C++ 프로그래밍 - 02 C++ 언어의 기초(1)

Wonil Jang·2024년 8월 27일

C프로그래밍 강의 한국방송통신대학교

컴퓨터과학

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C++ 언어의 기초 (1)

1. 키워드와 식별자

키워드, Keyword

c++ 언어에서 미리 용도를 정해 놓은 단어
반드시 정해진 용도로만 사용해야 함
예약어 reserved word라고도 한다.

키워드의 예

#include <iostream>
/*
  아래 코드에서 
  using, namespace, int, return 이 키워드에 해당됨
*/
using namespace std;
int main() {
  cout << "first step" << endl;
  return 0;
}

식별자, Identifier
- 여러가지 대상을 구분하기 위해 만든 이름
  - 변수나 함수, 클래스 등의 이름
- 식별자를 만드는 규칙
  - 첫자는 비 숫자 문자를 사용 (c++11부터 다국어 문자 포함)
    - 비 숫자 문자: 영문 대/소문자와 _ (※ MS C++에서는 $ 포함)
    - _ 또는 __ 문자로 시작하는 식별자는 C++의 구현 환경에 따라 특수한 용도로 활용하기 위해 이미 예약되어 있을 가능성이 있다. 따라서 사용 지양
  - 이후의 문자는 비 숫자 문자와 숫자를 사용 (특수문자 사용 불가)
  - 길이 제한 없음
  - 키워드는 식별자로 사용할 수 없음
- 적절한 식별자의 예
```
  myname 
  my_name // snake_case
  myName // camelCase 
  MyName // PascalCase
  a3 
  VALUE
  Int 
  initial_value
  합계 (c++11 이후) $price (MS C++)
```
  *실무에서는 코딩 컨벤션을 만들어 상황에 따라 선택해서 사용하지만 주로 camelCase를 사용함
- 사용할 수 없는 식별자의 예
```
  4days my name my#name int
  intial-value  min:value
```

2. 기본 자료형 및 상수와 변수

C++의 자료형
1. 기본 자료형
  - 기본 자료형이란?
    - 데이터를 표현하기 위한 기본적인 표현 형식
  1. 정수 자료형
    - char, int, short, long, bool 등
  2. 실수 자료형
    - float, double, long double
2. 복합 자료형
  - 배열, 구조체(struct), 클래스(class), 열거형(enum), 공용체(union)
  - 포인터, 참조(C++에서 추가)
C++의 기본 자료형
1. 정수 자료형, Integral type
  - 고정소수점(fixed-point) 방식의 숫자 표현
    - 소수점이 특정 위치에 있다고 가정하는 자료형, 정수 자료형은 소수점 왼쪽의 숫자만 표현, 말 그대로 정수만 표현
    - 오버플로(overflow)가 발생하지 않도록 주의해야 함
    1. 문자를 표현하는 자료형
      - char
      - 일반적으로 1byte(8bit)로 문자를 표현
    2. 정수를 표현하는 자료형
      - int
      - short
      - long
      - long long
    - 문자, 정수를 표현하는 자료형은 부호 표현 가능
      - signed: 부호 표현
      - unsigned: 양수만 표현
    1. 참/거짓을 표현하는 자료형
      - bool: true(참) 또는 false(거짓) 저장
    2. 다국어 표현을 위한 자료형
      - wchar_t, char16_t, char32_t
2. 실수 자료형
  - 부동소수점(floating-point) 방식의 숫자 표현
  - float (4byte)
    - 부호 1비트, 지수부 8비트, 가수부 23비트로 구성
    - 1.17549 x 10⁻³⁸ ~ 3.40282 x 10³⁸ 범위의 값을 표현함
      (numeric_limits::min(), numeric_limits::max())
  - double (4byte)
    - 부호 1비트, 지수부 11비트, 가수부 52비트로 구성
    - 2.22507 x 10⁻³⁰⁸ ~ 1.79769 x 10³⁰⁸ 범위의 값을 표현함
      (numeric_limits::min(), numeric_limits::max())
상수의 표현 - 리터럴(literal)
- 리터럴이란?
  - 기본 자료형의 값을 직접 표현하는 방식
  - 리터럴은 그 값을 프로그램에서 변경할 수 없으므로 상수에 해당
1. 정수형 리터럴의 표현
  - 숫자를 표현하는 문자와 부호만으로 표현됨
    - 숫자를 표현하는 문자
      - 0~9까지의 숫자
      - 10~15에 해당되는 16진수를 표현하기 위한 문자 a~f와 A~F
  - 접두사를 이용한 진법의 표현
    
