C언어에서의 자료형

변수 네이밍 규칙

• 영문 문자와 숫자 사용 가능
• underbar( _ ) 로 시작할 수 있음.
• 숫자부터 시작하면 안 됨.(문자부터 시작)
• 대소문자 구분
• 예약어(int, short, long 등) 사용 불가

변수 선언 방법

int number;
int a, b, c;
int num1 = 10;

• 변수는 자료형 변수이름; 형식으로 선언
• 한번에 여러 변수를 선언할 수 있음(위 코드의 2번째 줄에서 a, b, c 세 개의 변수를 선언)
• 세번 째 줄 처럼 변수를 선언하며 값을 할당할 수 있음. 이를 "변수를 초기화한다"라고 표현

정수 자료형

• C언어는 저장할 값의 종류에 따라 자료형이 다름
  예) 파이썬에서는 변수이름 = 데이터 형식으로 저장하지만, C언어에서는 변수를 선언한 후, 해당 변수의 타입과 범위에 맞는 데이터를 저장해야 함.
• 숫자를 저장하는 변수의 경우 signed/unsigned 변수로 나뉨
  - signed와 unsigned 변수는 양의 정수, 0을 모두 저장할 수 있으나 음의 정수는 signed 변수에서만 저장 가능

참고: 1byte=8bit

자료형	크기	범위	비고
char signed char	1byte(8bit)	-128~127
unsigned char	1byte(8bit)	0~255
short short int	2byte(16bit)	-32,768~32,767	int 생략 가능
unsigned short unsigned short int	2byte(16bit)	0~65,535	int 생략 가능
int signed int	4byte(32bit)	-2,147,483,648~2,147,483,647
unsigned unsigned int	4byte(32bit)	0~4,294,967,295	int 생략 가능
long long int signed long signed long int	4byte(32bit)	-2,147,483,648~2,147,483,647	int 생략 가능 [주의] OS별 크기가 다름!
unsigned long unsigned long int	4byte(32bit)	0~4,294,967,295	int 생략 가능
long long long long int signed long long signed lont long int	8byte(64bit)	-9,223,372,036,854,775,808~9,223,372,036,854,775,807	int 생략 가능
unsigned long long unsigned long long int	8byte(64bit)	0~18,446,744,073,709,551,615	int 생략 가능

정수형 변수의 사용

#include <stdio.h>

int main() {
	unsigned char		num1 = 200;					//1바이트 부호 없는 정수형
	unsigned short		num2 = 60000;				//2바이트 부호 없는 정수형
	unsigned int		num3 = 1234567890;			//4바이트 부호 없는 정수형
	unsigned long		num4 = 4123456789;			//4바이트 부호 없는 정수형
	unsigned long long	num5 = 1234567891234567890;	//8바이트 부호 없는 정수형

	printf("%u, %u, %u, %lu, %llu\n", num1, num2, num3, num4, num5);
    return 0;
}

200, 60000, 1234567890, 4123456789, 1234567891234567890

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Operating System & Platform 에 따른 long의 크기

long을 사용할 때에는 OS와 Platform마다 byte가 다르므로 주의해야 함.
아래의 사진은 Ubuntu 64bit와 Windows 64bit에서 동일한 코드를 실행시켰을 때의 결과값으로, long의 크기가 다른 것을 확인할 수 있음.

OS	CPU(Platform)	byte	bit
Windows	x86(32비트)	4byte	32bit
Windows	x86-64(64비트)	4byte	32bit
Linux	x86(32비트)	4byte	32bit
Linux	x86-64(64비트)	8byte	64bit
OS X	x86(32비트)	4byte	32bit
OS X	x86-64(64비트)	8byte	64bit

정수형 자료형에서의 overflow와 underflow

#include <stdio.h>
int main() {
	char num1 = 128;
	unsigned char num2 = 128;
	unsigned char num3 = 256;
    
	printf("  signed char(num1): %d\nunsigned char(num2): %u\nunsigned char(num3): %u", num1, num2, num3);
    return 0;
}

signed char(num1): -128
unsigned char(num2): 128
unsigned char(num3): 0

char에 저장할 수 있는 최댓값: 127
unsigned char에 저장할 수 있는 최댓값: 255

signed char(num1)에는 127까지만 저장할 수 있는데, 127을 초과하였으므로 오버플로우가 발생하였고, unsigned char(num2, num3)에는 255까지만 저장할 수 있는데, 255를 초과하여 num3에서 언더플로우가 발생한 것을 확인할 수 있다.

