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시간 관련 함수

프로그램에서 시간은 거의 필수로 다루어질 만큼 중요한 요소입니다. 그래서 우리는 시간을 잘 다루어야 할 필요가 있습니다.  그래서 이번에는 C언어에서 시간과 관련된 함수 몇가지를 살표보도록 하지요. 지금부터 다룰 함수는 모두 시간과 관련된 함수이므로 time.h 헤더파일을 포함시켜야한다는 것을 잊지 마세요.

time

가장 기본적인 시간 관련 함수입니다. 함수의 원형은 다음과 같죠.

#include <time.h>

time_t time(time_t *timeptr);

이 함수는 1970년 1월 1일 0시 (UTC)부터 인자값(timeptr)까지 흐른 시간을 반환합니다. 그 단위가 초단위지요.  이 함수의 사용방법은 주로 2가지 입니다.

timeptr이라는 매개변수에 인자를 전달하여 현재까지 흐른 시간을 초단위로 구하거나, time함수에 NULL을 전달하여 반환값을 받거나 입니다.

그래서 현재시간까지 구한다면 time(NULL)을 호출해서 반환값을 받으면 되는 것이죠. 아래의 예처럼요.

time_t t; t = time(NULL); printf("%ld\n", t); 

그 결과는 아래처럼 큰 정수를 반환하게 되지요. 1970년 1월 1일 0시(UTC)부터 지금까지 초단위의 시간을 구하기 때문이지요.

1548588718

localtime

이 함수는 지역시간을 구해냅니다. 반환하는 형식은 구조체인데 tm이라는 구조체입니다. 다음 함수의 원형처럼 말이죠.

#include <time.h>

struct tm *localtime(const time_t *timeval);

우리는 위의 time함수에서 UTC기준으로 흐른 시간을 초단위로 구했지요. 초단위로 구하니 보기도 어렵고 지금이 몇월인지 몇년도인지 구분하기가 어렵습니다. 그래서 이것을 사람이 잘 알아보게끔 구조체로 변환할 수 있는 함수가 바로 localtime함수입니다.

우리는 반환값인 tm구조체를 다는 아니어도 필요한 몇가지 멤버는 알아야할 필요가 있습니다.

struct tm {

        int tm_sec;   //초

        int tm_min;   //분

        int tm_hour;   //시

        int tm_mday;  //일

        int tm_mon;    //월(0부터 시작)

        int tm_year;    //1900년부터 흐른 년

        int tm_wday;  //요일(0부터 일요일)

        int tm_yday;  //현재 년부터 흐른 일수

        int tm_isdst; 

};

필드명은 꽤 직관적입니다. 이 필드명만 보아도 무엇을 의미하는 것인지 잘 알것이라고 생각합니다.

자세한 것은 코드로 살펴보도록 합시다.

#include <stdio.h>
#include <time.h>

int main() { 
        time_t current;
        time(&current); 
        struct tm *t = localtime(&current);

        printf("%d년 %d월 %d일 ", 
                        1900 + t->tm_year, t->tm_mon + 1, t->tm_mday); 

        switch (t->tm_wday) {
                case 0:printf("일요일 "); 
                       break;
                case 1:printf("월요일 ");
                       break;
                case 2:printf("화요일 "); 
                       break; 
                case 3:printf("수요일 "); 
                       break;
                case 4:printf("목요일 "); 
                       break; 
                case 5:printf("금요일 ");
                       break;
                case 6:printf("토요일 "); 
                       break;
        } 

        printf("%d:%d:%d\n", t->tm_hour, t->tm_min, t->tm_sec);
        printf("1년 365일 중 %d일째\n", t->tm_yday + 1); 
}

그 결과는 다음과 같습니다.

2019년 1월 27일 일요일 20:55:9

1년 365일 중 27일째

각각 년, 월, 일 , 시, 분, 초, 요일을 각각 구할때, 또는 날짜계산, 시간계산을 할때 편리하겠군요.

ctime

#include <time.h>

char *ctime(const time_t *time);

구조체를 굳이 사용하고 싶지 않고 사용자가 시간을 읽을 수 있게끔 문자열로 변환하는 것이 ctime함수입니다. 마찬가지로 time함수에서 반환된 값을 ctime에 인자로 쏙 집어넣으면 현재 시간 정보를 다음과 같이 보기좋은 형식으로 반환해줍니다.

Www Mmm dd hh:mm:ss yyyy

 

Www 요일을 영어 세글자로 나타냅니다.

Mmm 월을 영어 세글자로 나타냅니다.

dd 날짜를 숫자 두글자로 나타냅니다.

hh 시를 숫자 두글자로 나타냅니다.

mm 분을 숫자 두글자로 나타냅니다.

ss 초를 숫자 두글자로 나타냅니다.

yyyy 년도를 숫자 네글자로 나타냅니다.

ctime이 어떤 함수인지 알았으면 어떻게 사용하는지 코드를 보세요. 몇 줄 안되는 코드입니다.

#include <stdio.h>
#include <time.h>

int main() { 
        time_t t = time(NULL); 
        printf("현재시간 :%s\n", ctime(&t));
}

코드는 상당히 간단합니다. 어떻게 나오는지 살펴보지요.

현재시간 :Sun Jan 27 21:07:50 2019

asctime

이 함수는 ctime과 같이 시간을 문자열로 출력해주지만 인자로 tm구조체 포인터를 받는 것과 ctime과 다른게 없습니다.

#include <time.h>

char *asctime(const struct tm *tm);

반환하는 문자열 포맷도 ctime과 똑같습니다. 사용방법은 그저 tm구조체 포인터를 전달하기만 하면 됩니다.

아래의 사용예를 보세요.

#include <stdio.h>
#include <time.h> 

int main() {
        time_t current = time(NULL);
        struct tm *t = localtime(&current); 
        printf("현재시간 :%s\n", asctime(t));
}

비트연산자

컴퓨터가 사용하는 모든 데이터들은 전부 1과 0으로 이루어진 비트열이라는 것을 다들 잘 알겁니다.

C언어에서도 역시 그렇습니다. 우리는 정수형 변수 a에 16이라는 데이터를 집어넣는 것은 사실 코딩할때만 그렇습니다. 하지만 실행이 될때는 이진수로 메모리에 저장이 되어있죠.

만약

int a=16

이라고 정수를 메모리에 넣어준다면 이렇게 메모리에 잡히게 됩니다.

int는 4바이트의 메모리를 갖고 있으므로 

0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0000

이렇게 저장이 되지요.

우리는 이러한 비트로 연산을 수행할 수 있습니다. 오늘은 이런 비트 연산에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

NOT ( ~ )

NOT연산자는 비트열을 반전시키는 연산자입니다. 직관적으로 이해하기도 쉽습니다.

만약 비트가 1이면 0으로 반전하고, 0이면 1로 바꾸기만 하면 되니까요. 연산자 기호는 ~를 씁니다.

그래서 만약

~1000 0110 는 0111 1001로 바뀌게 됩니다.

OR( | )

OR 연산자는 | 입니다. 엔터 위쪽 \가 보이시나요? 이것을 쉬프트기로 눌러 입력한게 바로 OR연산자 | 입니다. A OR B는 A 또는 B가 1이라면 답은 1이 되는 겁니다.

두 비트가 모두 0일때 0이라는 것을 알 수 있네요.

다음의 계산 예를 봅시다. 

AND( & )

AND 연산자는 두 비트열 모두 1일때 1이 됩니다. 

둘 다 1일때만 1인것을 알 수 있습니다.

다음의 예를 보고 AND연산에 대해서 보도록 합시다.

OR연산과 AND 연산은 정말 쉽습니다.

XOR( ^ )

XOR 연산자는 두 비트열 중 1이 하나만 있을때 답이 1이 됩니다. 또는 1이 홀수개 일때 답이 1이 된다고 기억하면 됩니다.

1이 홀수개일때만 1이 됩니다.

SHIFT( <<, >>)

쉬프트 연산은 비트를 옮기는 연산을 수행합니다. 옮기는 방향에 따라 두 종류가 있습니다. 바로 left shift와 right shift가 그것이죠.

비트를 왼쪽으로 옮기려면 << 연산을 사용하고, 오른쪽으로 옮기려면 >>연산을 사용합니다.

옮길 기준이 되는 비트열은 항상 연산자의 왼쪽, 얼만큼 옮길 건지를 결정하는 건 연산자의 오른쪽에 위치합니다.

만약 Left Shift 연산으로 왼쪽으로 비트열을 옮긴다면 가장 오른쪽에서부터 옮긴 비트열 길이까지 0으로 채워집니다.

하지만 Right Shift 연산으로 비트열을 오른쪽으로 옮기면 가장 상위비트(MSB:Most Significant Bit 라고 합니다.)를 왼쪽에서부터 채웁니다.

아래 예를 보면서 이해합시다.

왼쪽으로 3비트를 이동시키니 001은 삭제되었습니다. 그리고 10110이라는 비트열이 왼쪽으로 3비트 이동이 되지요. 그렇다면 자리가 3개가 남겠군요. 그건 0으로 채웁니다. 이것을 패딩(padding)이라고 하지요.

