1학년 C

홍태화·2024년 3월 2일

❓ C 프로그래밍 개요

😊 프로그래밍 언어

사람과 컴파일러가 이해할 수 있도록 약속된 형태의 언어

사람 : C언어,JAVA,PHP 등 사용 가능
컴파일러 : C언어,JAVA,PHP or 기계어 사용가능
컴퓨터 : 기계어 사용 가능

🐣 C언어 : 컴파일러가 필요
🐣 컴파일러 : 프로그래밍 언어로 작성된 프로그램을 컴퓨터가 이해할 수 있도록 기계어로 번역해주는 번역기

😊 컴파일러의 종류

🌈 컴파일러(Compiler): 소스 코드를 받아들여 그것을 한꺼번에 컴파일하여 기계어로 된 실행 파일을 생성

🌈 어셈블러(Assembler): 어셈블리어(기호로 표현된 어셈블리코드)로 작성된 소스 코드를 받아들여 기계어로 된 오브젝트 코드를
어셈블리 언어는 기계어와 일대일로 대응되는 저수준 언어이다
주로 시스템 프로그래밍이나 임베디드 시스템에서 사용된다

🌈 인터프리터(Interpreter): 소스 프로그램을 한번에 기계어로 변환시키는 컴파일러와는 달리 프로그램을 한 단계씩 기계어로 해석하여 실행하는 언어처리 시스템

😊 C프로그램의 완성 과정

코딩 단계
주어진 문제에 대한 설계를 바탕으로 소스코드를 작성하여 소스파일(*.c)을 생성하는 과정
컴파일 단계
소스파일이 목적파일(*.obj)로 변환되는 과정
링킹 단계
목적파일을 실행파일(execution file , *.exe)로 변환하는 과정

😊 C프로그램의 기본 구조

🐣도입 부분
#include<stdio.h>
int add(int x,int y);

🐣메인함수 부분
void main(){
  int i,j,sum;
  printf("함수의 호출\n");
  i=10,j=20;
  sum=add(i,j);
  printf("%d+%d=%d", i,j,sum);
}

🐣함수 부분
int add(int x,int y){
  int tot;
  tot=x+y;
  return tot;
}

C 프로그램은 반드시 🌀하나 이상의 함수를 포함해야 한다

🌀main()함수가 반드시 존재해야 한다.

함수의 시작과 끝을 알리는 중괄호를 사용해야 한다

중괄호 안에는 변수선언문,치환문,연산문,함수 등의 명령을 기입한다

🌀선행처리기를 제외하고 문장의 끝에는 세미콜론을 붙인다

🌈 C 프로그램의 구성 요소

예약어 : int,char,if,for ...
명칭 : 변수,배열,함수 ...
상수 : 값이 불변인 자료
연산자 : =,-,+,*,++ ...
설명문 : 프로그램에 대한 주석

😊 에러와 경고

에러 : C언어의 문법상 잘못된 경우 에러 메세지 출력
반드시 수정해야 한다
경고 : 컴파일은 가능한 경미한 실수 했을 때 발생
무시해도 실행파일이 만들어 진다

❓ 자료형

😊 상수

정수형,실수형,문자형,문자열 상수가 있다

정수형 : 10,8,16 진수로 표현
실수형 : double 형을 기본으로 사용
문자형 : 단일 인용부호('')로 묶여 있는 1개의 영문자나 숫자
문자열 : 이중 인용부호("")로 묶여 있는 복수개의 영문자나 숫자
🌈메모리에 보관될 때는 문자열 끝에 null 문자 \0가 추가된다

😊 변수

자료를 저장할 메모리를 확보하고 이 공간에 이름을 붙여준 것

🐣 변수 선언 : 확보된 메모리에 이름을 부여하는 것
변수선언에는 자료형이 필요하다

😊 선행처리기

#include : 파일포함
#define : 매크로 정의 (상수,함수 정의)
단순히 치환되는 자료
사용 예 : #define PI 3.141592
#if, #else, #elif, #endif : 조건부 컴파일