자료형의 사이즈, 최솟값, 최댓값 확인

#include <stdio.h>
#include <limits.h>

int main() {
	printf("[Size] char: %d, short: %d, int: %d, long: %d, long long: %d\n\n",
		sizeof(char),
		sizeof(short),
		sizeof(int),
		sizeof(long),
		sizeof(long long)
	);

	printf("[Minimum] char: %d, short: %d, int: %d, long: %ld, long long: %lld\n",
		CHAR_MIN, SHRT_MIN, INT_MIN, LONG_MIN, LLONG_MIN);
	printf("[Maximum] char: %d, short: %d, int: %d, long: %ld, long long: %lld\n",
		CHAR_MAX, SHRT_MAX, INT_MAX, LONG_MAX, LLONG_MAX);

	return 0;
}

[Size] char: 1, short: 2, int: 4, long: 4, long long: 8


[Minimum] char: -128, short: -32768, int: -2147483648, long: -2147483648, long long: -9223372036854775808

[Maximum] char: 127, short: 32767, int: 2147483647, long: 2147483647, long long: 9223372036854775807

참고: unsigned 정수 자료형의 최솟값은 모두 0이며 최댓값은 signed 자료형의 최댓값을 호출하는 매크로 상수(예: CHAR_MAX) 앞에 U를 붙이면 됨.

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2진수 계산법

이진법: 두 개의 숫자(1과 0)만을 이용하는 수 체계

연산	num1	기호	num2	result
덧셈	0	+	0	= 0
덧셈	0	+	1	= 1
덧셈	1	+	1	= 10
곱셈	0	×	0	= 0
곱셈	0	×	1	= 0
곱셈	1	×	1	= 1

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[참고] 10진수를 2진수로 변환하기

우리는 평소에 12345, 443, 80 과 같은 10진수를 사용해 숫자를 표시한다. 10진수를 2진수로 변환하려면 몫이 0이 될 때 까지 2로 나누면 된다.

156을 10진수에서 2진수로 변환하는 과정

	156을 몫이 0이 될 때 까지 2로 나누면 됩니다. 맨 아래를 보면 몫이 0이 되어있는 것을 확인할 수 있습니다. 몫이 0이 될 때까지 계산한 후 나머지를 아래에서 위로 읽으면 이진수가 됩니다. 따라서 156을 10진수에서 2진수로 변환하면 10011100 이 됩니다.

음수 표현법

부호절대값(Sign Magnitude)

부호: MSB(Most Significant Bit)로 양수(0)과 음수(1)를 구분
크기: 나머지 bit로 크기를 표현

장점: 직관적이다
단점: +0과 -0이 존재하며, 양수의 덧셈과 음수의 덧셈을 다르게 해야함(1-2=-1: 0001+ 1010 = 1011?)

10진수	2진수	반대부호	2진수	10진수
0	0000	->	1000	0
1	0001	->	1001	-1
2	0010	->	1010	-2
3	0011	->	1011	-3
4	0100	->	1100	-4
5	0101	->	1101	-5
6	0110	->	1110	-6
7	0111	->	1111	-7

1의 보수(1's complement)

부호: MSB(Most Significant Bit)로 양수(0)과 음수(1)를 구분
크기: 나머지 bit를 반전(0↔1)해서 같은 크기를 표현

장점: 양수의 덧셈과 음수의 덧셈이 같다.(1-5=-4: 0001 + 1010 = 1011) 단, 캐리가 발생하면 LSB에 1 더함(5-4=1: 0101 + 1011 = 10000 ↔ 0001)

캐리?

단점: 직관적이지 않고 +0과 -0이 존재

2의 보수(2's complement)

더해서 0이 되는 수(넘은 비트는 무시), 1 + (-1) = 0
모든 bit를 반전(0↔1)한 뒤, LSB에 1을 더한 수

장점: 0이 오직 하나, 여전히 MSB=1이면 음수, 음수 하나 더
장점: 양수와 음수의 덧셈이 같음 (5-4=1: 0101 + 1100 = 0001)

단점: 직관적이지 않다.