이제 오른쪽 비트이동입니다. 우선 이 비트를 오른쪽으로 3비트를 옮기니 100이 삭제가 됩니다. 그후 나머지 4비트는 오른쪽으로 3비트를 이동하면 왼쪽에 3비트를 추가로 채워야하지요. 옮기기전 가장 상위비트(MSB)는 빨간색으로 표시된 0입니다. 그러니 오른쪽으로 이동할때는 이 MSB를 가지고 왼쪽비트를 채우니 000으로 채워지는 겁니다.

자, 이제 MSB는 1입니다. 이 비트를 오른쪽으로 4비트를 이동하니 1001은 없어지겠죠? 그후 나머지 4비트를 오른쪽으로 이동하고 비워진 4비트는 MSB로 채우니 1로 채워지는 것입니다.

다음의 코드는 비트 연산에 대한 해답을 제공하는 프로그램입니다. 

#include <stdio.h>
#define SIZE 8

void printBitArray(char bits) {
	
	int i;
	for (i = SIZE-1; i >= 0;i--) {
		char bit = ((1 << i)&bits) > 0 ? '1' : '0';
		printf("%c ", bit);
	}
	printf("\n");
}
int main() {

	char bits1=0b10110110;
	char bits2=0b01101101;
	printf("bits1:"); printBitArray(bits1);
	printf("bits2:"); printBitArray(bits2);
	printf("\n\n");

	printf("NOT bits1:");  printBitArray(~bits1);
	printf("bits1 | bits2 :");  printBitArray(bits1 | bits2);
	printf("bits1 & bits2 :");  printBitArray(bits1 & bits2);
	printf("bits1 ^ bits2 :");  printBitArray(bits1 ^ bits2);
	
	printf("bits1 << 4 :");  printBitArray(bits1 << 4);
	printf("bits2 >> 2 :");  printBitArray(bits2 >> 2);
	printf("bits1 >> 3 :"); printBitArray(bits1 >> 3);
	
}

bits1과 bits2를 바꿔서 실행해보고 printBitArray의 매개변수로 비트연산을 해서 답을 확인해 보세요.

여기까지 비트연산자에 대해서 알아보았습니다.

C언어 문자열 함수

문자열을 다룰때 어떤 문자열 단위로 자르고 싶은 경우나 어떤 문자열에서 임의의 문자열을 찾고 싶은 경우가 있지 않았나요?

그 경우에 사용할 수 있는 문자열 함수를 소개하려고 합니다. 문자열 함수를 사용하기 위해서는 항상 string.h 헤더 파일을 include해야한다는 것을 잊지 마세요.

strtok

이 함수가 문자열을 어떤 문자열 기준으로 자르는 역할을 하는 함수입니다. 일단 함수의 원형을 보시죠.

2개의 파라미터를 갖고 있죠.

- str : 우리가 어떤 문자열을 자를지 넘겨받는 매개변수입니다.

- delimiters: 구분자라고 합니다. 여기서 자를 기준을 결정하는 것이지요.

예를 들어 str이 "show_me_the_money"라고 합시다. 그리고  문자열을 "_"(구분자)를 기준으로 자른다고 합시다. 그렇다면 show, me, the, money라는 4개의 문자열로 잘리겠죠.

- 반환값 : 잘린 문자열을 반환합니다. 만약 문자열이 전부 끝났다면 NULL을 반환하게 되지요.

이제 함수의 기본적인 설명은 여기까지하고 코드를 보면서 사용법을 확실히 알아보도록 하겠습니다.

▼strtok source code

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
	
	char str[32] = "show_me_the_money";
	char *tok=strtok(str, "_");

	while (tok != NULL) {
		printf("token : %s\n", tok);
		tok = strtok(NULL, "_");
	}
	printf("기존 문자열 :%s\n", str);
}

우선 결과를 보고 왜 이런 결과가 나왔는지 알아보도록 하지요.

▼결과

이 코드에서는 위의 예와 마찬가지로 "show_me_the_money"라는 문자열을 자르고 있습니다.

strtok는 처음 str 매개변수에 NULL이 아닌 문자열을 사용하면 자를 문자열을 넘겨받은 문자열로 결정합니다.

이후 실행할때 str에 NULL을 전달하면 이전에 설정했던 문자열을 계속해서 자르는 것이죠.

그래서 반복문 while루프 안에서는 strtok에 str인자를 NULL로 넘겨주고 있는 것이죠. 잘 잘려지고 있기는 합니다.

하지만 마지막 줄을 보세요.

마지막 줄은 기존의 문자열 str을 출력하고 있는데 "show_me_the_money"가 출력되지 않고 "show"만 출력이 되고 있습니다. 왜 기존의 문자열인str[32]="show_me_the_money"가 출력이 되지 않는 것일까요?

strtok는 눈치채셨겠지만 자를 문자열을 변환시키면서 문자열을 잘라나갑니다.

우리는 문자열의 마지막 문자가 NULL문자로 끝난다는 것을 알고 있습니다. 그렇다면 마지막에 str이 "show"만을 출력했다는 것은 "show\0"가 된 것을 짐작할 수 있을까요?

"show"이후 문자는 바로 '_' 문자인데, '_'문자가 '\0'인 NULL문자로 바뀌게 된 것 아닐까요?

결론부터 얘기하자면 맞습니다. 우리는 이 한가지만 기억합시다.

이거 하나만 기억하고 strtok가 어떻게 문자열을 자르게 되는지 그 과정을 살펴보도록 합시다.

우선 str이라는 문자열은 다음과 같이 메모리에 잡혀있을 겁니다.

이제 strtok(str,"_")를 호출하는 순간 str에서 "_"라는 문자열이 나올때 그 문자열 자리를 \0로 채우게 됩니다. 그 뒤에 ptr을 반환하게 됩니다. 바로 str[0]의 주소지요.

ptr은 위의 코딩에서 tok가 넘겨받게 되지요. 그래서 tok는 \0까지를 문자열로 인식하게 되므로 처음에는 "show"가 출력되게 되는 것이죠.

이후 ptr을 '\0'다음으로 위치시킵니다. 또 "_"가 나오면 그 자리를 NULL문자로 채우고 ptr의 주소를 반환합니다. 그렇다면 str[5]의 주소가 되겠지요.

이 후 ptr을 str[8]자리로 위치시킵니다. 이 자리는 '\0' 다음 위치지요. 다음에 나오는 "_"를 NULL로 채운 후 ptr을 반환시킵니다.

이제 '\0' 이후에 ptr을 위치시켜 다음 "_"를 찾는데 이제 "_"를 찾을 수 없고 '\0'문자를 만나게 되니까 "money"만을 출력하게 되는 것이죠. 

이 후에는 문자열이 종료되었으므로 strtok는 NULL을 반환하고 while반복문은 종료가 됩니다.

그렇다면 이제 다음 드는 의문은 strtok는 어떻게 ptr의 주소를 기억하고 있을까라는 점입니다. 그런 의문 안드세요?

왜냐면 함수는 종료가 되면 모든 지역변수를 반환하게 되는데 어떻게 ptr이라는 변수는 기억하고 있을까요?

바로 지역변수가 아니기 때문입니다. 변수나 자료형, 메모리 공간을 충분히 알고 있다면 ptr은 정적변수로 선언이 되었다는 것을 눈치챘을 겁니다. 그렇기 때문에 함수가 종료되어도 ptr은 다음 자를 문자열의 주소를 기억하고 있는 겁니다.

제가 한 설명이 의심이 된다면 한번 실험을 해보는 것도 나쁘지 않습니다.

다음의 코드를 실행시켜보세요.

▼strtok source code2

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main() {

	char str[32] = "show_me_the_money";
	int len = strlen(str);
	int i;
	char *tok;

	for (i = 0; i < len; i++)
		printf("'%c' : str[%d]의 주소:%p\n", str[i], i, &str[i]);
	printf("\n");

	tok = strtok(str, "_");
	while (tok != NULL) {
		printf("token : %s, address:%p\n", tok,tok);
		tok = strtok(NULL, "_");
	}
	printf("\n");

}

만일 제 설명이 맞다면 str을 자른 tok의 주소들이 "_" 이후의 주소들과 같을 겁니다. 왜냐면 "_"이후가 바로 자른 문자열의 시작주소이기 때문이죠.

결과를 보면서 확인해보세요.

▼결과

strstr

문자열에서 임의의 문자열을 찾을 수 있는 함수가 string.h에 존재합니다. 바로 strstr이라는 함수이지요.

- str1 : 전체 문자열을 의미합니다. str1이 이제 문자열을 찾을 대상이 되지요.

- str2 : 찾을 문자열을 의미합니다. 이 문자열을 str1에서 찾는 것입니다.

반환값 : str1에서 str2를 찾는다면 그 시작주소를 반환하게 됩니다. 찾지못하면 NULL을 반환합니다.

이제 예제를 보면서 함수를 어떻게 사용하는지 보도록 하지요.