🌀주의할 점
한 줄에 하나의 명령만 쓴다
명령문 끝에는 세미콜론을 붙이지 않는다
반드시 #로 시작한다
소스 프로그램의 첫 부분에 위치한다

❓ 연산자

🐣 sizof() : 지정한 자료형, 수식, 변수가 차지하는 메모리의 크기(byte)를 구함
🐣 cast(형변환) : 지정한 자료형을 다른 자료형으로 강제적으로 바꿈
🐣 & : 주소 연산자로서 피 연산자의 주소를 나타냄
🐣 * : 내용 연산자로서 피 연산자의 내용을 가져옴

❓ 제어문

goto 문

#include <stdio.h>

int main() {
    int i = 0;

loop:
    printf("%d\n", i);
    i++;
    if (i < 5)
        goto loop;

    return 0;
}

프로그램 수행 도중 원하는 곳으로 🌈무조건적으로 옮긴다
레이블이 위치한 곳이 다른 if,for 문의 중괄호 안이라면 들어갈 수 없다

❓ 함수

함수를 사용하기 위해서는 정의가 되어 있어야하고 사전에(main함수 이전) 함수의 원형이 선언되어 있어야 한다
함수의 정의가 메인함수 아래있지 않고 위에있다면 원형선언이 필요 없다
헤더부분에 작성시 사전처리기와 달리 세미콜론(;)을 작성해야 한다
반환 자료형에서 void는 반드시 명시
🌈생략 시 int로 처리
매개변수가 없으면 void 형을 사용한다
🌈(void) 와 () 는 동일한 의미

😊 매개변수

실 매개변수 : 함수를 호출하는 함수에 쓰이는 매개변수
형식 매개변수 : 호출 당하는 함수에 쓰이는 매개변수

실 매개변수와 형식 매개변수 사이에는 자료형과 변수의 개수가 일치해야 한다

😊 참조에 의한 자료전달

& : 주소 연산자
* : 내용 연산자

function(&a,&b);  // 함수호출(실 매개변수)
...
...
int function(int *x,int *y){} // 함수정의(형식 매개변수)

a와 b의 메모리의 주소가 x,y로 전달된다
형식 매개변수 x,y는 주소를 받아들일 수 있는 변수이다
*x : x가 주소를 가지고있고 그 주소에 대한 내용을 값으로 가진다

❓ 기억 클래스

😊 변수의 기억클래스 종류

변수의 초기화, 존속시간, 유효범위에 따라 구별

auto를 제외한 나머지는 생략이 불가능하다

🐣자동 변수

지역변수가 자동변수 이다
예약어 auto를 사용(생략가능)
초기화가 필요

🐣정적 변수

프로그램이 끝날 때까지 메모리 유지
예약어 static 사용
전역변수에 해당한다
변수의 값은 프로그램 실행 중 계속 유지
초기화가 없으면 0으로 자동 초기화

🐣외부 변수

함수의 외부에서 선언
예약어 extern 사용
전역변수에 해당한다
초기화가 없으면 0으로 자동 초기화
🌈다른 파일에서 외부변수로 선언된 변수의 값을 참조할 수 있다

🐣레지스터 변수

cpu 내의 레지스터에 자료를 저장하고자 할 때
예약어 register 사용
자동 변수와 동일한 속성
프로그램의 실행속도 증가를 목적으로 사용
(주로 반복문에서 카운터 변수로 사용)

😊 형식

기억클래스 자료형 변수명;

😊 기능

기존의 변수 선언문에 기억클래스만 기입
🌈선언된 변수에 저장된 자료는 해당 기억영역에 놓이게 됨

❓ 배열

😊 배열 선언과 동시에 초기값 할당

int array[4] = {10,20,30,40}; // 배열 각 요소에 초기값 할당
int array[] = {10,20,30,40}; // 배열의 크기 생략 가능
int array[4] = {10,20,30,}; // array[3] = 0 으로 초기화

// 에러 발생
int array[4] = {10,,30,40}; 
int array[4] = {10,20,30,40,50}; //초기값이 많음

😊 char형 배열

형식 : char 배열명[문자열 길이 + 1]
사용 예 : char str[12]
의미 : 배열명이 str이고, 12문자 길이를 가진 char형 배열이다

char형 배열 선언과 초기화

//문자열 단위로 초기화
char name[] = "hong tea hwa";