    표현 의미
    159 10진수 int형 상수
    0b110011111 2진수 int형 상수
    0237 8진수 int형 상수
    0x9f 16진수 int형 상수
  - 접미사를 이용한 리터럴의 자료형 지정
    
    표현 의미
    123 int형
    123u unsigned int형
    123L long형
    123ul unsigned long형
    123ll long long형
2. 문자 리터럴의 표현
  - 작은 따옴표('')안에 문자를 표기하는 방법
  - 8진수나 16진수 문자 코드로 표기하는 방법
    
    표현 의미
    'A' 문자 'A' (ASCII 코드에 해당되는 정수 65와 동일)
    '\101' 'A'와 동일함 (65의 8진수 표현)
    '\x41' 'A'와 동일함 (65의 16진수 표현)
3. 실수형 리터럴의 표현
  - 소수점이 있거나 10의 거듭제곱을 표현하기 위한 지수 기호인 e가 있으면 실수형 리터럴임
    
    표현 의미
    1200., 1200.0, 12e2, 1.2e+3, double형 값 1200
    1200.0f, 12e2f float형 값 1200
변수
1. 변수란?
  - 프로그램이 실행되는 동안 기억하고 있어야 하는 값들을 저장하는 메모리 영역
  - 변수에는 자료형과 이름이 지정되어야 함
  - 모든 변수는 사용하기 전에 미리 선언해야 함
```
// 자료형   변수명 
int korScore, mathScore;
cin >> korScore >> mathScore;

// 자료형 변수명
float avrScore = (korScore + mathScore) / 2.0f;
```
2. 변수의 초기화
  - 불필요한 값이 들어있지 않게 변수를 만들 때 지정된 값을 할당하는 것
```
int total = 0; // 형식 1
int total(0)  // 형식 2

// 초기화 오류
int x(131070.5)  // 오류 1
short y(x); // 오류 2

int total{0}; // 형식 3
```
    *초기화 오류
    1. 오류 1
      x 변수를 초기화하기 위해 131070.5란 값을 할당했는데 x는 int 자료형이고 131070.05는 double 자료형이므로 실제 x에 할당되는 값은 131070으로 축소가 된다. 따라서 .05라는 오차가 생겨 오류 발생
    2. 오류 2
      초기화된 x의 값을 y변수에 할당하여 초기화하였는데 x의 자료형은 int이고 y는 short다. int 자료형은 32비트의 저장 공간을 가지고 있고 short 자료형은 16비트의 저장 공간을 가지고 있다. 따라서 y변수에 32비트의 x값을 다 할당하지 못하고 초과(오버플로)하여 발생하는 오류
3. 자료형 추론
  - 변수를 초기화할 때 초기화하는 값의 자료형으로 변수의 자료형을 추론함
```
auto i(10); // int i(10); 과 동일
```
4. 변수의 사용 영역(scope)
  - 변수가 유효성을 갖는 영역
```
// s1.cpp
// 비 지역변수(non-local variable)
int a; // 선언된 이후 프로그램의 전역에서 사용 가능
static int b{10}; 
int f() {
  int c{20}, d{30}; // 선언된 이후 소속 블록의 전체 영역에서 사용 가능
  {
    int d{40}; // 선언된 이후 소속 블록의 내부 영역에서 사용 가능, 지역 변수(local variable)
    int e{50};
    .
    .
  }
}

// s2.cpp
extern int a; // extern이란 키워드를 사용하면 s1.cpp파일 내부에 있는 int a 변수를 가지고 온다.
