인간이 쓰는 언어의 숫자만 해도 아마 100여개가 넘을거라고 생각된다. C언어는 기계어를 대신해서 사용할 수 있도록 인간의 언어로 쓰여진 프로그래밍 언어인데, 그렇다면 인간의 언어중 어떤 언어를 사용하고 있을까. 답은 영어다. 컴퓨터라는 기계가 영어문명권에서 발명이 되다보니, 컴퓨터에서 프로그램을 만들기 위해 사용한 C언어도 자연스럽게 영어 알파벳을 기본 문자로 사용하도록 만들어 졌다. - 한글로된 컴퓨터 언어를 사용해보자라고 해서 씨앗이라는 한글로 사용가능한 언어가 있었기는 했다. 당시에는 꽤 주목을 받기도 했었는데, 소리소문 없이 잊혀지고 말았다. 그때가 내가 대학 1학년 때인가? 되었던 듯 싶다. -
C에서 사용하는 문자들은 다음과 같다.
a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ! " # % & ' ( ) * + , - . / : ; < = > ? [ \ ] ^ _ { | } ~ space, tab, newline, form feed
위의 문자셋은 C언어 뿐만 아니라. 다른 거의 대부분의 프로그래밍 언어에서도 기본으로 사용하고 있다.
이제 연속된 연산, 예를들어서 1부터 100까지의 숫자를 더하는 연산을 해야한다고 가정해보자. 단순하게 1부터 100까지 더할경우 100번의 덧셈이 필요하게 되는데, 이를 위해서는 각각의 연산결과를 어딘가에 저장을 해야 한다. 이런경우 암산능력이 좋은 사람은 머리에 연산결과를 기억할 것이고, 그렇지 못한 사람은 종이등을 이용하게 될 것이다.
컴퓨터는 메모리공간을 이용한다. 위의 1부터 100까지 더하는 연산을 할경우 매번 메모리의 저장장소에 연산결과를 넣었다 뺐다하는 일을 한다. 이런 컴퓨터의 메모리 공간에는 일련의 숫자로된 주소가 메겨져 있다. 여러분의 컴퓨터의 메모리가 2 Gigabyte라면, 0부터 2147483647까지의 번호가 매겨져 있고, 이중 사용하지 않는 곳의 주소의 번호를 알아내어서 그곳에 연산결과를 저장하는 식이다.
여러분이 연산결과를 저장하기 위해서 2184912 번째 주소를 사용해야 한다라고 가정해보자. 기억해서 사용하기가 그렇게 만만치 않을 것이다. 그래서 사용하기 쉽게, 숫자대신 알파벳문자를 사용해서 해당 주소를 대신 가리키게 된다. 이때 연산의 결과로 저장되는 값을 변수라고 하고, 변수가 저장될 공간을 쉽게 사용하기 위해서 영어로 명명한 것을 변수명 이라고 한다.
변하는 수가 있으면 변치 않는 수가 있을 것이다. 이를 상수라고 하며, 마찬가지로 상수명을 이용해서 상수가 저장될 메모리 공간을 가리키게 된다.
+----------<--------- sum = 1+2 | +-----------+---+---------+ | 메모리 | | | +-----------+---+---------+
인간과 달리 사물을 추상화 시켜서 생각할 수 있는 능력이 없는 컴퓨터이다 보니, 데이터가 어떤 종류의 것이며 (데이터형), 어느정도의 크기 (데이터 크기)를 가지고 있는지를 명확히 알려줘야 할 필요가 있다.
인간은 "천원은 큰돈이다"와 "1000+2000=3000" 에서 문자열 "천"과 숫자 "1000"을 구분해 낼 수 있지만 컴퓨터는 도대체 구분해 낼 수가 없기 때문이다.
때문에 모든 언어는 고유의 크기를 가지는 데이터 형(Type)을 제공하고 있다. C언어는 다음과 같은 크기를 가지는 데이터 형이 준비되어 있다.