// 문자 단위로 초기화 
// 이경우에는 null문자(\0)를 삽입해야 함
char address[] = {'S','E','O','U','L','\0'};

널 문자를 붙이지 않으면 내가 원하지 않는 쓰레기값이 붙을 수 있음

❓ 포인터

😊 포인터는 변수의 일종이다

변수 : 특정 데이터 값을 가지고 있음
포인터 : 특정 데이터가 저장된 메모리의 주소(번지)값을 가지고 있음

변수 선언에 의해 메모리가 할당되고
할당된 기억공간에 변수에 대입된 데이터가 저장된다
이때 할당된 메모리는 주소가 부여된다
기억공간을 변수명으로 접근하지 않고 주소로 접근하기 위해 사용한다

int day = 365;

&day를 출력하면 62fe1c 로 나온다 // 매번 변경됨

😊 포인터 변수의 선언

형식 : 자료형 *포인터 변수명
사용 예 : int *p

🌈 헷갈림!

p : 포인터 변수로서 정수형 자료가 수록되어 있는 주소를 갖고 있다
*p : 해당 주소에 수록되어 있는 정수형 값(주소에 들어있는 내용)을 갖고 있다

int a, b;	정수형 변수 a와 b를 선언
int *p;		정수형 포인터 변수 p를 선언
a = 5000;	변수 a에 5000이라는 값을 할당

p = &a;		포인터 변수 p에 변수 a의 주소를 할당
			& 연산자는 변수의 주소를 반환한다

b = *p;		포인터 p가 가리키는 메모리 주소에 있는 값을 변수 b에 할당한다 
			* 연산자는 포인터가 가리키는 값을 역참조한다

결과는 a, b, *p 모두 5000이 된다

😊 void 형 포인터

형식 : void *포인터명;
의미 : 프로그램 실행시에 자료형이 결정되는 경우에 사용
저장하기 전에 명시적 형변환이 필요

😊 포인터의 연산

포인터 변수에 +,-,++,-- 연산자를 사용하는 연산
🌈 만약 포인터 변수 2개가 있다면 두 포인터간의 + 연산은 할 수 없다

int main() {
    int arr[] = {10, 20, 30, 40, 50};
    int *ptr = arr; 					// 배열의 첫 번째 요소를 가리키는 포인터

    printf("첫 번째 요소: %d\n", *ptr); 	// 10 출력

    // 포인터에 산술 연산 수행
    ptr++; // 다음 요소를 가리킴
    printf("다음 요소: %d\n", *ptr); 	// 20 출력

    ptr += 2; // 두 번째 다음 요소를 가리킴
    printf("두 번째 다음 요소: %d\n", *ptr); 	// 40 출력

    ptr--; // 이전 요소로 이동
    printf("이전 요소: %d\n", *ptr); 	// 30 출력

    return 0;
}

🌀 *ptr+2 와 ptr+2 는 다르다!!!

😊 char 포인터

char *cp = "COMPUTER";

에서 cp는 문자열의 시작주소를 갖는다

*cp 		// C
*(cp+1)		// O
*(cp+2)		// M
*(cp+3)		// P
*(cp+4)		// U
*(cp+5)		// T
*(cp+6)		// E
*(cp+7)		// R
*(cp+8)		// \0

값을 참조할 때와는 달리 포인터변수 cp에 주소를 치환하지 않는다

😊 포인터와 배열의 관계

🐣 포인터를 이용해 1차원 배열을 참조할 수 있다

char s[] = "SCIENCE";
char *cp;

cp = s;		//포인터 cp를 이용하여 배열 s의 내용을 참조

배열명은 그 배열로 확보된 메모리의 시작주소를 가르킨다

배열 s도 주소를 가르키고 있기 때문에 포인터의 개념이다라고 할 수 있다

🌈 *cp 를 프린트하면 S가 나온다

🌈 *(cp+1)을 프린트하면 C가 나온다

🌀즉 배열은 포인터의 일부분이다
🌀모든 배열은 포인터로 표현이 가능하다

cp+1 은 &s[1] 과 같고
*(cp+1) 은 s[1] 과 같다

🐣 배열과 포인터의 값 변경

배열 : ++,-- 같이 값 변경 불가
포인터 : 는 가능하다

😊 배열과 포인터의 메모리 확보

배열 : 고정적
포인터 : 유동적

🐣 포인터 배열

포인터의 집합 // 주로 문자열 배열 처리에 사용

char *name1, *name2, *name3
을
char *name[3];
로 표현한다

🐣 메모리 확보

char *PA[4];
PA[0] = "ELECTRONICS";
PA[1] = "DATA";
PA[2] = "PROCESSING";
PA[3] = "SYSTEM";