static int b{50};
int g() {
  ...
}
```
  - static 키워드를 사용하여 선언된 변수는 해당 파일 내부에서만 사용 가능
  - f함수의 내부에 d변수가 선언되어있지만 새로운 {}, block을 생성하고 해당 블록 내부에 d변수를 새로 선언하였을 경우 해당 블록 내부에선 새로 선언한 d변수는 사용 가능하지만 f함수의 d변수를 사용하지 못한다. 이를 이름가리기라고 한다.
  - 다른 파일에서 선언된 변수를 extern 키워드를 사용하여 가져와 사용할 수 있다.
5. const 한정어
  - const를 사용하여 선언한 변수는 값을 재할당할 수 없다.
  - 초기화를 통해서 할당한 값만 사용할 수 있다.
```
const double PI {3.14159};
```
6. constexpr 한정어
  - 값을 컴파일할 때 평가한다는 의미
  - 실행 중 값을 평가하는 것에 비해 효율적으로 동작할 수 있게 한다.
```
int a;
std::cin >> a;
const int b = 20;
const int C1 = a; // cin을 통해 입력된 a의 값으로 초기화
constexpr int C2 = a + 10; // 오류1: 컴파일 시 평가하기로 요청했지만 a는 사용자의 입력을 받아 할당하는 값이므로 컴파일 과정에서 오류가 난다.
constexpr int C3 = b + 100; // b + 100을 컴파일 시에 계산할 수 있음 
constexpr int C4 = C1 * 2 // 오류: 오류1과 비슷한 상황으로 에러
```
7. constexpr 함수
  - 모든 인수가 constexpr인 경우 컴파일할 때 값을 구할 수 있게 한다.
```
constexpr int fac(int n) {
  return n > 1 ? n * fac(n-1) : 1;
}

void f(int x) {
  constexpr int a = fac(4); // 컴파일할 때 계산
  int b = fac(x); // 실행 중 계산 
}
```
8. 변수의 유효기간
  - 변수의 유효기간(lifetime)이란?
    - 변수가 언제 만들어져서 언제 없어지는가를 나타냄
    - 자동 변수
      - 생성 시점: 함수(블록)가 시작될 때
      - 소멸 시점: 함수(블록)가 종료될 때
    - 정적 변수
      - 생성 시점: 프로그램이 시작될 때
      - 소멸 시점: 프로그램이 종료될 때
```
int x; // 전역 변수 - 정적 유효기간
int f() {
  int y{10}; // 지역 변수 - 자동 유효기간
  static int z{0} // 정적 지역변수 - 정적 유효기간
}
```
    정적 지역변수
    기존 유효기간에선 f함수가 종료되는 시점에 y와 z 변수는 소멸되어야하는데 z 변수는 static 키워드를 사용하여 선언을 함으로써 할당되어있는 값을 보존하고 f함수가 다시 실행되었을 때 보존한 z변수의 값을 다시 재사용한다.
9. 변수와 상수 사용 예제
```
// CircleArea.cpp
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
  const double PI { 3.14159 }
  double radius;

  cout << "원의 반경을 입력하시오 : ";
  cin >> radius;
  double area = radius * radius * PI;
  cout << "원의 면적 = " << area << endl;
  return 0;
}
```
연산자
1. 2항 연산자
  - 2개의 피연산자를 사용하는 연산자
  - 사칙 연산자: +, -, *, /
    