실수 자료형

• 실수는 부동소수점 방식으로 저장
• IEEE 754 표준 규약 (기수 = 2)

자료형	크기	범위	유효자릿수	비고
float	4byte (32bit)	1.175494e-38~3.402823e+38	7	<IEEE 754 단정밀도 부동소수점>부호비트(Significant, 1bit): 양수(0), 음수(1) 지수부(Exponent, 8bit): -126 ~ 128, Bias 127 가수부(Mantissa, 23 Bit) 즉 $2^{-126}$ 부터 $2^{128}$ 사이의 값 표현 가능
double	8byte (64bit)	2.225074e-308~1.797693e+308	16	<IEEE 754 배정밀도 부동소수점>부호비트(Significant, 1bit): 양수(0), 음수(1) 지수부(Exponent, 11bit): -1022 ~ 1024, Bias 1023 가수부(Mantissa, 52 Bit) 즉 $2^{-1022}$ ~ $2^{1024}$ 값 표현 가능
long double	8byte (64bit)	2.225074e-308~1.797693e+308	16	<IEEE 754 배정밀도 부동소수점>

정수를 표현할 때는 명확하게 표현할 수 있지만, 실수는 두 정수 사이에 무한한 값이 존재할 수 있기에 정확한 값을 표현하기 힘들다.
실수를 표현하려면 일정 수준의 오차를 전제하여 다양한 표현을 한다.

예) 1과 2사이에는 실수 1.1 1.1911111 1.1111111111 1.223232422222 등 무한개의 실수가 존재

참고 - IEEE 754 표준 - 부동소수점 자료 표현 (float, double)
2016. 1. 12. 01:00

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실수형 변수의 사용

알아둘 것!

• float는 숫자 뒤에 "f"를 붙임.
• double은 숫자 뒤에 아무것도 붙이지 않음.
• long double은 숫자 뒤에 "l"을 붙임.
• float와 double의 형식지정자: %f
• long double의 형식지정자: %lf

#include <stdio.h>

int main() {
	float		num1 = 0.1f;		//float는 숫자 뒤에 "f"를 붙임.
	double		num2 = 3867.215820;	//double은 숫자 뒤에 아무것도 붙이지 않음.
	long double num3 = 9.3275131;	//long oduble은 숫자 뒤에 "l"을 붙임.

	//float와 double의 형식지정자: %f
	//	 long double의 형식지정자: %lf

	printf("%f %f %Lf\n", num1, num2, num3);
	return 0;
}

0.100000 3867.215820 9.327513

---

#include <stdio.h>

int main() {
	float		num1 = 3.e5f;		//지수 표기법으로 30000을 표기
	double		num2 = -1.3827e-2;	//지수 표기법으로 -0.013827을 표기
	long double num3 = 5.21e+9l;	//지수 표기법으로 521000000을 표기

	printf("num1: %f\nnum2: %f\nnum3: %lf", num1, num2, num3);
    return 0;
}

num1: 300000.000000
num2: -0.013827
num3: 5210000000.000000
num1: 3.000000e+05
num2: -1.382700e-02
num3: 5.210000e+09

---

실수형 자료형의 사이즈, 최솟값, 최댓값 확인

• 지수 표시법(exponential notation)
• 정수 부분을 한 자리로 만들고 지수를 표시
• 실수e + 지수: 실수 * 10의 거듭제곱
• 2.1e+3은 2.1 * 1000 = 2100
• 실수e-지수: 실수 * (1/10 의 거듭제곱)
• 2.1e-2는 2.1 * (1/100) = 0.021

#include <stdio.h>
#include <float.h>	//실수 자료형의 양수 최솟값, 최댓값이 정의된 헤더 파일

int main() {
	float		num1 = 0.0f;
	double		num2 = 0.0;
	long double num3 = 0.0l;

	printf("[Size] num1: %d, num2: %d, num3: %d\n",
		sizeof(num1),
		sizeof(num2),
		sizeof(num3)
	);

	printf("[Minimum] float: %.40f, double: %e, long double: %le\n",
		FLT_MIN,
		DBL_MIN,
		LDBL_MIN
	);

	printf("[Maximum] float: %.2f, double: %e, long double: %le\n",
		FLT_MAX,
		DBL_MAX,
		LDBL_MAX
	);


	return 0;
}

[Size] num1: 4, num2: 8, num3: 8
[Minimum] float: 0.0000000000000000000000000000000000000118, double: 2.225074e-308, long double: 2.225074e-308
[Maximum] float: 340282346638528859811704183484516925440.00, double: 1.797693e+308, long double: 1.797693e+308