포인터 배열은 2차원 배열과 동일하다
2차원 배열에 비해 기억공간 절약효과가 있다
포인터 배열은 자료의 크기만큼 기억공간을 할당하기 때문이다

만약 2차원 배열로 만든다면 A[4][12]로 만들어야 한다
(가장 큰 문자열을 가지는 A[0]의 크기로 고정적으로 만들어야 하기 때문)

2차원 배열로는 총 48개의 기억공간이 필요하다
포인터 배열로는 총 35개의 기억공간이 필요하다

😊 이중 포인터

형식 : int **p;
의미 : 포인터 변수에 다시 포인터를 지정하는 것으로 포인터에 대한 포인터이다

int **p;

p 	: 기억공간 주소
*p	: 주소 p의 값 [ p 의 주소가 값으로 들어가 있다 ]
**p	: 주소 p의 값 [ *p의 주소가 값으로 들어가있다 ]

❓ 구조체

서로 다른 자료형을 갖는 자료들의 모임을 하나의 자료형으로 정의하여 사용하는 자료형

😊 구조체 변수의 선언

형식 : struct 구조체명 변수명1,변수명2,변수명3;
사용 예 1

struct person{		// 구조체 정의

char name[8];		// 구조체 멤버
int age;

};

struct person X,Y;

사용 예 2

struct person{

char name[8];
int age;

}X,Y;				// 바로 변수 선언

사용 예 3

typedef struct person{

char name[8];
int age;

}taehwa;

// sturct person를 taehwa 라는 새로운 자료형으로 정의

taehwa X,Y;

😊 구조체 변수의 초기화

struct person{
char name[8];
int age;
};

struct person X = {"홍태화",10};

X.name // 홍태화
X.age  // 10

🐣 구조체의 기억공간

🌈 실제 메모리가 할당될 때는 구조체 멤버 중 가장 큰 자료형의 크기로 할당됨

😊 구조체 배열

struct person{
char name[8];
int age;
};

struct person X[3];

🐣 구조체 배열의 기억공간

X[0].name
X[0].age

X[1].name
X[1].age

X[2].name
X[2].age

😊 구조체 포인터

형식 : struct 구조체명 *포인터변수명;

struct person{
char name[8];
int age;
};

struct person man;
struct person *p;

p = &man;

p에는 구조체 man의 시작주소를 가지고 있다

🐣 구조체 포인터의 멤버 참조

도트 연산자 이용
(*p).name
포인터 연산자 이용
p->name

😊 함수 매개변수에서의 구조체

🐣 구조체를 매개변수로 사용

일반변수를 함수의 매개변수로 사용하는 것과 동일
해당 구조체 전체가 복사되기 때문에 편리
구조체 전체가 복사되기 때문에 시간이 많이 걸리고, 기억공간의 낭비가 심하다

🐣 구조체 포인터를 매개변수로 사용

일반적으로 구조체 포인터를 함수의 매개변수로 사용한다
구조체를 복사하지 않기 때문에 실행속도가 향상되고 기억공간의 사용효율도 좋다

// 주소를 전달해야 하기 때문에
// 실매개변수에 &를 붙여준다

호출함수(&실매개변수);

// 주소를 전달받아야 하기 때문에
// 형식매개변수에 *를 붙여준다

피호출함수(*형식매개변수){
}

😊 typedef

이미 존재하는 자료형에 새로운 이름을 붙이기 위한 키워드

형식 : typedef 기존자료형 새로운자료형이름;
사용 예 : typedef int INT;

