꿈 꾸는 누렁이

포인터 기본

• 포인터

포인터란 변수 형태의 포인터와 상수 형태의 포인터를 어우르는 표현

• 포인터 변수

포인터 변수는 주소 값의 저장을 목적으로 선언되는 변수이다. c언어의 low 레벨 특성을 나타내는 요소이고, 이러한 포인터를 이용하여 메모리에 직접 접근이 가능하다.

• c언어에서의 주소 표현

c언어에서는 메모리 상의 주소를 표현할 때 시작 번지만을 가지고 위치를 표현한다. 왜냐하면 각 자료형마다 지니는 바이트 값을 시작 주소로부터 더하여 계산하면 해당 변수의 끝 번지를 계산할 수 있기 때문이다.

• 포인터 변수의 선언과 & 연산자

다음은 포인터 변수의 선언과 & 연산자의 활용 예를 나타낸다.

위의 예에서 시사해야 할 점은 두 가지이다. 첫 번째는 포인터 변수의 선언 및 사용이고 두 번째는 포인터 변수와 일반 변수의 크기의 차이이다.

먼저 포인터 변수의 선언 및 사용에 관한 이야기이다.

7번 라인에서 일반 변수를 선언하였고, 8번 라인에서는 * (asterisk) 를 이용하여 ‘ int * ‘ (정수형 포인터 타입) 형 변수 pNum을 선언하고 num의 시작 주소 값을 대입한다. (char, int, double 등과 같이 char *, int *, double * 등 또한 새로운 자료형 타입으로 인정해야한다.) 그리고 12번 라인에서 pNum과 num 변수의 주소 값을 출력해 보았을 때 결과가 같은 결과로 나왔는데 이는 당연한 것이다. pNum에는 num의 시작 주소 값을 대입했기 때문이다. 이처럼 포인터 변수인 pNum은 일반 변수의 주소 값을 저장한다! 그리고 13번 라인에서 * 연산자를 이용하여 pNum이 지니고 있는 주소 값으로 직접 찾아가 직접 접근을 하여 직접 접근한 메모리에 들어 있는 값을 출력했다. 그렇기 때문에 num과 마찬가지로 출력 값이 100으로 같은 결과를 보였다. 즉, *(Asterisk) 연산자는 포인터 변수가 저장하고 있는 주소에 접근 혹은 참조(= 포인터가 가리키고 있는 메모리에 접근 혹은 참조)하는 연산을 수행한다.

다음으로는 포인터 변수와 일반 변수의 크기 차이이다.

12번 라인에 해당하는 결과 num은 4, pNum은 8이 나왔는데 int라는 유사점이 있는 변수인데 이렇게 다른 결과가 표출되는 이유로는 포인터는 주소를 표현하는 변수이기 때문에 컴퓨터 시스템이 표현할 수 있는 메모리의 크기 범위와 밀접한 연관이 있다. 64비트 시스템에서는 2^64 만큼의 메모리 번지 표현 경우의 수가 존재하기 때문에 포인터 변수는 자연스럽게 8바이트(=64비트)를 나타내는 것이다. 포인터 변수의 크기는 자료형에 상관없이 컴퓨터 시스템의 메모리 범위에 따라 4바이트(32비트 시스템) 혹은 8바이트(64비트 시스템)로 표현된다.

그렇다면 포인터 변수에서 자료형을 어떻게 일치시켜서 대입해야 하는지, 자료형은 왜 필요한지에 대해 알아보자. 다음은 포인터 변수에 일반 변수의 주소 값을 대입 연산 시 일치시켜야 할 타입들에 대한 정리 표이다.

먼저, 자료형을 어떻게 일치시켜서 대입해야 하는지에 대한 정리이다.

어차피 포인터 변수의 크기는 다 똑같은데 포인터 변수에 타입이 필요한 이유가 무엇인가? 그 이유는 해당 포인터 변수에 저장된 시작 주소로부터 몇 바이트를 읽어 들여야 하고, 그 읽어 들인 값을 정수로 해석해야 할지, 실수로 해석해야 할지를 결정한다. 즉, 포인터의 타입(형)은 메모리 공간을 참조하는 기준이 된다.

int a = 10;
int * p = &a;
printf(“ %d “, *p); // 이 문장에서 p를 참조할 때 int * 는 참조의 기준이 된다.

• 포인터의 잘못된 사용과 널 포인터

잘못된 초기화

int * ptr = 1234; // 1234 번지로 들어가게 된다.
*ptr = 100; // 1234 번지는 메모리 상에 중요한 프로그램이 적재되어 있을 수 있는데 해당 공간의 값을 변경 -> 에러

초기화 할 경우에는 NULL 포인터로 초기화를 한다. 아무 곳도 가리키지 않음을 의미한다. ( 0번지 의미가 아님 )

int * ptr = NULL; // 아무 곳도 가리키지 않는 포인터.