데이터 형
크기
설명
int
4byte
정수형 숫자
char
1byte
단일 문자
float
4byte
실수
double
8byte
실수
예를 들어 데이터타입이 int인 a라는 변수가 있다고 가정했을 때, 여기에 저장할 수 있는 데이터의 크기는 2^32 이니 0 - 4294967296이 될거라고 생각할 수 있다. 그러나 실제로는 음수를 표현해야 하기 때문에 -2147483648 - 2147483647사이의 값을 저장할 수 있다.
char 형은 하나의 문자를 저장하기 위해서 사용하는데, 2^8에서 음수를 표현해야 하므로 -127 - 128의 값을 사용할 수 있다.
int형 변수 a에 1을 저장했다면, 0번째 비트에 1이, 2를 저장했다면 1번째 비트에 1, 2번째 비트에 0이 저장될 것이다. -1을 저장하고 싶다면 ? 이러한 음의 값의 표시를 위해서 마지막 비트를 따로 남겨 두었다. 즉 31번째 비트에 1이 있으면 음수, 0이 있으면 양수라고 약속을 한 것이다. 다음은 int형 정수가 메모리 상에 어떻게 저장되는지를 나타내고 있다.
2 : 00000000 0000000 00000000 00000010
1 : 00000000 0000000 00000000 00000001
0 : 00000000 0000000 00000000 00000000
여기에서 -가 되면 아래와 같이 표현된다.
-1 : 11111111 11111111 11111111 11111111
-2 : 11111111 11111111 11111111 11111110
-3 : 11111111 11111111 11111111 11111101
이렇게 해보면 양의 정수로 가장큰 수와 음의 정수중 가장 작은 수는 아래와 같음을 계산할 수 있다.
가장 큰 양의 정수 : 011111111 11111111 11111111 11111111 (2147483647)
가장 작은 양의 정수 : 100000000 00000000 00000000 00000000 (-2147483648)
약간 혼란스럽기는 하겠지만, 이해하는데 크게 어려움은 없을 것이다.
이렇게 해서 음의 수를 표현하긴 했는데, 대신에 저장가능한 숫자의 크기가 2^32 에서 2^31으로 2배만큼 줄어듬을 알 수 있다. 그렇다면 음수를 사용할 필요가 없을 경우 굳이 마지막 비트를 음수인지 양수인지를 판단하기 위해서 낭비할 필요가 없을 것이다.
이를 위해서 unsigned가 제공된다. 부호없는 뜻으로 해석하면 되며, 기본 자료형앞에 써주기만 하면 된다. unsigned int는 부호없는 정수를 저장하기 위한 데이터형이다. 동일하게 unsigned char, unsigned double 등의 자료형을 사용할 수 있다. unsigned가 생략될 경우 signed가 적용된다.
100000000 00000000 00000000 00000000가 주어질 경우 signed int 에서는 -2147483648이던 것이 unsigned int 에서는 2147483648이 되는 식이다.
다음은 signed와 unsigned를 이해하기 위한 간단한 C 코드다.
#include <stdio.h> #include <string.h>
int main() { int a = -2147483648; printf("%d\n", a); printf("%u\n", a); printf("================\n"); a = a + 1; printf("%d\n", a); printf("%u\n", a); }
사용자의 나이를 입력받아서 어떤 일을 하는 프로그램을 만들어야 하는 경우를 생각해보자. 대부분의 사용자가 정상적으로 입력하겠지만, 900, 28129315 와 같은 터무니 없는 수를 입력하는 경우도 발생할 것이다. 이런 문제는 입력가능한 최대값을 정해놓고 비교하는 것으로 해결가능 할것이다.
아래는 컴파일 후 실행가능한 예제 프로그램이다. 이 프로그램은 사용자의 입력을 숫자로 변환한다음 250을 초과하는지를 검사한다.
#include <stdio.h>
int main(int argc, char **argv) { int age; // ** 변수 age의 선언 char buf[12]; // 사용자의 입력을 저장할 버퍼 const int maxage=250; // ** 상수 maxage의 선언
age = 0; // age의 기본값으로 0을 입력한다. printf("Your Age is ? "); fgets(buf, 11, stdin); // 표준입력으로 입력을 받아들여서 buf에 저장한다. age = atoi(buf); // 읽어들인 값을 int 정수형으로 변환한다.
if (age > maxage) // age와 maxage를 비교한다. { printf("Are you crazy ? \n"); printf("Max age is %d\n", maxage); return 1; } printf("OK your age is %d\n", age); return 0; }
상수는 const 키워드를 이름 앞에 붙이면된다. 예를 들어 문자열 상수를 선언하기를 원한다면, const char *name = "yundream" 하면 된다. const가 일단 붙으면, 선언할때에만 값을 넣어줄 수 있으며, 중간에 값을 변경할 수 없다. age= atoi(buf) 다음줄에 maxage=180를 넣어보기 바란다. 실행은 커녕 컴파일조차 안될 것이다.