▼strstr source code

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {

	char str[64] = "When I was young, I was ugly. But now, I'm still ugly";
	char *word = "ugly";
	char *ptr = strstr(str, word);
	int jump = strlen(word);
	int found = 0;
	while (ptr != NULL) {
		printf("%s\n", ptr);
		ptr = strstr(ptr + jump, word);
		found++;
	}

	printf("단어 갯수 :%d\n", found);
}

여기까지 문자열 처리함수를 2개나 알아보았는데요. 물론 저의 설명이 허접해서 이해를 못하는 부분이 있을 수 있으니, 모르면 그냥 외워서 사용하도록 합시다.

우리는 난수를 사용하고 싶을 때가 있습니다. 하지만 이런 기능을 만드는 것은 좀처럼 쉬운 일은 아니지요. 귀찮기도 하구요.

C언어에서는 그러한 프로그래머를 위해서 난수생성함수를 제공하고 있습니다. 바로 rand라는 함수이지요. 외우기도 쉽네요. rand(om)으로 기억하면 되니까요.

rand

rand함수를 사용하기 위해서는 stdlib.h 헤더파일을 include해야합니다. rand함수는 0부터 RAND_MAX까지 범위까지 난수를 생성합니다. 함수 원형을 같이보시죠.

#include <stdlib.h>

int rand(void);

보시는 바와 같이 rand함수는 int형을 반환하게 됩니다. 아하, 그러면 rand함수를 쓰게 되면 랜덤인 정수형이 나오겠구나. 알 수 있죠?

이제 이 함수를 이용해서 1부터 100까지 정수 중 10개의 수를 랜덤하게 뽑아내는 프로그램을 짜보도록 하지요.

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h> 

int main() { 
        int i; 
        for (i = 1; i <= 10; i++) 
                printf("%d ", (rand() % 100) + 1); 
        printf("\n");
}

오 랜덤하게 실행이 되는 군요. 100가지의 숫자 중 랜덤한 10개의 숫자를 뽑아냈습니다.

저는 신기해서 한번 더 실행해보겠습니다.

42 68 35 1 70 25 79 59 63 65

????

프로그램을 실행할때마다 바뀌지 않는데요? 우리는 이런 랜덤한 값을 원한게 아닙니다. 우리는 프로그램을 실행할때마다 랜덤하게 10개의 수를 출력하는 프로그램을 원하는 건데요. 지금 출력된 것은 단지 일정한 숫자 배열을 출력한 것과 같다고 느껴집니다.

왜 C언어는 우리에게 이런 사기를 치는 것일까요?

srand

사실 rand함수는 srand함수에 의존적입니다. srand의 s는 seed라는 뜻으로 이 seed값에 따라 rand의 값이 바뀌게 됩니다. srand는 rand함수와 같이 stdlib.h 헤더파일에 존재합니다.

만일 이 함수를 호출하지 않고 rand함수를 호출한다면 srand(1)을 호출하고 rand함수를 호출한 효과와 같습니다.

함수의 원형은 다음과 같은데요.

#include <stdlib.h>

void srand(unsigned int seed);

양의 정수만 seed로 사용할 수 있습니다. 그렇다면 우리가 srand의 seed값을 2로 주면 위의 결과와 다를까요?

위의 코드에서 for로프 위에 srand(2)를 추가해보세요.

46 17 99 96 85 51 91 32 6 17

아까와는 다른 결과를 볼 수 있군요. srand에서 seed를 바꿔서 실행시켜보세요. 나오는 값이 계속 달라짐을 알 수 있습니다. seed값만 바꿔주면 그 seed값에 따라 값을 랜덤하게 뽑아 올 수 있군요.

하지만 이것 마저도 아직 우리를 만족시킬 수가 없습니다. 이렇게 되면 프로그램을 실행시킬때마다 seed값을 바꾸고 다시 컴파일하는 과정을 거쳐야하기 때문이죠. 우리는 이런 허접한 코드는 쓰지 말도록 합시다.

우리는 이것보다 더 잘할 수 있습니다. 잘 할 수 있고 말고요. 한번 생각해봅시다. 프로그램 실행시 계속 바뀌는 값은 뭐가 있을까요?

주소값? (사실 제가 랜덤함수를 구현한다고 생각해볼때 고려해봤던 것 중 하나입니다.)

바로 시간입니다. 시간은 지금 이 순간에도 항상 바뀌고 있지요. 그래서 소개할 다음 함수가 time이라는 함수입니다.

time

time함수는 이름 그대로 시간에 대한 정보를 얻어오는 함수랍니다. 우선 time함수를 사용하기 위해서는 time.h라는 헤더파일을 include해야하지요.

함수의 원형을 한번 살펴볼까요?

#include <time.h>

time_t time(time_t *tloc);

이 함수는 1970년 1월 1일 0시 (UTC)부터 현재까지 흐른 시간을 반환합니다. 반환은 하지만 그 시간이 초단위입니다. 만일 우리가 현재까지 흐른 시간을 구하려면 만약 timeptr에 NULL을 전달하고 반환값을 받거나, 아니면 timeptr에 인자를 전달해서 현재까지 흐른 시간을 초단위로 받을 수 있습니다.

이제 아주 기본적인 사용법을 알게 됐으니 코드로 구현하도록 해봅시다. 

#include <stdio.h> 
#include <stdlib.h> 
#include <time.h> 

int main() { 
        int i; 
        srand(time(NULL));

        for (i = 1; i <= 10; i++)  
                printf("%d ", (rand() % 100) + 1);
        printf("\n");
}

단지 srand의 인자를 time(NULL)로 바꾼거 밖에 없습니다. time(NULL)을 호출하면 1970/1/1 0시부터 현재(프로그램 실행 시)까지 흐른 시간을 return한다고 했지요? 그러니 이 프로그램을 실행할때마다 srand의 seed값이 바뀌게 되는 겁니다.

이제 확인을 해봅시다.

첫번째 실행

79 61 20 69 3 67 82 24 63 35

두번째 실행

44 53 56 15 86 98 95 14 15 46

어떻습니까? 이제 이 프로그램을 여러번 실행해도 값이 다르게 나온다는 것을 알 수 있습니다.

그렇다면 우리가 랜덤한 값을 얻고자 할때는 rand, srand, time함수를 전부 다 써야하나요?

네, 이 세가지 함수들은 묶어서 기억하셔야합니다. 사용법은 어렵지 안잖아요 그쵸??

이상으로 여기까지 C언어에서 난수를 생성하는 쉬운 방법을 알아보았습니다.

컴파일 과정

Visual Studio에서 우리는 실행할때 F5(또는 Ctrl+F5)를 눌러서 우리가 만든 소스코드를 실행시켜봤죠? 우리는 너무 쉽게 프로그램을 실행시킨다고 생각할 수 있지만 의외로 몇몇 단계를 거치고 있습니다.

이번 시간에는 컴퓨터 실행파일이 어떻게 생겨나는지에 대해서 알아보도록 합시다. 

우리가 실행파일을 생성하는데까지는 아래와 같은 과정을 거치게 됩니다. 어? program.c와 program.exe는 알겠는데 나머지 파일들은 무엇일까요?

이 파일들의 정체를 알아내기 위해서 잠시 리눅스를 사용하도록 하겠습니다. 여러분들은 어떤 파일에 어떤 내용들이 기록되는지에 대해서 눈여겨 보면 될 것 같네요.

다음의 소스코드가 어떻게 실행파일로 변하는지 알아보지요.

#include <stdio.h>
#define A 10
#define B 20
int main(){
        int a=A;
        int b=B;
        int c=a+b;
        printf("%d + %d = %d\n",a,b,c);
}

전처리기(Preprocessor)

전처리기 구문(#으로 시작하는 구문)을 처리하는 것이 바로 전처리기라고 하는데요. 일반적으로 #으로 시작하는 부분을 거의 항상 사용합니다. 그것이 언제냐면 바로 #include지요. 너무나도 소중한 printf를 사용하기 위해서는 항상 #include <stdio.h>를 항상 명시해주어야 하죠.

#include를 통해서 stdio.h의 내용이 그대로 들어오게 됩니다!

또한 위의 코드에서 우리는 #define A 10 과 같은 줄을 볼 수 있는데요. 여기서 전처리기는 A라는 부분을 단순히 10으로 치환합니다.

자. 그렇다면 전처리 과정을 끝낸 program.i는 어떻게 변할까요?

위의 명령어로 program.i의 내용을 살펴봅시다.

program.i

보세요. stdio.h의 내용이 main위의 그대로 들어오지요? 또한 #define A 10과 같은 내용은 없어지고 A가 10으로 치환된것을 알 수 있습니다.

전처리기는 너무나도 단순한 역할을 하는 군요.

중요한것은 전처리기가 컴파일 단계 맨 처음 단계라는 것을 기억하셔야합니다. 그래야지 전처리를 통한 조건부 컴파일을 이해하게 됩니다.

컴파일러(Compiler)

이제 전처리기를 거쳤으니 컴파일러로 컴파일해줍니다. 컴파일러는 고수준언어를 저수준언어로 나타내는 역할을 수행합니다. 저수준언어라는 것은 기계어와 가장 가까운 언어입니다.