실수형 자료형에서의 overflow와 underflow

#include <stdio.h>
#include <float.h>	//실수 자료형의 양수 최솟값, 최댓값이 정의된 헤더 파일

int main() {
	float num1 = FLT_MIN;	//float 양수 최솟값
	float num2 = FLT_MAX;	//float 양수 최댓값

	//float 양수 최솟값을 100000000.0으로 나누면 아주 작은 수가 되면서 언더플로우 발생
	num1 = num1 / 100000000.0f;
	
	//float 양수 최댓값에 1000.0을 곱하면 저장할 수 있는 범위를 넘어서므로 오버플로우 발생
	num2 = num2 * 1000.0f;

	printf("%e %e\n", num1, num2);	//실수의 언더플로우는 0
									//오버플로우는 무한대가 됨

	return 0;
}

0.000000e+00 inf

---

문자 자료형

• C언어는 정수 자료형 char에 문자 한 개를 저장
• char 자료형은 문자를 바로 저장하지 않고, 문자에 해당하는 정숫값을 저장함

자료형	크기	범위	비고
char signed char	1byte(8bit)	-128 ~ 127	문자 저장
unsigned char	1byte(8bit)	0 ~ 255	바이트 단위 문자 저장

C언어에서는 문자를 작은 따옴표로 묶어서 표현함.

char c1 = 'a';

작은따옴표는 문자 두 개 이상을 묶을 수 없음(아래 코드는 불가)

char c1 = 'Hello World';

ASCII Code

• 아스키 코드: 문자를 정수로 나타내는 규칙
• 65(0x41) ~ 90(0x5A)는 A~Z 알파벳 대문자
• 97(0x61) ~ 122(0x7A)는 a~z 알파벳 소문자
• 나머지 값들은 공백, 숫자, 특수문자, 제어문자 등
• 문자는 ASCII 코드 규칙에 의해 정수로 저장되므로 정수처럼 덧셈과 뺄셈 가능

#include <stdio.h>

int main() {
	char c1 = 'a';
	char c2 = 'b';

	/*	a의 아스키코드값: 97
	*
	*	아스키 코드 규칙에 의해 char에 정수로 저장되므로
	*	a의 아스키코드값(97)에 1을 더하면 98이 된다.
	*	98은 b의 아스키코드값으로, 형식지정자(%c)를 통해
	*	아스키코드 98을 출력하면 b가 출력된다.
	* 
	*	%d를 사용하면 정수 값, %x를 사용하면 16진수 값
	*/
	printf("%c, %d, 0x%x\n", c1 + 1, c1 + 1, c1 + 1);

	//위와 동일하게 작용해 c가 출력된다.
	printf("%c, %d, 0x%x\n", c2 + 1, c2 + 1, c2+1);

	return 0;
}

b, 98, 0x62
c, 99, 0x63

서식지정자

%c
%x -> 16진수 출력

#include <stdio.h>

int main() {
	char c1 = 'a';
	char c2 = 'b';
	char newLine = '\n';

	printf("%c%c%c", c1, newLine, c2);

	return 0;
}

참고: 제어 문자도 char에 저장할 수 있음.

10진수	16진수	문자	표기법	설명
10	0x0A	LF	\n	개행, 라인 피드(Line Feed), 새 줄(new line), 줄바꿈
13	0x0D	CR	\r	복귀, 캐리지 리턴(Carriage Return), 줄의 끝에서 시작 위치로 되돌아감
9	0x09	TAB	\t	수평 탭(horizontal tab)

문자형 변수 선언

#include <stdio.h>

int main() {
	char c1 = 'a';
	char c2 = 'b';

	printf("%c, %d\n", c1, c1);	//a, 97('a'의 아스키코드값)
	printf("%c, %d\n", c2, c2);	//b, 98('b'의 아스키코드값)

	return 0;
}

a, 97
b, 98