# gcc -o input input.c input.c: In function ‘main’: input.c:13: error: assignment of read-only variable ‘maxage’
상수를 사용하는 이유는 뭘까 ? 상수는 권한을 정함으로써, 프로그래머의 실수를 미연에 방지하고자 할 때 유용하게 사용할 수 있다. 위의 예에서와 같이 maxage는 고정된 값으로 프로그램 여기저기에서 사용될 수 있을 것이다. 만약 이게 변수라면, 프로그래머가 실수로, 한쪽에서는 150, 다른 함수에서는 100 으로 입력하는 등의 문제가 발생할 수 있을 것이고, 이는 프로그램의 심각한 논리적 버그가 될 수 있다. const를 이용해서 변수를 상수로 선언함으로써 이러한 문제를 예방할 수 있다.
그러나 C에서 변수는 선언과 동시에 정의가 이루어 지므로 차이가 없으므로, 변수 x를 선언했다는 의미는 변수에 대한 선언과 정의까지를 의미한다. C 컴파일러가 int i를 선언함과 동시에 4byte의 메모리 공간을 할당하고, 그 메모리에 있던 값을 사용하게 되기 때문이다. 메모리에 있던 값이 어떤 값인데? 물론 그것은 알 도리가 없다. 프로그램의 실행시 할당된 4byte의 메모리에 어떤값이 있느냐에 따라 달라지기 때문이다. 아래의 프로그램을 연속해서 실행시켜 보기 바란다.
#include <stdio.h> int main() { int i; printf("%d\n", i); }
실행할 때 마다 값이 달라지는 것을 알 수 있을 것이다. 이렇게 변수를 선언할 경우 어떤 값이 들어 있을지 알 수 없으므로, 선언과 동시에 값을 입력해주는 초기화작업이 필요하다. 초기화 작업을 하지 않을 경우 심각한 문제를 가진 프로그램이 만들어 질 수 있기 때문이다.
아래의 예제는 좀 더 쉬운 예제로 변경할 필요가 있음..
#include <stdio.h>
int main() { int i = 0; int k; while(k <= 100) { i = i+k; k++; } printf("%d\n", i); }
1부터 100까지의 모든 수를 더하는 프로그램을 만드는게 목적이였지만, i의 값을 초기화 해주지 않은 이유로 전혀 엉뚱한 결과가 출력이 될 것이다. 아래와 같은 방법으로 선언과 동시에 초기화 하거나 혹은 사용하기 전에 초기화 해주는 센스가 필요하다.
연산자는 단일 문자혹은 단어로 내부함수를 사용할 수 있도록 한다. 우리는 이미 몇개의 예제 프로그램을 통해서 사칙연산을 위한 연산자, 비교연산자를 사용했었다. 이러한 연산자는 결과를 출력하기 위해서 하나이상의 피연산자를 필요로 한다. 사칙연산자라면 2개의 피연산자를 필요로 할 것이다. 예를 들어 덧셈을 위한 연산자인 +를 이용해서 4 + 5를 했다면 2개의 피연산자를 더한 결과로 9를 얻게 될 것이다.
+,- 혹은 함수의 계산에 의해서 만들어진 결과는 변수에 저장이 되어야 한다. 이렇게 어떤 결과값을 다른 변수에 저장하기 위해 사용하는 연산자가 대입 연산자이다. 대입연산자는 =를 사용하며, 하나의 피연산자만을 가진다.
아래에 대입연산자를 사용하는 방법이 나왔다.
int eng, kor, math, total;
eng = 85; kor = 76; math = 80;
total = eng+kor+math;
대입연산자는 =를 기준으로 오른쪽의 값을 왼쪽의 변수에 밀어넣는다. 오른쪽의 값을 변수에 저장한다고 이해하면 된다. 위 코드에서 eng변수에 85가 저장되었음을 알 수 있다.
왼쪽에는 반드시 변수가 와야 한다. 아래는 잘못된 코드다
5 = 2 + 3;
일반적으로 '''='''를 같다라는 의미로 사용하는 경우가 있는데, C에서 '''='''는 비교를 위해서 사용하는 연산자가 아니다. C는 같음을 비교를 위해서 '''=='''를 사용한다. 경험있는 프로그래머도 '''=='''를 쓸곳에 '''='''를 쓰는 잘못은 흔하게 한다.
C에서는 ++와 --라는 특수한 형태의 연산자를 제공한다. 이들은 각각 증가연산자와 감소 연산자라고 불리운다.