이제 program.i로부터 어떻게 program.s가 생겨나는지 보도록 합시다.

program.s

뭐 저도 잘 모르겠습니다. 그냥 저수준언어로 변한것 밖에는 모르겠네요. 

근데 "%d + %d = %d\n" 는 우리가 printf에 썼던 문자열이라는 것을 알 수 있네요.

이것이 컴파일러가 하는 역할입니다. 이제 파일을 오브젝트파일로 변환하는 어셈블러를 보도록 합니다.

어셈블러(Assembler)

이제 완전히 기계어로 바꾸어 주는 역할을 합니다. 우리가 읽을 수 없거든요. 다음의 명령어를 통해서 기계어 파일을 만들고 확인해보도록 하죠.

program.o

^@^(못 읽겠지?) 뭔가 비웃는것 같은 문자만 있네요. 네, 몰라요.

컴퓨터만 알고 있습니다.

hexdump로 볼까요?

그냥 보지마세요. 머리만 아픕니다. 

아 그냥 기계만 해석할 수 있는 언어구나~ 아시면 됩니다.

링커(Linker)

링커는 이름이 말해주듯 연결해주는 역할을 합니다. 여러개의 오브젝트파일을 하나로 합치거나 라이브러리를 합칠때 링커가 필요하다는 거지요.

우리는 일반적으로 개발할때 협업을 합니다. 그래서 위와 같이 오브젝트 파일(.o)라던가 라이브러리 파일이 여럿 존재할 수 있는데 하나의 소프트웨어를 만들기 위해서는 위의 파일들을 합쳐야하는 거죠. 이해되셨나요?

이제 실행파일을 만들어봅시다.

그 후 실행을 시키면 

정상적으로 실행이 되는 것을 확인할 수 있습니다.

뭔가 복잡해보이지만 이러한 과정을 아는 개발자와 모르는 개발자와는 차이가 있다는 것을 알아두세요.

끝!

함수(Function)

함수를 중학생때부터 배우죠? 그렇기 때문에 저는 중학교 시절 수학을 포기했습니다. 여러분들은 저보다 뛰어나시니 그렇지는 않았겠죠?

C언어에서 함수는 아주 필수적이라고 할 수 있습니다. 함수에 대해서 간단히 말씀을 드리면 반복되는 코드를 하나로 묶어 필요할때 가져다가 쓴다는 것입니다.

다음의 코드는 어떻게 생각하시나요?

단순히 세 입력의 펙토리얼(!)을 구하여 곱하는 프로그램이지요.

#include <stdio.h>

int main() {
	int fact_a = 1, fact_b = 1, fact_c = 1;
	int a, b, c;
	int i;
	scanf("%d %d %d", &a, &b, &c);
	
	for (i = 1; i <= a; i++)
		fact_a*=i;
	
	for (i = 1; i <= b; i++)
		fact_b *= i;

	for (i = 1; i <= c; i++)
		fact_c *= i;

	printf("%d! * %d! * %d!= %d\n", a, b, c, fact_a*fact_b*fact_c);

	return 0;
}

프로그램이 잘 동작하는지 실행해보세요!

잘 돌아가지요? 문제 없습니다.

하지만 저는 조금 불만인데요. 펙토리얼을 세번 불러오는데, 세번 다 for루프를 돌려야하기 때문에 손가락이 아픈게 그 이유인데요.

만약 10개의 입력으로 들어오고 10개의 펙토리얼의 곱을 구하게 되면 위의 코드에서 for루프를 7개 더 추가해야한다는 것이 매우 불만이지요.

우리가 팩토리얼의 기능을 하는 하나의 코드를 두고 그 코드를 원할때 마다 불러온다면 어떨까요? 그런 역할을 하는 것이 바로 함수입니다.

함수 구현 방식

함수는 어떻게 생겨먹었을까요? 꽤나 간단하게 이해할 수 있을겁니다.

함수의 형태는 이렇습니다.

우리는 위의 허접한 코드를 factorial이라는 함수를 만들어 조금 더 간편하게 바꿔볼 생각입니다.

위의 형식 그대로 사용해서 factorial을 구현한다면 이렇게 생겼겠죠?

int factorial(int n) {
	int ret = 1;
	int i;
	for (i = 1; i <= n; i++)
		ret *= i;
	return ret;
}

반환형태는 int형이면서 매개변수는 정수형 n입니다. 비교해보세요. 반환형과 반환값(ret)의 자료형이 일치하는 것을 알 수 있죠?

그 후 메인에서는 이 함수를 호출해서 쓰기만 하면 된답니다.

#include <stdio.h>
int factorial(int n) {
	int ret = 1;
	int i;
	for (i = 1; i <= n; i++)
		ret *= i;
	return ret;
}
int main() {
	int fact_a = 1, fact_b = 1, fact_c = 1;
	int a, b, c;
	int i;
	scanf("%d %d %d", &a, &b, &c);
	
	fact_a = factorial(a);
	fact_b = factorial(b);
	fact_c = factorial(c);
	
	printf("%d! * %d! * %d!= %d\n", a, b, c, fact_a*fact_b*fact_c);

	return 0;
}

어때요? 메인이 훨씬 간결해졌음을 알 수 있습니다.

호출 과정은 다음과 같습니다.

메인 함수를 실행하다가 factorial함수를 만났습니다. 그러면 factorial 함수를 실행시키고 함수가 끝나면 다시 메인함수로 돌아와서 그 전에 실행했던 것을 계속 진행하게 됩니다.

fact_a는 factorial 함수의 반환값이 저장됩니다. 나머지 fact_b, fact_c도 역시 마찬가지구요.

만약 10개의 입력이 주어진다하더라도 factorial만 10번 호출하면 되지요.

(아 물론 이 경우에는 배열과 반복문을 써야하겠지만)

함수 선언

근데 꼭 위에서만 함수를 정의하고 몸체를 구현해야할까요? 그럴필요는 없습니다. 

함수를 메인 아래에서 정의할 수도 있습니다.

하지만 꼭 위에서 함수 선언을 해주어야만 합니다. 왜 그러냐구요?

C언어는 절차지향언어이기 때문에 위에서 아래로 실행하기 때문이지요. 그래서 함수가 밑에 정의되어있는데 메인함수에서 그 함수를 호출한다고 하면 컴파일러는 그 함수를 본적이 없으니까 컴파일 에러를 토하게 됩니다.

위의 코드를 함수의 선언 방식으로 코딩해보도록 하면 다음과 같이 간단하게 바뀝니다.

#include <stdio.h>

int factorial(int);     //함수선언

int main() {
	int fact_a = 1, fact_b = 1, fact_c = 1;
	int a, b, c;
	int i;
	scanf("%d %d %d", &a, &b, &c);
	
	fact_a = factorial(a);
	fact_b = factorial(b);
	fact_c = factorial(c);
	
	printf("%d! * %d! * %d!= %d\n", a, b, c, fact_a*fact_b*fact_c);

	return 0;
}

int factorial(int n) {
	int ret = 1;
	int i;
	for (i = 1; i <= n; i++)
		ret *= i;
	return ret;
}

함수에 밑에 있군요. 메인함수 위의 선언이 있죠?

선언에서는 매개변수의 자료형만 적어주어도 상관없습니다.

재귀함수

함수에서 자신의 함수를 불러오는 것을 바로 재귀함수라고 합니다. factorial함수는 재귀함수로도 구현할 수 있습니다.

int factorial(int n) {
	if (n <= 1) return 1;
	return n*factorial(n - 1);
}

factorial함수에서 factorial함수를 호출하는 것을 볼 수 있지요? 매개변수 n과 다음 factorial(n-1)의 반환값을 곱하는 과정을 반복하고 있습니다. factorial의 매개변수 n은 하나씩 줄어들어 결국에는 1 이하가 될겁니다. 그때 1을 반환하지요.

결국 n * (n-1) * (n-2) * ... * 1이 되어 n!을 구현하는 함수죠.

그림으로 보면 더 이해가 쉽게 될겁니다.

3!을 구하는 과정을 보여줍니다. factorial(3)은 factorial(2)를 호출하고 factorial(2)는 factorial(1)을 호출하는 과정을 보여주고 있습니다.

이때 factorial(1)은 if조건문에 걸려 1을 반환하여 더이상 자신을 호출하지 않습니다. 

*** 이를 기저 사례라고 합니다.

재귀함수는 시스템의 스택을 사용하고 계속 사용할 경우 stack overflow가 발생할 수 있으므로 되도록이면 반복문을 사용하는 것이 좋습니다.

이상으로 함수에 대해서 기본적인 설명을 해봤습니다.

파일 입출력 2

간단하게 파일에서 읽고 쓰는 것은 이제 알겠습니다.

하지만 단순히 파일을 처음부터 차례대로 읽는 것이 아니라, 어떤 위치 이후에서 읽고 쓰는 것도 가능할까요?