1차원 배열

• 배열

둘 이상의 변수를 모아 놓은 것.

• 배열의 선언

일반 변수의 선언과 같다.

‘ 자료형 + 배열 이름 + 길이 정보(인덱스) ‘ 형식.

위의 선언을 메모리 공간 상의 그림으로 표현하면 다음과 같이 나타낼 수 있다.

arr 배열

• 배열의 접근

배열의 인덱스는 배열의 개수를 [n] 으로 두었을 때, 0부터 시작하여 n-1까지 존재하며 [0]은 첫 번째 요소를, [n-1]은 마지막 요소를 나타낸다.

• 배열의 선언과 동시에 초기화

다음은 배열의 선언과 동시에 초기화하는 예이다.

여기에서 우리는 중괄호 내의 초기화 값 리스트를 ‘초기화 리스트’ 라 부른다. 8번 라인의 경우에는 일반적인 선언과 동시의 초기화 방법이다. 9번 라인의 경우는 배열의 길이 정보가 주어지지 않은 상태인데 이는 초기화 리스트를 보고 자동으로 계산하여 배열의 길이가 세팅 된다. (위의 예에서는 5) 마지막으로 10번 라인의 경우는 배열의 길이보다 적은 초기화 리스트가 오게 되는데 0번째 인덱스부터 순차적으로 초기화 리스트의 값들이 할당되고 할당할 초기화 값이 없는 인덱스 요소에 대해서는 전부 0으로 자동 초기화한다.

• 배열 이름을 대상으로 하는 sizeof 연산자

sizeof(배열이름); 을 실행할 경우, ‘ 바이트 단위의 배열의 크기 ’가 반환된다.

• 문자 배열과 문자열 배열

같은 ‘ hello ‘를 표현하는 배열인데 두 배열은 전혀 다른 배열이다. 9번 라인은 문자만을 저장한 문자 배열이고, 12번 라인은 문자열을 저장한 문자열 배열이다. c언어에서 배열에 문자열을 저장할 때에는 ‘\0’ 이라는 문자열의 끝을 나타내는 특수 문자인 널(null) 문자를 문자열의 제일 끝에 자동으로 삽입하여 대입 및 저장을 행한다. ( 이는 문자열을 입력 받는 라이브러리를 통한 변수로의 입력 시에도 마찬가지로 null 문자의 자동 삽입이 이루어진다. )
이 null문자를 이용하여 메모리 공간 상에서 배열 이름의 첫 번지부터 어디 까지가 의미 있는 문자열의 끝인지를 확인한다. 또한 이러한 문자열 배열에 대한 입출력 서식 문자는 ‘ %s ‘ 로 사용한다.

c언어의 표준 함수 호출

• C언어의 라이브러리를 사용하기 위한 헤더 삽입

위와 같이 헤더를 선언하면 C함수의 라이브러리를 C++에서도 사용할 수 있다.

그러나 C언어 스타일로 헤더를 선언하고, 함수를 호출한다고 하더라도 그 자체를 허용한다. 그 이유는 하위 버전과의 호환성(backwards compatibility)를 제공한다.

위와 같은 헤더 삽입과 함수 호출은 허용하는 것이 바로 하위 버전과의 호환성을 제공한다고 한다.

그러나 오버로딩 되는 라이브러리 등의 문제로 모두 호환되는 것은 아니다.

함수와 변수의 생명주기

• 함수

문제를 해결하는데 앞서 문제를 작은 단위로 나누는 과정에서 그 작은 단위의 문제를 해결하는 하나 이상의 기능을 지닌 부 프로그램.

함수 정의의 기본 틀

1. ‘ 함수_이름 ‘ 에는 말 그대로 함수의 이름을 정의한다.

2. ‘ 출력_타입 ’ 에는 해당 함수가 값을 반환할 경우 반환하는 값의 자료형을 기재한다.
    -> 왜냐하면 함수의 값을 받을 때, 어떤 자료형 변수로 받을지 결정할 수 있어야 하기 때문이다.

3. ‘ 입력_형태 ‘ 에는 함수가 실행될 때 입력 값으로 받는 인자를 기재한다. 여러 타입, 여러 개의 인자를 받을 수 있다.

4. ‘ 함수의 내용 ‘ 에는 함수가 수행할 연산 명령들이 정의 된다.

5. ‘ 출력_타입에_따른_반환_값 ‘ 에는 함수가 종료 하면서 반환하는 값을 기재하는데, 조건문에 의하여 여러 번 기재될 수 있으며 ‘ 출력_타입 ‘ 에 맞춰 값을 반환한다.