// 언사인드 인트형을 바이트라는 새로운 이름으로 정의
typedef unsigned int BYTE;

// 컴파일러가 unsigned int val 으로 해석
BYTE val;



// int * 를 PTR 으로 재정의
typedef int * PTR;

// 컴파일러 입장에서는 int *p1,*p2 로 해석
PTR p1,p2;

❓ 공용체

동일한 메모리에 여러 유형의 자료를 저장하기 위해서 프로그래머가 선언한 자료형
공용체 안에 포함된 자료들이 같은 기억장소를 공유하여 사용
사용될 자료의 자료형이 유동적일 경우 기억 공간을 효율적으로 사용할 수 있는 장점

// 공용체 정의
union var{

//공용체 멤버
char a;			// 1byte 사용
int b;			// 4byte 사용
double c;		// 8byte 사용

};

// 공용체 변수의 선언
union var abc;

😊 공용체 변수의 참조방법

abc.a = 'A';			// 1바이트만 사용
abc.b = 133;			// 4바이트만 사용
abc.c = 1234.5678;		// 8바이트만 사용

😊 공용체의 사용

공용체가 사용되면

공용체의 멤버 중에서 자료크기(byte 수)가
가장 큰 멤버에 대해서만 기억공간이 할당된다
메모리의 시작 위치부터 각 부분을 다른 멤버가 공용으로 사용

❓ 파일 처리

🐣 파일의 구분

텍스트 파일
화면에 출력되는 문자들로 구성된 파일
2진 파일
텍스트 파일을 포함한 모든 종류의 자료를 다루는 파일
컴파일 되어 있어 기계어에 가까우며 내용을 이해하거나 인쇄가 불가능

🐣 파일 포인터

파일이 어디에 있는지를 가르키는 포인터
모든 파일 입출력 함수는 파일 포인터를 사용
fopen 함수를 사용하여 파일을 열면 해당 파일에 대한 파일 포인터가 반환된다
파일 작업이 끝나면 fclose 함수를 사용하여 파일 포인터를 닫아야 한다

🌈 파일을 입출력 할 때 버퍼(buffer) 사용

데이터를 직접 디스크에 쓰고 읽는 대신
일시적으로 메모리 영역에 데이터를 저장하고 있다가
일정량이 모이면 한 번에 디스크에 쓰거나 디스크에서 읽어오는 것을 의미한다
이러한 방식은 입출력 작업의 효율성을 높여준다

🐣 버퍼

메모리와 디스크 사이에 존재하는 데이터를 임시로 저장하는 메모리 영역
입출력 작업이 일어날 때 데이터는 먼저 버퍼에 저장
버퍼가 가득 차면 그 내용이 파일로 전송되거나 파일로부터 버퍼로 데이터가 채워진다
이 과정은 시스템의 입출력 호출 횟수를 줄여주어 성능을 향상시킨다

🐣 스트림

자료의 입출력을 위한 논리적인 통로

😊 자료 입출력

🐣 표준 입출력장치를 이용한 자료 입출력

표준 입출력 장치와의 스트림은
프로그램 실행 시 자동으로 생성되고
프로그램 종료 시 자동으로 소멸

🐣 파일을 이용한 자료 입출력

파일 입출력을 위한 스트림은
프로그램을 통해 생성과 소멸 시켜주어야 한다

#include <stdio.h>

void main(){

  // 파일 포인터 선언
  FILE *fp;

  // 파일 열기 fopen 함수에 의해 실제 파일과 연결됨
  fp = fopen("sample.txt" , "w" );

  // 파일 닫기
  fclose(fp);
}

🐣 fopen() 함수의 사용

형식 : fopen("파일명" , "사용모드");
사용모드 : 파일접근 모드 + 데이터 입출력 모드
파일 접근모드 : r , r+ , w , w+ , a , a+
데이터 입출력 모드 : t (텍스트), b (2진)

t
프로그램에서 파일로 자료를 입출력 할 때 변환이 일어나는 입출력 모드
문자 변환이 필요

b
변환이 일어나지 않는 입출력 모드
문자 변환이 불필요

🐣 fclose() 함수의 사용

형식 : fclose(파일포인터 변수)