할 수 있습니다. 바로 fseek함수를 이용해서 말이죠.

fseek

int fseek(FILE *stream, long int offset, int origin);

fseek함수는 파일의 위치를 임의로 조작할 수 있습니다. 파일은 순차적으로 읽고 씁니다. 하지만 특정위치에 있는 데이터를 읽거나 쓸 필요가 있는 것이죠.

stream은 파일을 의미합니다.

offset은 origin에서 얼마만큼 이동할 것인지 나타냅니다.

origin은 기준 위치를 지정합니다.

우리가 fread를 여러번 호출해도 순차적으로 읽어올 수 있는 이유는 파일포인터때문입니다. 파일포인터는 현재 파일의 위치를 기억하고 있습니다. 그렇기 때문에 순차적으로 읽을 수 있는 거지요.

우리는 파일포인터의 위치를 임의로 지정하여 특정 위치의 데이터를 읽고 쓰는 것이 가능합니다. 파일포인터에 관해서는 세가지 매크로가 있는데요.

SEEK_SET : 파일의 처음

SEEK_CUR : 지금 현재 파일포인터 위치

SEEK_END : 파일의 끝

특정 위치에서 읽기

특정 위치에 값을 읽어오는 코드를 한 번 보겠습니다.

text.txt

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
	FILE *fp = fopen("text.txt", "r");
	char buf[30];
	memset(buf, 0, sizeof(buf));

	fseek(fp, 5L, SEEK_SET);
       // fseek(fp, -4L, SEEK_END);
	fread(buf, sizeof(char), sizeof(buf), fp);
	printf("%s\n", buf);
	fclose(fp);
	return 0;
}

파일의 처음위치부터 5를 건너뛰면 파일포인터는 F 앞을 가리키고 있습니다.

결과

반면에 파일 끝에서 4칸 앞은 offset이 음수가 됩니다. 처음 fseek을 주석처리하고 밑의 주석을 해제하고 실행해보세요. 결과는 이렇습니다.

특정 위치에 쓰기

반면 특정 위치에 쓰는 것도 가능합니다. 단! 파일을 열때 r+모드로 여세요. 

text.txt

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main() {
	FILE *fp = fopen("text.txt", "r+");
	char buf[30]="_INSERT_";

	fseek(fp, -5, SEEK_END);
	fwrite(buf, sizeof(char),strlen(buf), fp);
	
	fclose(fp);
	return 0;
}

파일 끝에서 5칸 앞에 _INSERT_라는 문자열을 추가하는 코드입니다. F 앞의 위치입니다. 

하지만 그 자리를 덮어쓰게 됩니다. 그래서 결과는 이렇습니다.

text.txt

ftell

파일 포인터의 위치를 알아옵니다. 

long int ftell(FILE *stream)

열었던 파일을 매개변수로 넣어주면 끝입니다.

성공시 0을 포함한 양수를 반환합니다.

text.txt

#include <stdio.h>

int main() {
	FILE *fp = fopen("text.txt", "r+");
	int pos;
	fseek(fp, 5, SEEK_SET);
	pos = ftell(fp);
	printf("현재 파일 포인터 : %d\n", pos);
	fclose(fp);
	return 0;
}

결과

ftell을 응용해서 파일의 크기도 알아올 수 있습니다.

#include <stdio.h>

int main() {
	FILE *fp = fopen("text.txt", "r+");
	int pos;
	fseek(fp, 0, SEEK_END);
	pos = ftell(fp);
	printf("파일크기 : %d\n", pos);
	fclose(fp);
	return 0;
}

파일 속성에서 알아본 크기는 10바이트입니다. 위의 코드의 결과는 어떨까요?

바이트 단위로 일치한다는 것을 알 수 있네요.

파일에 대해서는 다음에 또 이야기하도록 합시다.

포인터배열

포인터라는 것은 조금 알겠는데 포인터배열은 무엇일까요... 포인터도 힘들게 배우는데 말이죠. 정말 산넘어 산입니다.

포인터배열이란 포인터를 원소로 갖는 배열을 의미합니다. 포인터 각각을 배열로 표현한 것이지요.

느낌이 오시나요?

코드와 그림으로 알아보도록 합시다.

#include <stdio.h>
int main() { 
        int a = 10; 
        int b = 20; 
        int c = 30; 
        int *pArr[3] = { &a,&b,&c };

        printf("%d\n", *pArr[0]);
        printf("%d\n", *pArr[1]);
        printf("%d\n", *pArr[2]);
}

여기, 포인터배열을 간단하게 알아볼 수 있는 코드입니다. pArr은 평소에 보던 배열과는 다르게 앞에 *(pointer)를 볼 수 있지요?

연산자 우선순위에 의하면 배열첨자([])가 포인터(*)연산보다 먼저입니다. 그렇기 때문에 배열 3개가 있고, 그 배열의 원소는 포인터라는 의미가 됩니다. 

따라서 배열의 원소인 pArr[0]은 a의 주소를 갖고있고, pArr[1]은 b의 주소를 갖고 있고, pArr[2]는 c의 주소를 갖고 있습니다.

이 코드의 상황을 그림으로 나타냈습니다.

만약 pArr[0]을 찍어보면 a의 주소가 나오게 됩니다. a의 값에 접근하고 싶다면 포인터 연산을 해주면 됩니다. 바로 *pArr[0], 이렇게요.

그렇게 포인터 원소를 배열로 나열했기 때문에 포인터배열이라 부릅니다.

포인터배열로 배열 가리키기

포인터가 배열의 시작주소를 가리킬 수 있다는 것은 이제 잘 알겁니다. 아닌가? 그렇다면 어떤 배열들을 포인터 배열로 가리킬 수도 있다는 느낌이 오시나요?

코드를 통해 느껴봅시다. 

#include <stdio.h>  
int main() { 
        int i, j; 
        int a[5] = { 1,2,3,4,5 };
        int b[6] = { 10,20,30,40,50,60 }; 
        int c[7] = { 100,200,300,400,500,600,700 };
        int *pArr[3] = { a,b,c }; 
        int sub_len[3] = 
        { sizeof(a) / sizeof(int), sizeof(b) / sizeof(int), sizeof(c) / sizeof(int) }; 
        int len = sizeof(pArr) / sizeof(int*);   

        for (i = 0; i < len; i++) { 
                for (int j = 0; j < sub_len[i]; j++) 
                        printf("%d ", pArr[i][j]); 
                printf("\n"); 
        } 
}

a,b,c 배열의 길이는 전부 다릅니다. 하지만 문제없지요. 왜냐면 포인터는 배열의 시작주소만 알면 되기 때문입니다.

각각의 포인터들(pArr[0], pArr[1], pArr[2])은 배열의 시작주소 a, b, c를 가리키고 있습니다.

포인터 역시 배열처럼 첨자를 쓸수도 있다는 것을 다들 아실겁니다.

배열포인터

배열포인터는 무엇일까요? 아까 포인터배열은 포인터를 배열로 나열한 것이라고 설명했으니, 배열포인터는 배열을 가리키는 포인터가 아닐까요?

배열포인터는 다음과 같이 정의합니다.

int (*pArr)[3]

앞서 본 포인터배열과는 다르게 괄호가 추가 되었죠. 이 한 끗 차이에 의미가 변하게 됩니다. 우선 포인터이긴한데, 길이 3을 갖는 int형 배열만을 가리킬 수 있다는 점입니다. 우선 다음 기본적인 코드를 봅시다. 우리가 아는 내용입니다.

#include <stdio.h> 
int main() { 
        int i = 0; 
        int arr[5] = { 1,2,3,4,5 };
        int *pArr = arr; 

        for (i = 0; i < sizeof(arr)/sizeof(int); i++) 
                printf("%d ", pArr[i]);
        printf("\n");
}  
r

pArr은 일차원배열 arr의 시작주소를 가리키고 있다는 내용입니다. 그래서 배열처럼 인덱싱을 통하여 각 원소를 출력하고 있지요. arr의 길이 5는 신경쓰지 않습니다. 단지 가리키기만 하고 있습니다.

이제 위의 정의를 다시 봅시다. 

int arr[행][열] ={ {...}, {...}, {...}};

int (*pArr)[열]= arr;

(*pArr)은 arr의 가장 높은 차원의 길이 3(행)은 신경쓰지 않습니다. 단지 그 시작주소만 가리키기만 하면 되거든요. 하지만 그 보다 낮은 차원의 길이4(열)는 알아야만 합니다. 그래야만 다음 행을 구해낼 수 있기 때문이죠.

어떻게??

pArr[0]은 4개의 int배열을 가리키고 있는 포인터입니다. 따라서 sizeof(pArr[0])을 찍어보면 그 길이가 16이라는 것을 알 수 있습니다. 그래서 주소를 계산할때 지금 행의 주소에 16을 더해야 다음 행을 구할 수 있습니다. 위 코드에서는 1차원 배열이고 각 원소의 길이는 단순히 1이니까 쓰지 않는 것입니다.

이제 2차원 배열을 배열포인터로 구현해봅시다.

