C언어 추가 공부

GAON PARK·2023년 11월 14일
C
0
post-custom-banner

Compile

  1. 전처리
  2. 컴파일
  3. 어셈블
  4. 링크

1. 전처리

  • Preprocessor (=전처리기)로 컴파일 전에 코드를 적절한 상태로 준비하거나 처리하는 일
  • 전처리 구문 = # 으로 시작하는 구문

하는 일

  • 헤더 파일 불러오기
  • 기호 상수 정의하여 필요한 내용 채워주기 등
종류

include

#include <stdio.h>

Header Guard

  • 한 번 불러온 파일은 두 번 불러오지 않는다
  • 중복으로 인한 에러 방지

매크로 (=define)

  1. object like macro
#define 문자열 / 상수 // 단순화
  1. function like macro
#define SUM(a, b) a + b
 - 하나의 Line만 사용
 - 가독성을 위해 개행이 필요하면 `\` 사용
 - `#`을 쓰면 해당 변수를 문자열로 처리
 - `##`을 쓰면 문자열을 붙여 표현

조건부 컴파일

#ifndef 
	만약 정의되어 있지 않으면 정의한다
#endif

#undef // 정의된 매크로를 해제
#ifdef // 정의되어 있으면
#ifndef // 정의되어 있지 않으면
#if // 정의된 값이 참이면
#else // if 에 걸리지 않았다면
#elif // 정의된 값이 '이것'이라면
#endif // if 끝!

#if 0 
	코드 disable
	preprocessor 단계에서 제거됨
#endif

2. 컴파일

  • Compiler (=컴파일러)가 고수준 언어를 저수준 언어로 나타내는 일
  • 소스(.c) 프로그램을 목적(object) 프로그램으로 변환하는 작업
  • 컴파일 오류는 문법 오류로 소스 파일 수정 필요

3. 어셈블

  • Assembler (=어셈블러)가 어셈블리어를 기계어로 바꿔주는 일
  • 오브젝트 파일을 생성

4. 링크

  • Linker (=링커)가 여러 오브젝트 파일을 하나로 합치거나 라이브러리와 합치는 일
  • 목적 프로그램을 라이브러리와 연결하여 실행 프로그램(.exe)을 작성

포인터

개념

포인터 변수를 줄여서 포인터라고 함
메모리 주소를 보관하는 변수

변수 값과 주소

배열의 시작 = "메모리 영역"의 위치 (주소)
주소는 1Byte 단위를 사용하며 4 byte 를 사용하는 int 는 주소를 4칸 사용

배열과 포인터 관계

포인터가 배열을 가리킬 때

배열처럼 사용 가능

배열 != 포인터

포인터 변수의 이름: 주소를 저장하는 공간의 값
배열의 이름: 배열의 시작 메모리 영역의 주소

const 포인터

가리킨 곳의 값을 변경할 수 없음

문자열 초기화

char v[4] = “ABC”

배열을 하나 만들고 네 글자를 삽입하는 방식

const char *v = “ABC”

  1. 읽기 전용 메모리 공간에 “ABC”를 넣는다
  2. 지역 변수 v를 하나 만든다
  3. v가 첫 번째 칸을 가리키도록 한다

문자열 배열

// 초기화 방법 1
char vs[3][6] = {"ABCDE", "BTS", "KK"};

// 초기화 방법 2
// 읽기 전용 메모리에 문자열 만들기
const char *v = {"ABCDE", "BTS", "KK"};

함수 포인터

커널 개발 시 “구조체 선택적 초기화” + “함수포인터” 사용
다음 두 가지를 맞춰야 사용 가능
1. return type
2. parameter type

return 없음 + parameter 없음

void abc() {
	printf("ABC");
}

void def() { 
	printf("DEF");
}

int main() {
	void (*p)(); // 함수 포인터 선언
	p = &abc; // 가리킨다!
	// p = abc; // 도 상관 없음
	// 이제부터 *p 는 그냥 abc 함수이다
	(*p)(); // abc 수행

	p = &bbq; // 같은 return 타입, 매개변수 일치하는 함수
	(*p)(); // def 수행
}

return 있음 + parameter 있음

int sum(int a, int b) {
	return a + b;
}

int sub(int a, int b) {
	return a - b;
}

int main() {
	int (*p)(int, int); // return type 고려
											// parameter 고려
	p = &sum;
	
	int ans = (*p)(10, 20);
	printf("%d\n", ans); // 30

	p = &sub; // 같은 return 타입, 매개변수 일치하는 함수
	ans = (*p)(10, 20);
	printf("%d\n", ans); // -10
}

