 비야네 스트롭스트룹에 의해 개발되면서 ALGOL 68의 영향을 받아 연산자 오버로딩을 구현했다. C++의 접근법은 에이다보다 더 유연하여, 사용자 정의 클래스에 대해 이항 연산자 및 단항 연산자를 오버로드할 수 있도록 했다. 이를 통해 사용자 정의 타입도 기본 제공 타입처럼 직관적인 연산 구문을 사용할 수 있게 되었고, 이는 C++가 객체 지향 프로그래밍에서 강력한 위치를 차지하는 데 기여한 핵심 기능 중 하나가 되었다.

1990년대는 객체 지향 프로그래밍이 본격적으로 확산되던 시기로, 연산자 오버로딩에 대한 접근 방식이 언어마다 뚜렷하게 갈라지는 시기였다. C++와 에이다가 이 기능을 적극적으로 채택하고 발전시킨 반면, 새롭게 등장한 주요 언어들은 다른 설계 철학을 보였다. 특히 썬 마이크로시스템즈는 1995년에 발표한 자바 언어에 연산자 오버로딩을 의도적으로 포함하지 않기로 결정했다. 이는 코드의 명확성을 해칠 수 있고, 프로그래머가 내장 연산자의 의미를 예측할 수 없게 만드는 복잡성을 피하기 위한 선택이었다.

이 시기에 파이썬과 루비 같은 스크립트 언어들이 등장하며 연산자 오버로딩에 대한 유연한 접근법을 선보였다. 이 언어들은 사용자 정의 클래스에 대해 특별한 이름의 메서드(예: 파이썬의 __add__)를 정의함으로써 연산자 동작을 쉽게 재정의할 수 있게 했다. 이는 C++의 복잡한 문법보다 직관적이었으며, 다형성을 구현하는 한 방법으로 널리 받아들여졌다. 한편, 델파이와 오브젝트 파스칼도 이 시기에 제한된 형태의 연산자 오버로딩을 도입했다.

1990년대 후반에는 C++의 STL이 널리 사용되면서, 연산자 오버로딩이 반복자와 알고리즘을 사용하는 제네릭 프로그래밍의 필수 요소로 자리 잡았다. 예를 들어, 사용자 정의 컨테이너가 표준 라이브러리와 호환되려면 ==, !=, *(역참조) 같은 연산자를 올바르게 정의해야 했다. 이는 연산자 오버로딩이 단순한 편의 기능을 넘어 라이브러리 상호운용성의 핵심 도구로 부상했음을 보여준다.

2000년대 이후 연산자 오버로딩은 더 많은 현대 프로그래밍 언어에 채택되거나 그 기능이 확장되는 추세를 보인다. 2001년에 발표된 C#은 C++의 영향을 받아 연산자 오버로딩을 공식적으로 지원하기 시작했다. C#에서는 사용자 정의 구조체와 클래스에 대해 한정된 집합의 연산자를 오버로드할 수 있도록 하여, 가비지 컬렉션이 관리되는 환경에서도 수학적 타입이나 복소수와 같은 도메인 특화적 표현을 자연스럽게 지원한다.

2000년대 중후반에 등장한 스칼라와 코틀린 같은 JVM 언어들은 연산자 오버로딩을 보다 유연하게 구현했다. 이 언어들에서는 고정된 연산자 기호뿐만 아니라 특정 네이밍 패턴을 가진 메서드 (예: plus, times)를 정의함으로써 해당 연산자 사용을 가능하게 하는 방식을 취한다. 이는 연산자 오버로딩을 문법적 설탕으로 제공하면서도, 내부적으로는 명시적인 함수 호출로 처리된다는 점에서 특징적이다.

한편, 자바와 자바스크립트는 여전히 공식적으로 연산자 오버로딩을 지원하지 않는 주요 언어로 남아있다. 자바의 설계 철학은 연산자 오버로딩이 코드의 명확성을 해칠 수 있다는 우려에 기반한다. 그러나 자바스크립트의 경우, + 연산자가 문자열 연결과 숫자 덧셈에 이미 오버로드되어 있다는 점에서 언어 자체에 제한적 형태의 오버로딩이 내재되어 있다고 볼 수 있다.

이 시기에는 동적 타입 언어인 파이썬과 루비에서의 연산자 오버로딩 활용이 두드러졌다. 이러한 언어들은 특별한 던더 메서드 (예: __add__, __mul__)를 통해 연산자 동작을 정의할 수 있어, 사용자 정의 객체에 대해 직관적인 연산 구문을 제공하는 데 널리 사용된다.