#include <stdio.h>
int main() { 
        int i,j; 
        int arr[3][4] = { {1,2,3,4}, {5,6,7,8}, {9,10,11,12} }; 
        int(*pArr)[4] = arr; 
        int row = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
        int col = sizeof(arr[0]) / sizeof(arr[0][0]);

        for (i = 0; i < row; i++) { 
                for (j = 0; j < col; j++) 
                        printf("%d ", pArr[i][j]); 
                printf("\n"); 
        } 
}

arr의 각 행 길이와 pArr의 행의 길이를 맞추고 있다는 것을 보세요. 그리고 pArr[0:2]는 각각 사이즈가 16이며 마치 배열처럼 동작이 가능합니다. 

이것을 어디다가 활용할 수 있을까요??

함수에 전달인자로 배열을 받을때 주로 사용합니다.

#include <stdio.h>

void printArr(int(*pArr)[4],int row,int col) {
        int i, j; 
        for (i = 0; i < row; i++) { 
                for (j = 0; j < col; j++) 
                        printf("%d ", pArr[i][j]); 
                printf("\n"); 
        }
} 

int main() { 
        int arr[3][4] = { {1,2,3,4}, {5,6,7,8}, {9,10,11,12}}; 
        int row = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); 
        int col = sizeof(arr[0]) / sizeof(arr[0][0]);
        printArr(arr,row,col); 
}

매개변수를 받으려면 위와 같이 전달받고, 배열처럼 인덱싱을 편하게 사용할 수 있습니다.

더 간편한 방법으로는 int (*pArr)[4]를 int pArr[][4]로 바꿔줘도 실행이 가능합니다. 왜냐면 *pArr은 pArr[]과 거의 같은 의미이기 때문입니다.

void printArr(int pArr[][4],int row,int col) { 
        int i, j; 
        for (i = 0; i < row; i++) { 
                for (j = 0; j < col; j++) 
                        printf("%d ", pArr[i][j]);
                printf("\n"); 
        }
}

이상 끝~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

C언어 파일 입출력

C언어에서 scanf와 printf 함수를 통해서 키보드로 입력을 받고 모니터로 출력해주는 그런 프로그램들을 많이 보았을 겁니다. 이런 키보드나 모니터같은 입출력 장비를 콘솔이라고 합니다. 그래서 콘솔 입출력을 해왔던 것이죠.

여기서는 파일 입출력에 대해서 설명합니다. 사실 콘솔 입출력과는 별로 다를바가 없습니다. 단지 그 대상이 모니터나 키보드가 아닌 파일이기 때문이죠. 본격적으로 파일 입출력을 설명하기 전에 우리는 스트림에 대한 개념을 먼저 알아야합니다. 

> 그전에 왜 C 표준입출력을 사용하나요?

리눅스를 배우셨던 분들은 open, read, write, close를 이용해서 파일을 다뤄보셨을 겁니다. 그때는 open에 필요에 따라 여러 플래그들을 줄 수가 있는데요. 예를 들어 O_RDONLY, O_CREAT 등 말이죠. 이거 구차하게 일일히 헤더 추가한 다음에 파일 디스크립터를 가져와서 write, read하는 것을 C 표준입출력 라이브러리에서는 stdio.h만 포함해서 사용할 수 있습니다.  아주 개꿀이라는 얘기죠. 그리고 변태같은 플래그들을 포함하지 않아도 사용하기에 적합한 플래그들을 미리 조합해놨기 때문에 상큼하게 그걸 사용하면 됩니다. 또한 내부적으로 버퍼를 사용하기 때문에 read, write 함수들을 최적으로 사용하게 됩니다.

스트림(Stream)

영어를 그대로 직영하게 되면 흐름이라는 건데요. 비슷하게 생각하시면 됩니다. 프로그램에서 파일이 열리면 C표준입출력은 스트림(stream)이라는 파일과 프로그램 사이의 추상적인 흐름이 일어나는 파이프를 생성합니다. 그래서 파일이 열리게 되면 개념적으로 스트림을 통해서 파일에 기록하거나 읽을 수 있습니다. 만약 파일을 읽기만 하겠다하면 읽기 전용의 스트림을 여는 것이고, 파일을 쓰기만 할 것이라면 쓰기 전용의 스트림을 열어서 거기에 기록을 하면 됩니다. 

그래서 아래와 같이 어떤 프로그램에서 File이라는 이름의 파일을 읽고 쓰기 위해서 스트림을 열면 아래와 같은 상황이 발생하게 됩니다. 그래서 바이트 단위던, 줄 단위던 입력이 흐름이 가능한 상태가 됩니다.

기본적으로 보통 프로그램에서는 3개의 스트림이 열려있습니다. 바로 표준 입력 스트림(stdin), 표준 출력 스트림(stdout), 표준 에러 스트림(stderr)입니다. 이 3개는 콘솔에 대해서 열려있는 스트림들입니다. 

stdin, stdout, stderr

키보드로 입력받고, 모니터로 출력하는 것도 C표준 입출력에서는 스트림으로 간주하게 됩니다. 그래서 우리가 stdin을 통해서 입력을 받는다면 키보드를 통해서 입력을 받는 것이고, 표준 출력 스트림으로 출력한다면 모니터 화면에다가 출력이 되는 겁니다. 그래서 파일 대신 모니터와 키보드가 스트림 끝에 놓여있는 것을 보세요.

파일의 종류 ( 텍스트 파일 , 이진 파일)

파일을 사람이 쓰고 읽냐, 컴퓨터가 쓰고 읽냐에 따라서 텍스트 파일(text-file), 이진 파일(binary-file)로 나누게 됩니다. 이와 같은 구분은 문자열로 입출력을 하느냐, 아니면 바이너리로 입출력을 하느냐를 위해서 구분합니다. 맨 처음 파일에 대해서 스트림을 생성할 때 결정이 됩니다.

1. 파일 열기 fopen

파일 함수는 표준입출력(stdio.h) 헤더파일에 존재합니다. 파일에 어떤 데이터를 읽고, 쓰고, 추가하려면 일단 파일을 열어야겠지요. 함수를 한번 보시죠.

FILE *fopen(const char *filename, const char *mode);

filename : 파일명을 말합니다. 절대 경로나 상대 경로로 줄 수 있습니다. 상대 경로는 그 프로젝트 위치를 기준으로 합니다.

mode : 파일을 어떤 방식으로 열건지 정합니다. 스트림 방식을 정하는 겁니다. 입력 스트림인지, 출력 스트림인지.

  -동작 모드

모드	설명	flag 조합
r(read)	1. 파일을 읽기 전용으로 엽니다.   2. 파일이 있어야합니다.	O_RDONLY
w(write)	1. 파일을 쓰기 전용으로 엽니다.  2. 주의해야합니다. 파일이 존재한다면 기존의 내용을 지우고 쓰기 때문이죠.  3. 파일이 없으면 새로 생성합니다.	O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC
a(append)	1. 파일이 있으면 파일의 끝에 내용을 추가합니다.  2. 파일이 없으면 생성해서 내용을 추가합니다.	O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND
r+	1. 파일을 읽고 쓰기 위해 엽니다.  2. 파일이 반드시 있어야 합니다.	O_RDWR
w+	1. 파일을 읽고 쓰려고 엽니다.  2. r+와 다르게 파일이 있는 경우 내용을 덮어쓰고 없으면 생성해서 데이터를 씁니다.	O_RDWR | O_CREAT | O_TRUNC
a+	1. 파일을 읽고 갱신하기 위해 엽니다.  2. 파일이 없으면 생성해서 데이터를 추가합니다.	O_RDWR | O_CREAT | O_APPEND

 

  - 이진 또는 텍스트 모드(t, b)

텍스트모드가 기본(default)입니다. 이진 모드로 파일을 열려면 b를 추가합니다. 

ex) 이진모드로 읽기 위해 파일을 open -> rb

파일을 여는 데 성공했다면 그 파일에 대한 포인터를 return합니다.

하지만 파일을 여는 데 실패했으면 NULL을 반환하죠.

2. 파일 닫기 fclose

무엇이든 열었으면 닫는 것이 원칙이죠. 파일 스트림을 닫으려면 fclose를 사용하시면 됩니다.

int fclose(FILE *stream);

그냥 열었던 파일 포인터를 집어넣으면 됩니다. 성공하면 0을 반환하고 실패하면 EOF(-1)를 반환합니다.

3. 텍스트 파일 읽기 함수 

파일은 두 종류의 파일이 있다고 했죠? 사람이 읽을 수 있는 텍스트 형식의 파일과 컴퓨터가 읽고 처리하는 바이너리 파일, 즉 이진 파일이 있습니다. 우선 텍스트 파일을 읽는 함수는 쓰임새에 따라 여러가지가 있습니다.

    3.1 한문자 읽기 : fgetc, getc, getchar

#include <stdio.h>
int fgetc(FILE *stream);
int getc(FILE *stream);
int getchar(void);

fgetc와 getc는 같은 기능을 하는 함수입니다. getchar() 함수는 키보드용 한문자 입력을 받는 함수와 같아서 getc(stdin)과 같습니다. 

getc = getc , getc(stdin) = getchar()

stream에서 한 글자를 읽어오는 함수이며, 일반적으로 반환형은 한 글자의 ASCII값인 정수형 값입니다. 파일의 끝에 도달할 시에 EOF를 return합니다. EOF는 End-Of-File로 -1입니다. 이렇게 반환형이 (signed) int인 이유는 이 EOF를 반환받기 위해서입니다. 