함수 포인터 배열

void (*p)(); // 기본 함수 포인터
void (*p[5])(); // 함수 포인터 배열
void abc() {
	printf("ABC\n");
}

void def() {
	printf("DEF\n");
}

int main() {
	void (*p[4])() = {&abc, &def, &abc, &abc};
	(*p[0])(); // abc 실행
	(*p[1])(); // def 실행
	(*p[2])(); // abc 실행
	(*p[3])(); // abc 실행
}

Volatile

컴파일러가 너무 똑똑해서 release 할 때 불필요한 절차를 생략하고 컴파일을 한다.
그럴 때 중간 값이 필요하다면, volatile로 컴파일러의 최적화를 방해한다.
다만, 너무 남발하면 오히려 코드 최적화를 할 수 없으므로 적재적소에 volatile 사용해야 한다. 

int main() {
	volatile int a = 10;
	a = 20;
	a = 30;
	printf("%d", a);
}

용도

임베디드에서 HW의 특정 주소 값을 이용해 제어하는 경우

device = 0xAABB;
while (device != 0xAABB) { }

인터럽트 핸들러 사용할 때

uint8_t input_value[2] = {0x0, 0x0};
void interrupt port_read(void) {
	input_value[0] = PORTA;
	input_value[1] = PORTB;
}

int main() {
	if (input_value[0] != input_value[1]) { }
}

그 외

  • 메모리 주소를 가진 OP 레지스터
  • 인터럽트 핸들러가 값을 변경하는 전역 변수
  • 등등 최적화에 의해 오류가 발생할 가능성이 있는 변수

비트 표기

표기 방법

  • 2진법 : 0b
  • 16진법 : 0x
2진수10진수16진수
000000
000111
001022
001133
010044
010155
011066
011177
100088
100199
101010A
101111B
110012C
110113D
111014E
111115F

비트 연산

연산자설명예시
&- and
- 값을 추출할 때 사용
- 값에 1을 적은 곳만 추출		1101 & 1110 = 1100
\|- or
- 2진수 덧셈 시 사용
- 둘 중 한 곳에 1이 있으면 추출		0111 | 1101 = 1101
<<- Left Shift
- 값을 왼쪽으로 밀어서 숫자 추가
- 제곱 계산 시 사용		- 110 << 3 = 110000
- 1 << 3 = 2^3
>>- Right Shift
- 값을 오른쪽으로 밀어서 숫자 파괴		110111 >> 3 = 110
~- not
- 비트 반전		~0xF0 = ~(1111 0000) = 0000 1111

Endian

  • CPU가 메모리에 값(바이트)을 저장할 때의 순서
  • 바이트 단위로 어떤 순서로 기록할 것인가에 따라 두 가지 존재
big endianlittle endian
메모리의 낮은 주소에 데이터의 MSB부터 저장메모리의 낮은 주소에 데이터의 LSB부터 저장
사람이 읽기 편한 방식Embedded 방식
대소 비교, 디버깅 이점캐스팅, 연산 이점

구조체와 공용체

구조체 (struct)

기본 타입들을 모아 새로운 타입을 만드는 문법

공용체 (union)

struct 와 문법은 비슷하나, 멤버끼리 값을 공유한다는 점에서 차이가 있음

쓰는 이유

바이트 단위의 파싱을 위해
하나의 멤버에 값을 넣으면, 나머지 멤버 변수는 각각의 표현법에 따라 그 값을 표현-저장 

typedef union _ABC_ {
	uint32_t a; // 0x1234abcd
	uint8_t b[4]; // cd ab 34 12
	uint16_t c[2]; // abcd 1234
} ACON;

int main() {
	ACON data;
	data.a = 0x1234ABCD;
}

구조체와 공용체 활용

union UNI {
	struct {
		uint8_t a;
		uint8_t b;
	}d1;
	struct {
		uint8_t c;
		uint8_t d;
	}d2;
};

union UNI t = {0xAB, 0xCD};
// a := 0xab => 8비트 단위끼리 잘라서 받기 때문에 d1에 ab / cd 가 들어간다!
// b := 0xcd
// c := 0xab
// d := 0xcd
union UNI {
	struct {
		uint8_t a;
		uint8_t b;
	}d1;
	uint16_t c;
};

union UNI t = {9, 10};
// a := 9
// b := A
// c := 0x0A09

byte 단위 Data Parsing

// 보낼 데이터
uint8_t target[7] = {0xAB, 0x12, 0x13, 0xFA, 0xAA, 0xFF, 0xA0};

// 받을 영역
union _Data_ {
	uint8_t receiveData[7];
	struct {
		uint8_t head;
		uint8_t body[5];
		uint8_t tail;
	}msg;
} dm;

memcpy(&dm, target, 7);

printf("Head = %0X\\n", dm.msg.head);
printf("Body = ");
for (int i = 0; i < 5; i++) {
	printf("%02X", dm.msg.body[i]);
}
printf("\\n");
printf("Tail = %02X\\n", dm.msg.tail);

Padding 

struct Node {
	int a;
	char b;
};

int 4 byte, char 1 byte 이지만 sizeof(Node)는 8 byte 를 출력한다.
CPU 내부 성능을 올리기 위해 Padding 이라는 빈 공간을 두기 때문이다.