😊 레코드

파일은 레코드 단위로 구성
레코드 : 파일 입출력처리에 사용되는 논리적인 기본 단위
각 레코드들은 필드들로 구성

😊 파일의 종류

순차 파일
파일의 처음부터 자료를 차례로 읽고, 기록하는 파일
레코드의 길이가 일정하지 않은 파일
랜덤 파일
파일의 임의의 위치에서 자료를 읽고, 기록하는 파일
레코드의 길이가 일정한 파일

❓메모리 동적 할당

😊 메모리 확보 방법

메모리 정적 할당
- 메모리의 데이터 영역과 스택 영역 이용
- 프로그램을 작성하는 단계에서 필요한 메모리의 크기를 결정
메모리 동적 할당
- 메모리의 힙 영역 사용
- 프로그램 실행 중에 입력되는 자료에 맞게끔 메모리 크기를 결정

😊 데이터 영역

데이터 영역
전역변수와 static 변수가 저장되는 영역
프로그램이 시작함과 동시에 할당되고 프로그램이 종료되면 소멸
힙 영역
프로그래머의 필요에 의해 할당/소멸이 이루어지는 영역
실행이 되면서 크기가 늘어나고 줄어들어 자유 기억공간이라 불린다
메모리 동적 할당에 사용되는 영역
스택 영역
지역변수와 매개변수가 저장되는 영역
함수 호출이 완료되면 사라지게 된다

😊 메모리 동적 할당 순서

메모리를 동적으로 할당 받을 변수를 포인터를 이용하여 선언
malloc() 함수 등을 이용하여 메모리를 동적으로 할당
메모리의 사용이 끝나면 free() 함수를 이용하여 메모리 해제

😊 메모리 동적 할당 함수

malloc()
- 형식 : void malloc(siz_t number_of_bytes)
- 기능 : number_of_bytes 에서 주어지는 크기만큼 메모리를 동적 할당
- 사용 예 : void malloc(sizeof(int));

인자로 할당 받고자 하는 메모리의 크기를 byte 단위로 전달

힙 영역에 그 크기만큼 메모리를 할당하고
할당한 메모리의 첫 번째 주소를 반환

void * 로 명시하여 어떤 형으로든 형 변환이 가능

초기화 안됨(메모리의 초기화를 위해서는 memset() 사용 )
free()
- 형식 : void free(void *p);
- 기능 : 동적으로 할당된 메모리를 해제할 때 사용

힙 영역에 할당된 공간은 프로그램이 종료될 때 까지 유지

할당된 메모리를 해제하지 않으면 메모리 부족 현상 발생

명시적인 반납이 필요하다
calloc()
- 형식 : void calloc(int n, int size);
- 기능 : 주어진 size의 크기를 가지는 메모리 n개를 할당받음
- 사용 예 : void calloc(n, sizeof(int))

malloc() 함수와 동일하게 힙 영역에 메모리 할당

다른점은 사용하는 형태와 할당된 메모리를 0으로 초기화
realloc()
- 형식 : void realloc(void p, int size);
- 기능 : 포인터 p가 가리키고 있는 메모리의 크기를 지정된 사이즈로 변경

이미 할당 받은 메모리 크기를 변경해야 할 때 사용

😊 메모리 관리 함수

memcmp() 함수
- 형식 : int memcmp(void s1, void s2, size_t n);
- 기능 : s1과 s2가 가리키는 메모리의 내용을 n byte만큼 비교
메모리에 들어있는 자료를 주어지는 크기만큼 비교하여
같은지 여부를 알 수 있게 해주는 함수
memcpy() 함수
- 형식 : int memcpy(void dest, const void src, size_t n);
- 기능 : src에서 n byte만큼 dest에 복사
메모리의 자료를 다른 메모리 영역으로 복사하기 위한 함수
memset() 함수
- 형식 : int memset(void *s, int c, size_t n);
- 기능 : 포인터 s가 가리키는 곳을 c 값으로 n byte만큼 채운다
메모리의 자료를 지정한 문자로 채우는 함수

할당된 메모리의 초기화나 내용 삭제를 위해서 주로 사용

출처 : 방송통신대학교

홍태화

우어어아아앙

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