    3.2 한 줄 읽기 : fgets

#include <stdio.h>
char *fgets(char *s, int size, FILE *stream);

stream에서 문자 한줄을 읽어올때 사용하는 함수이며 size 이하의 문자 한줄을 s로 읽어옵니다. 이때 개행문자까지 읽어옵니다. 그래서 개행문자('\n') 다음 문자의 끝을 나타내는 문자인 NULL('\0')이 붙습니다. 간단히 사용법을 확인해볼까요? 다음은 stdin으로 콘솔(키보드)로부터 입력을 받는 단순한 예제입니다.

//fgets_test.c
#include <stdio.h>
#include <string.h>

#define BUF_SIZE 32
int main(){

        char buf[BUF_SIZE] = {0,};

        printf("입력:");
        fgets(buf, BUF_SIZE, stdin);

        printf("출력:");
        printf("%s(%ld)", buf, strlen(buf));
}

# ./a.out 
입력:hello world
출력:hello world
(12)#

여기서 보이는 "hello world"의 문자열 길이는 공백을 포함해서 11글자이지만, 개행문자를 포함했기 때문에 12글자가 되고, 문자 길이도 한 줄 밑에 출력이 되었네요. 

    3.3 서식화된 파일 입력 : fscanf

#include <stdio.h>
int fscanf(FILE *stream, const char *format, ...);

키보드 입력에 대해서 입력 포맷팅 함수는 scanf였죠? 파일에 대해서 포맷팅 함수는 fscanf입니다. 

4. 텍스트 파일 쓰기 함수  

텍스트 파일에 쓰는 함수는 아래와 같습니다. 위의 텍스트 파일 읽기 함수의 네이밍을 따라갑니다. 함수에 대한 소개만하고 넘어가도록 합시다. 

    4.1 한문자 쓰기 : fputc, putc, putchar

#include <stdio.h>
int fputc(int c, FILE *stream);
int putc(int c, FILE *stream);
int putchar(int c);

   putchar(c)는 putc(stdout, c)와 같습니다.

    4.2 한 줄 쓰기 : fputs, puts

#include <stdio.h>
int fputs(const char *s, FILE *stream);
int puts(const char *s);

    4.3 서식화된 파일 출력 : fprintf

#include <stdio.h>
int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...);

예제 - 텍스트 데이터 저장, 읽어오기

//writer.c

#include <stdio.h>
#include <string.h>

#define NUM 3

typedef struct _student{
        char name[16]; //이름
        unsigned int age; //나이 
        unsigned int id; //학번
} student;


int main(){
        int i;
        student s[NUM] = {
                {"park", 18, 1234},
                {"jung", 18, 1235},
                {"kim", 19, 1111}
        };
        FILE *fp;

        //텍스트 파일, 없으면 새로운 파일 생성, 있으면 내용 덮어쓰기(w+)
        fp = fopen("info.txt", "w+");
        if(fp == NULL) {
                printf("fopen error\n");
                return 1;
        }

        for(i = 0;i < NUM; i++){
                fprintf(fp, "%s %d %d\n",
                        s[i].name, s[i].age, s[i].id);
        }
        fclose(fp);
}

//reader.c
#include <stdio.h>

#define NUM 3

typedef struct _student{
        char name[16]; //이름
        unsigned int age; //나이 
        unsigned int id; //학번
} student;

int main(){
        int i;
        FILE *fp;
        student s[NUM]; 

        //테스트 파일 읽기 전용
        fp = fopen("info.txt", "r");
        if(fp == NULL){
                printf("fopen error\n");
                return 1;
        }
        for(i = 0; i < NUM; i++){
                fscanf(fp,"%s %d %d", 
                                s[i].name, &(s[i].age), &(s[i].id));

                printf("[%d]\n", i);
                printf("name : %s, age : %u, id : %u\n",
                                s[i].name, s[i].age, s[i].id);
        }
        fclose(fp);
}

# gcc reader.c -o reader
# ./writer
# cat info.txt
park 18 1234
jung 18 1235
kim 19 1111

writer만 실행해보면 info.txt가 생겨났고 그 내용은 이렇게 적혀있습니다. 사람이 알아볼 수 있죠?

# ./reader 
[0]
name : park, age : 18, id : 1234
[1]
name : jung, age : 18, id : 1235
[2]
name : kim, age : 19, id : 1111

reader라는 프로그램으로도 아주 잘 읽을 수 있습니다.

5. 이진 파일 읽기 fread

파일을 읽는 함수는 fread입니다. 프리드라고 읽지마세요 제발. 앞에 f는 모두 file의 f입니다. 앞에 f가 붙은 함수는 거의 다 파일에 대한 함수라는 것을 기억하세요.  

#include <stdio.h>
size_t fread(void *buffer, size_t size, size_t count, FILE *stream);

stream으로부터 자료형인 size를 count만큼 읽어서 buffer에 저장합니다. buffer가 void*인 이유는 어떤 자료형이건 받아와야하기 때문입니다.  파일을 읽은 길이(count)만큼 반환합니다. 

만약에 단순 바이너리를 읽는다면, 그러니까 바이트 단위를 읽는다면 size는 1입니다. 그러면 만약 크기 16바이트인 구조체를 3개를 읽는다면 아래와 같이 호출이 됩니다. 

fread(buffer, 16, 3, fp);

6. 이진 파일 쓰기 fwrite

파일에 쓰는 함수입니다. fread와는 반대 기능이죠.

#include <stdio.h> 
size_t fwrite(const void *buffer, size_t size, size_t count, FILE *stream);

buffer에 담긴 내용을 기록하는데 size만큼의 count 만큼 버퍼로부터 stream쪽으로 씁니다. 성공하면 count를 return하고 실패한다면 count가 아닐 수 있습니다.

예제 - 이진데이터 구조체 저장, 읽어오기

이진 파일을 사용할 수 있는 가장 큰 장점은 모든 자료를 이진데이터로 쓸 수 있다는 점입니다. 객체(구조체)도 그냉 냅다 쓸 수 있습니다. 모든 것을 이진 데이터로 쓰기 때문이지요. 다음은 구조체를 파일에 쓰고, 그 파일로부터 읽어오는 예제를 보여줍니다.

//info_writer.c
#include <stdio.h>

#define NUM 3

typedef struct _student{
        char name[16]; //이름
        unsigned int age; //나이 
        unsigned int id; //학번
} student;

int main(){
        FILE *fp;
        student s[NUM] = {
                {"kim", 16, 1234},
                {"lee", 16, 1235},
                {"lim", 17, 1111}
        };

        //이진(b)으로 쓰기용, 없으면 만들고 있으면 덮어쓴다(w+)
        fp = fopen("info.bin", "wb+");
        if(fp == NULL){
                printf("fopen error\n");
                return 1;
        }

        if(fwrite(s, sizeof(student), NUM, fp) != NUM){
                printf("fwrite erorr\n");
                fclose(fp);
                return 1;
        }

        printf("Student Information Saved OK \n");
        fclose(fp);
}

//info_reader.c
#include <stdio.h>

#define NUM 3

typedef struct _student{
        char name[16]; //이름
        unsigned int age; //나이 
        unsigned int id; //학번
} student;

int main(){
        int i;
        FILE *fp;
        student s[NUM]; 

        fp = fopen("info.bin", "rb"); //읽기 전용
        if(fp == NULL){
                printf("fopen error\n");
                return 1;
        }

        if(fread(s, sizeof(student), NUM, fp) != NUM){
                printf("fread erorr\n");
                fclose(fp);
                return 1;
        }

        for(i = 0; i < NUM; i++){
                printf("[%d]\n", i);
                printf("name : %s, age : %u, id : %u\n",
                                s[i].name, s[i].age, s[i].id);
        }
        fclose(fp);
}

# gcc info_writer.c -o writer
# gcc info_reader.c -o reader
# ./writer 
Student Information Saved OK 
# ./reader 
[0]
name : kim, age : 16, id : 1234
[1]
name : lee, age : 16, id : 1235
[2]
name : lim, age : 17, id : 1111

7. 버퍼 

버퍼는 C표준입출력에서 입력과 출력을 효율적으로 처리하기 위한 일종의 저장공간입니다. 내부적으로 write, read를 적시에 한번만 호출하기 위한 것이 목적입니다. 그런데 이러한 버퍼의 처리 방식을 잘 모르면 낭패를 볼 수 있는데요. 아래의 코드를 봅시다.

//buffer.c
#include <stdio.h>

int main(){

        char c;

        printf("아무 글자나 하나 입력:");
        scanf("%c", &c);
        printf("입력받은 글자 : %c\n", c);

        printf("다시 입력 : ");
        scanf("%c", &c);
        printf("입력받은 글자 : %c\n", c);
}

실행하게 되면 두 번재 scanf에 입력을 주기도 전에 프로그램이 끝나게 됩니다. 분명 scanf를 통해서 한글자 입력을 받는 코드를 작성했으에도 말이죠. 