    수식 수식의 값
    5 + 3 8
    3 / 2 1
    3.0 / 2.0 1.5
  - 나머지 연산자: %
    
    수식 수식의 값
    5 % 3 2
    -5 % 3 -2
    5 % -3 2
    -5 % -3 -2
2. 단항 연산자
  - 피연산자가 하나인 연산자
  1. 증, 감 연산자: ++, --
    - 전위표기: 변화된 값이 수식의 값
    - 후위표기: 원래의 값이 수식이 값
  2. 부호 연산자: +, -
    - 양/음수의 값
3. 대입 연산자(=)
  - 수식의 값: 저장된 결과
  - 연산자의 결합 방향: 우 -> 좌
    
    수식 수식의 값
    a = 0; a = 0
    a = b = 0; b = 0, a = 0
    a = b = 1.5 b = 1, a = 1
    
    *a는 double형, b는 int형일 떄
4. 복합 대입 연산자
  - 이항 연산자와 대입 연산자를 결합
  - +=, -=, *=, %=, <<=, >>=
    
    수식 수식의 값
    a += b; a = a + b 와 동일
5. 관계 연산자
  - >, <, >=, <=, ==, !=
    
    수식 수식의 값
    a > b true
    a == 5 false
    
    *a = 10, b = -5일때
6. 논리 연산자
  - 논리 합 ||, 논리 곱 &&, 부정 !
  - 논리 곱의 경우 앞의 연산이 거짓일 경우 뒤의 연산으로 넘어가지 않는다.
  - 논리 합의 경우 앞의 연산이 참일 경우 뒤의 연산으로 넘어가지 않는다.
7. 비트 단위 논리 연산자
  - 비트 단위로 계산이 필요할 떄 사용하는 연산자
  - 논리 합 |, 논리 곱 &, 배타적 논리 합 ^, 부정 ~
  - 논리 합: 피연산자가 둘 중 하나라도 참일 경우 참으로 연산
  - 논리 곱: 피연산자가 둘 중 하나라도 거짓일 경우 거짓으로 연산
  - 배타적 논리 합: 피연산자가 서로 값이 같지 않을 경우 참으로 연산
  - 부정: 피연산자의 값을 반전시킨다.
8. 비트 이동 연산자
  1. 좌측 이동 (<<): 우측 피연산자에 지정된 비트 수만큼 좌측 피연산자를 좌측으로 이동
    - 우측의 비는 비트에는 0이 채워진다.
```
unsigned char x = 0b00011101; // 29
unsigned char y = x << 2;
// y = 01110100
```
  1. 우측 이동 (>>): 우측 피연산자에 지정된 비트 수만큼 좌측 피연자를 우측으로 이동
    - signed 자료형에 대해서 부호를 유지할 수 있도록 부호 비트가 좌측의 비는 비트에 채움(구현에 따라 다름)
```
char x = 0b10010100; // -108
char y = x >> 2;
// y = 11100101, -27
```
9. 유일한 3항 연산자
  - 조건 ? 값 1 : 값 2
    - 조건이 참이면 수식의 값은 값, 거짓이면 값2
자료형의 변환
1. 묵시적 형 변환
  - 묵시적 형 변환 개요
    - 두 값 사이의 연산에서는 우선순위가 낮은 자료형의 값이 순위가 높은 자료형의 값과 같은 형으로 변환됨
    - 여러 개의 연산으로 구성된 수식에서 묵시적 형 변환은 연산자 단위로 이루어짐
    - 대입 연산자(=)는 값을 저장할 변수의 자료형으로 묵시적 형 변환을 함
    ! 오차나 오버플로가 발생하지 않도록 주의해야 함
    
    정수 자료형의 변환 순위
    bool < char < short int < int < long int < long long int
    signed와 unsigned 자료형은 동일 함
  - 묵시적 형 변환의 예
```
intVar = doubleVar + intVar * floatVar;
```
  - intVar * floatVar 연산에서 float이 우선 순위가 더 높으므로 intVar 변수는 float으로 형 변환 발생
  - doubleVar와의 연산에선 double이 우선 순위가 더 높으므로 float으로 형 변환된 변수는 다시 double 자료형으로 형 변환 발생
  - double로 형 변환이 발생한 값이 할당되는 변수는 int 자료형의 변수로 double 형으로 변환된 값은 최종적으로 int 자료형으로 변환되어 할당 된다.
2. 형 변환 연산자
  1. static_cast: 연관된 자료형 간의 형 변환 처리, 변환 처리는 컴파일 단계에서 정해진다.
  2. dynamic_cast: 기초 클래스와 파생 클래스 간의 포인터 또는 참조 형 변환이 프로그램 실행 중에 일어나도록 지시한다.
  3. reinterpret_cast: 관련이 없는 자료형 사이의 변환을 처리하는 연산자로, 포인터를 다른 자료형의 포인터나 정수 자료형으로, 또는 그 역으로 변환한다.
  4. const_cast: const 지정을 일시 해제한다.

표현	의미
159	10진수 int형 상수
`0b`110011111	2진수 int형 상수
`0`237	8진수 int형 상수
`0x`9f	16진수 int형 상수

표현	의미
123	int형
123`u`	unsigned int형
123`L`	long형
123`ul`	unsigned long형
123`ll`	long long형

표현	의미
'A'	문자 'A' (`ASCII 코드`에 해당되는 정수 65와 동일)
'`\`101'	'A'와 동일함 (65의 8진수 표현)
'`\x`41'	'A'와 동일함 (65의 16진수 표현)

표현	의미
1200`.`, 1200`.`0, 12`e`2, 1.2`e`+3,	double형 값 1200
1200.0`f`, 12e2`f`	float형 값 1200

수식	수식의 값
5 `+` 3	8
3 `/` 2	1
3.0 `/` 2.0	1.5

수식	수식의 값
5 `%` 3	2
-5 `%` 3	-2
5 `%` -3	2
-5 `%` -3	-2

수식	수식의 값
a = 0;	a = 0
a = b = 0;	b = 0, a = 0
a = b = 1.5	b = 1, a = 1

수식	수식의 값
a `+=` b;	a = a + b 와 동일

수식	수식의 값
a `>` b	true
a `==` 5	false

Wonil Jang

아 좀 신나고 싶네! XD

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