++ : 변수에 1을 더한다
-- : 변수에서 1을 뺀다.
즉 a = a + 1은 a++와 동일한 결과를 보여준다. 또한 ++a와도 동일한다. 코드의 양을 줄여서 가독성을 높이기 위한 목적으로 주로 사용된다- 증감연산자를 사용한다고 해서 반드시 가독성이 좋아지는 건 아니긴 하다 -. 이들 증감연산자는 포인터의 위치를 증가하거나 감소하기 위한 목적으로도 사용할 수 있다. 포인터는 나중에 다루게 될 것이다.
엄격히 말하자면 a++과 ++a는 사용되는 코드에 따라서 다른 결과를 보여줄 수도 있는데, 이는 나중에 언급하도록 하겠다.
컴퓨터는 0-9를 사용하는 인간과 달리 0과 1로된 비트를 이용해서 계산을 한다는 것은 다들 알고 있을 것이다. 그러하다 보니 컴퓨터를 이용해서 정보를 제대로 다루기 위해서는 비트를 제대로 이해하고 다루는게 매우 중요하게 된다. 비트 연산자는 비트를 다루기 위한 목적으로 사용한다.
우리가 일반적으로 사용하는 x86컴퓨터의 경우 byte를 기본단위로 사용하게 된다. 때문에 비트연산자를 통해서 비트연산을 할 때에도 byte단위로 연산하게 된다. C는 다음과 같은 비트연산자를 준비하고 있다.
a & b
비트단위 AND
AND 연산자
a | b
비트단위 OR
OR 연산자
a ~ b
비트단위 exclusive
a << b
왼쪽으로 비트를 이동
쉬프트 연산자
a >> b
오른쪽으로 비트를 이동
~a
1의 보수
& 연산자는 간단하다. 십진수 10와 14가 있을경우 이 두 수를 & 연산하면 다음과 같은 결과를 보여줄 것이다. |연산은 굳이 설명하지 않도록 하겠다.
언뜻 새각하기에 28이라는 결과가 나올 거라고 예상할 수 있지만, C는 나름대로의 연산자 우선순위에 따라서 *연산을 +연 산보다 먼저하게 된다. 그래서 22라는 결과가 나오게 된다. 즉 위의 코드의 경우 C는 ((5*4) + 2)로 해석해서 계산을 한다. 눈치챘겠지만 연산순위를 무시하거나 잘못 이해할 경우 전혀 엉뚱한 잘못된 프로그램을 만들어 낼 수 있다.
다음은 C에서 적용되는 연산자 우선순위다. 참고로 결합성은 우선순위가 같은 연산자들이 여럿있을 경우 어느방향으로 처리할 건지를 결정하기 위해 사용된다. 좌->우는 왼쪽에서 먼저, 우->좌는 오른쪽에서 먼저 계산한다는 걸 의미한다.
순위
연산자
결합성
1
(), [], ->
좌-> 우
2
!-, ++, --, +(단항), -(단항), *(포인터), &, sizeof
우->좌
3
*, /, %
좌->우
4
+, -
좌->우
5
<<, >>
좌->우
6
<, <=, >, >=
좌->우
7
==, !=
좌->우
8
&(비트연산자)
좌->우
9
~
좌->우
10
!
좌->우
11
&&
좌->우
12
| |
좌->우
13
?:
좌->우
14
,
우->좌
위의 우선순위를 이해했다면, 아래의 좀 복잡해 보이는 코드가 어떻게 계산될지 예상할 수 있을 것이다.
a=10*3-40/20*12+20%-2
위의 코드는 다음고 가탕이 계산된다.
a=[(10*3)-{(40/20)*15}]+{20%(-2)}
그러나 연산순위를 이해하고 있다고 하더라도 많은 연산이 들어가는 코드를 작성하다 보면 필연적으로 실수를 하게 된다. 게다가 코드의 가독성도 극적으로 떨어진다. a=10*3-40/20*12+20%-2가 무슨일을 하는지 한눈에 이해하기란 쉬운일이 아니다. 그러니 연산순위같은 것에 신경쓰지말고 괄호 ()를 이용해서 직접 우선순위를 정하는 방법을 사용하도록 한다. a=10*3-40/20*12+20%-2를 괄호를 이용하면 다음과 같이 재 작성할 수 있다. 실수도 막아줄 뿐더러, 이해하기도 훨씬 쉽다는걸 느낄 것이다.
아래의 예제는 좀 더 쉬운 예제로 변경할 필요가 있음..