# ./a.out 
아무 글자나 하나 입력:H
입력받은 글자 : H
다시 입력 : 입력받은 글자 : 
#

이 프로그램은 내부적으로 이렇게 동작하게 됩니다. 'H'라는 문자를 입력하면 내부적으로 엔터에 해당하는 개행 문자 '\n'도 입력이 됩니다.

결국 버퍼에는 H와 '\n'이 입력이 되게 되며 변수 c에는 'H'가 담기게 되겠죠. 버퍼에 남아있는 건 개행문자 '\n'입니다. 그래서 다음 scanf는 이 개행문자를 입력받아 입력이 끝나게 되는 겁니다. 

위는 줄 단위 버퍼링의 사례로 결국에는 남아있는 버퍼를 비워줘야합니다. 버퍼를 비워주는 방법에는 여러 가지 방법이 있는데요.

7.1 버퍼를 비우는 방법들

- 간단한 방법은 단순히 문자 하나 입력받는 거죠. 아래와 같이말이죠. 

printf("아무 글자나 하나 입력:");
scanf("%c", &c);
getchar();
printf("입력받은 글자 : %c\n", c);

printf("다시 입력 : ");
scanf("%c", &c);
getchar();
printf("입력받은 글자 : %c\n", c);

- fflush 함수 사용

#include <stdio.h>
int fflush(FILE *stream);

fflush 함수를 사용할 수가 있는데, 이 방법은 표준이 아니므로 권장되지 않습니다. 실제 제 ubuntu시스템에서는 동작하지 않습니다.

- scanf에서 공백 사용

scanf("%c", &c) -> scanf(" %c", &c)

앞에 공백 문자 하나를 넣어주세요. 

- 개행문자가 나올때까지 제거 

while(getchar() != '\n');

어떤 시스템에는 \r\n으로 개행합니다. 그게 윈도우즈인데, 이럴 때는 getchar()만 사용하게 되면 \r만 제거 됩니다. 그래서 아예 \n까지 제거 할 수 있도록 while문을 도는 방식을 사용할 수 있습니다. 약간 고급진 말로 '\r'은 커서를 맨 앞으로 돌리는 CR(Carriage return)이라 하며 '\n'은 커서는 그자리이며 라인만 바꾸는 LF(Line Feed)라고 합니다.  

구조체와 포인터

지난 번에 구조체에 대한 이야기를 쬐~~~끔 했었죠? 이번에도 구조체를 가지고 놀아봐요.

구조체를 통해서 ,이야기했다 시피 여러가지 자료형을 통합적이고 효율적으로 작업을 할 수 있는 것이 장점입니다.

자료형이라...

우리는 이제까지 int, char, double, float 같은 자료형을 많이 봐왔지요. 하지만 구조체 자체도 자료형이 될 수 있습니다. 즉, 변수로 선언이 가능하다는 것이죠.

한번 되짚어 봅시다. int 자료형 변수 a를 선언하고 10이라는 값을 집어 넣어 보아라 한다면 우리는 식은 죽 먹기로 해낼 수 있습니다.

int a;

a = 10;

이렇게 자료형을 통한 변수는 값을 대입하는 것 외에도 

1. 매개변수로 쓰일 수 있다.

2. 포인터로 참조할 수 있다.

3. 배열로 쓰일 수 있다.

4. 구조체의 변수로 쓰일 수 있다.

뭐 이밖에도 여러분이 더 잘 알거에요.

그래서 무슨 말이 하고 싶은 거냐 넌?

구조체도 자료형이 될 수 있다고 했습니다. 그러니까 위와 같이 쓰일 수도 있다는 이야깁니다. 똑같습니다. 위의 순서대로 구조체를 갖고 놀아 봅시다.

일단 매개변수로 쓰이는 경우를 보도록 하지요.

#include <stdio.h>

typedef struct student{
	char *name;
	int math;
	int kor;
	int eng;
} student;

float avg(student person);
student getHonorStudent(student me, student you);

int main() {
	student reakwon = { "REAKWON",40,50,40 };
	student seonmi = { "선미",90,95,100 };

	student honorStudent = getHonorStudent(reakwon, seonmi);
	printf("우등생은 %s입니다.\n", honorStudent.name);
	return 0;
}

float avg(student person) {
	return (person.math + person.kor + person.eng) / 3.0;
}
student getHonorStudent(student me, student you) {
	if (avg(me) > avg(you))
		return me;
	if (avg(me) < avg(you))
		return you;
}

전교생이 두 명인 학교에서 우열을 참 가리기 쉬운 학생 두명이 있습니다(그러니 평균이 같은 학생은 없다는 가정을 하겠습니다). 누가 우등생인가를 구하는 코드입니다.

위 코드에서 reakwon이라는 학생 성적은 제 고등학교 시절과 정확히 똑같군요.

우리는 avg나 getHonorStudent함수에서 매개변수로 쓰인 student 구조체를 주목해야합니다. 변수가 매개변수로 함수로 전달하는 것과 일치하죠. 그 매개변수 앞에는 student라는 자료형이 있는 것과 같은 겁니다.

결과를 보죠.

예상했다 싶이 선미라는 아이가 우등생이네요.

오~ 매개변수로 쓰일 수 있구나!

두번째, 포인터로 참조할 수도 있습니다.

우리는 포인터를 통해 그 주소에 접근할때 *를 이용해서 접근했었죠.

포인터도 역시 똑같습니다.

구조체는 이와 같은 접근 방법외에도 다른 방법으로도 포인터를 통해 참조할 수 있습니다. "->" 이와 같은 표시로 말이죠.

마치 화살표 같은게 포인터 티가 나죠?

이제 코드로 한번 확인해보도록 합시다.

#include <stdio.h>

typedef struct student{
	char *name;
	int math;
	int kor;
	int eng;
} student;


int main() {
	student reakwon = { "REAKWON",40,50,40 };
	student *me = &reakwon;

	printf("me의 크기:%d\n", sizeof(me));
	printf("reakwon의 주소:%p, me가 가리키는 주소:%p\n", &reakwon, me);
	printf("\n");
	printf("포인터를 통해서 값을 읽어오는 방법 1");
	printf("수학:%d, 국어:%d, 영어:%d\n", (*me).math,(*me).kor,(*me).eng);

	printf("\n");
	printf("포인터를 통해서 값을 읽어오는 방법 2");
	printf("수학:%d, 국어:%d, 영어:%d\n", me->math, me->kor, me->eng);
	
      return 0;
}

다음 결과 사진을 보고서 다시 이야기해 보도록 합시다.

포인터를 배울때와 같이 변수 me는 reakwon의 주소를 값으로 갖고 있습니다. 그리고 접근하는 방법 두가지 역시 같은 값을 나타내고 있습니다.

하지만 크기를 보세요. 구조체 포인터는 역시 포인터 크기(4바이트)와 같은 크기입니다. 주소만 갖고 있으면 되기 때문이죠.

그림으로 그려보면 이런 그림이겠군요.

이제 구조체를 배열로 관리해보겠습니다. 역시 쉽습니다. 바로 코드로 봅시다.

#include <stdio.h>


typedef struct student{
	char name[30];
	int math;
	int kor;
	int eng;

} student;

float avg(student who) {
	return (who.math + who.kor + who.eng) / 3.0;
}

int main() {
	
	student students[3];

	for (int i = 0; i < 3; i++) {
		printf("이름:");
		scanf("%s", students[i].name);

		printf("수학 점수:");
		scanf("%d", &students[i].math);

		printf("국어 점수:");
		scanf("%d", &students[i].kor);

		printf("영어 점수:");
		scanf("%d", &students[i].eng);
		printf("\n");
		
	}


	for (int i = 0; i < 3; i++) {
		printf("%s의 점수\n",students[i].name);
		printf("수학 %d, 국어 %d, 영어 %d\n",
			students[i].math, students[i].kor, students[i].eng);
		printf("평균 %.1lf\n",avg(students[i]));
		printf("\n");
	}

	return 0;
}

세명의 학생의 이름과 점수를 입력받고 점수와 평균을 출력해주는 코드입니다. 

배열을 포인터 연산으로 나타낼 수 있듯이 구조체 배열 역시 포인터 연산으로 나타낼 수 있습니다. 위의 코드를 (*(students+i)).kor 과 같이 코드를 한 번 바꾸어 실행해보세요.

위 코드의 결과가 아래의 캡처화면입니다.

구조체는 이렇게 편리합니다. 

이제 마지막, 구조체는 구조체를 포함할 수 있습니다. 이것도 역시 변수와 같은 성격이죠. 구조체를 변수로 쓰는 방법은 아래와 같습니다.

구조체 안에 같은 구조체 타입의 변수가 배열로 들어가 있습니다. 구조체는 자료형이라고 했기 때문에 뭐 놀랍지도 않군요.

물론 다른 구조체 타입의 변수까지 멤버로 가질 수도 있습니다. 이런 엉뚱한 구조체는 어디서 쓰일까요?

나중에 자료구조에서나 알고리즘에서 트리의 노드와 같은 것으로 쓰일 수가 있습니다.

이제까지 구조체에 대해서 공부해봤습니다. 바이바이~