  • HW 구조상 CPU는 메모리 값을 4 byte (32 bit) 단위로 읽을 수 있다.

  1. CPU는 4 Byte 단위로 읽는다
  2. CPU가 메모리에서 변수 값들을 읽으려고 한다
  3. 4 Byte 단위로 읽다 보니, 내용이 잘려서 두 번 읽는 경우가 발생한다
  4. 그래서 4 Byte 단위로 정렬을 하기 위해 적절한 빈 공간을 둔다
  5. 이를 Padding 이라 한다

Padding 없애기

Padding이 붙은 만큼 메모리의 위치가 달라지기 때문에, 이를 제거해야 원활한 파싱이 가능해진다.

// Padding API
// pragma pack()
// 데이터버스 동작 단위 설정

# pragma pack(1) // 데이터버스를 1 바이트 단위로 동작하도록 설정

비트 필드

특정 bit만 사용하는 변수
0번 bit 부터 순차적으로 값을 넣는다
- 비트 지칭 = [큰 bit 번호 : 작은 bit 번호]

struct Node {
	uint8_t a : 2; // uint8_t 중에서 2비트만 사용 [1:0]
	uint8_t b : 4; // uint8_t 중에서 4비트만 사용 [5:2]
	uint8_t c : 1; // uint8_t 중에서 1비트만 사용 [6:6]
};

메모리 구조

memory mapped I/O
= 총 4GB 메모리 address 공간에서 일부 사용(I/O 포함)
= CPU에서 I/O에 액세스 할 때, 하나의 메모리 공간에 I/O에 대한 메모리 주소를 구분하지 않고 한 공간에서 쓰는 것

Type

음수 표기 방법

2의 보수

  • 컴퓨터가 음수를 저장하기 위해 사용하는 방법 중 하나
  • 모든 사칙연산을 가산기(add)로 처리하기 위해 보수를 사용
  • bit에 따라 값이 달라짐 (8bit, 16bit…)
  • ex
    • 7bit 111000의 2의 보수
      • 000111 + 1 = 001000
    • 4 bit 기준 7의 2의 보수?
      • 0111 → (반전) 1000 → (보수) 1001

unsigned 로 변환 시

  • char 변수에 저장된 -7을 unsigned char 변수로 복사하는 경우 2진수 값이 그대로 옮겨짐
  • 최상위 비트가 의미하는 바가 다르기 때문
  • char 값의 저장 범위 = -128 ~ 127
  • char 최대 저장 범위보다 큰 수가 저장되면, Overflow
  • char 최소 저장 범위보다 작은 수가 저장되면, Underflow

underflow 발생 시

  • 최솟값인 -128에서 3을 빼면? (Underflow)
  • 원형으로 수를 그려두고 세 칸 이동

overflow 발생 시

  • 50에 3을 곱하면? (Overflow)

⇒ under / overflow 로 값이 깨지는 것이 아니다
- underflow 시, 다시 덧셈하면 숫자 복구 가능
- overflow 시, 다시 뺄셈하면 숫자 복구 가능

부동 소수점

floating point

  • 실수를 저장할 때, 아주 정확한 값을 저장하지 않고 근사치를 저장
  • 32 bit, 64 bit 변수 하나에 더 정밀도 높은 실수를 저장할 수 있음
  • 프로그래밍 언어에서는 IEEE 754 방식을 사용

고정 길이 변수

종류

stdint.h 헤더 include 후 사용 가능

typefixed width integer
charint8_t
shortint16_t
intint32_t
long longint64_t
unsigned charuint8_t
unsigned shortuint16_t
unsigned intuint32_t
unsigned long longuint64_t

사용 이유

  • 시스템마다 동일한 사이즈의 변수 사용을 위함
  • unsigned 키워드가 너무 길고, 가독성이 떨어짐
profile
GAON PARK
이전 포스트

String API

다음 포스트

Shell Script

post-custom-banner

0개의 댓글