함수의 정의와 호출 및 선언

함수의 정의와 호출

<입력 X / 출력 X 인 func 함수의 정의와 호출>

<입력 O / 출력 X 인 func 함수의 정의와 호출>

<입력 X / 출력 O 인 func 함수의 정의와 호출>

<입력 O / 출력 O 인 func 함수의 정의와 호출>

함수의 선언

위와 같이 함수를 main 함수 밑에서 정의할 때, main 함수 내에서 함수의 호출이 정의보다 앞서는 이유로 함수가 존재 하지 않는다는 에러가 발생하는데 이 때 main 함수 상단의 선언을 통해서 정의가 밑에 있음을 컴파일러에게 명시하여 문제를 해결한다.

• 변수의 생명주기

<지역 변수( = 자동 변수 )>

중괄호 내에 일반적인 형태(자료형 + 이름)로 선언 되는 모든 변수

• 해당 지역(해당 변수를 감싼 가장 가까운 중괄호 내의 영역)에서만 유효

• 해당 지역을 벗어나면 자동으로 소멸

• 선언된 이름이 같아도 지역이 다르면 중복 선언이 가능

• 선언 시 메모리의 ‘스택’ 영역에 ‘쌓이는’ 형태로 할당 된다. (LIFO)

• 조건문 혹은 반복문 내에서 선언된 변수 그리고 함수에서의 매개 변수 또한 지역 변수이다.

• 지역 변수는 외부에서 선언된 동일한 이름의 변수를 가리게 된다. -> 변수의 이름을 통해 메모리에 접근 시 해당 지역에서 먼저 찾은 후 지역의 외부에서 찾는다.

• for문이나 while문의 소괄호 내부가 아닌 중괄호 내에서 선언된 변수는 생성과 소멸을 반복한다. -> 반복은 중괄호의 진입과 탈출의 반복이기 때문

<전역 변수>

• 중괄호 내에 선언 되지 않는다.

• 프로그램의 시작과 동시에 메모리 공간에 할당되어 프로그램의 종료 시까지 존재한다.

• 초기화를 직접 하지 않더라도 0으로 자동 초기화 된다.

• 프로그램의 전체 영역 어디서든 접근이 가능하다.

<Static 정적 변수>

• static 지역 변수

지역 변수에 static 키워드를 붙임으로써 생성되는 정적 변수.
선언된 중괄호 내에서만 접근이 가능( 지역 변수의 특성 )
1회 초기화되고(직접 초기화 하지 않을 경우 0), 프로그램 종료 시까지 메모리 공간에 존재( 전역 변수의 특성 )

• static 전역 변수

전역 변수에 static 키워드를 붙임으로써 생성되는 정적 변수.
정적 전역 변수는 파일 외부에서 extern 키워드를 이용한 접근이 불가능함. -> 변수의 접근 범위를 해당 파일로 변경

<Register 변수>

지역 변수에 register 키워드를 붙임으로써 생성되는 변수.

Register로 선언된 변수는 CPU 내에 존재하는 ‘레지스터’ 라는 메모리에 공간이 할당될 ‘확률’이 높다. 레지스터 영역은 작고, 중요한 영역으로 상당히 제한이 있는 메모리 공간이기 때문에 register 키워드를 붙인다고 해서 무조건적으로 레지스터 영역에 할당이 되는 것이 아니다. 컴파일러에게 요청을 하는 명령이다.

전역 변수에 register 키워드를 붙이는 요청은 컴파일러에 의해 거절 된다. 중요한 메모리 영역을 전역 변수로 계속 해서 할당을 시키는 것은 명백한 자원 낭비이기 때문이다.

• 재귀 함수

함수 내에서 자기 자신(함수)을 다시 호출하는 함수.

재귀 함수의 간단한 예이다. 재귀 함수의 필수 구성 요소는 다음과 같다.

1. 빨간색에 해당하는 1번 원의 ‘ 재귀 호출 ‘ -> 자기 자신에서 자신을 다시 호출하는 것(복사본)

2. 파란색에 해당하는 2번 원의 ‘ 탈출 조건 ‘ -> 재귀 구조의 무한 루프에 빠지지 않도록 한다.

반복과 분기

• 반복

반복을 명령하는 문장

While문

왼쪽과 같은 형식으로 while문의 중괄호 속 내용을 반복하여 실행하는데 조건이 참인 경우에만 반복 내용을 실행하고, 조건이 거짓이 되는 순간을 꼭 만들어 주어야 한다. 즉, 탈출 조건을 만들어 주어야 하는데 그 탈출 조건은 소괄호 속 조건과 반복 카운터 변수의 증감을 통해 이룰 수 있다.

For문

역할은 while문과 완전히 같지만 형식이 주어져서 더욱 보기 깔끔하다 그러나 코딩의 유연성은 while문에 비해서 조금 떨어진다. for문의 동작 순서는 while문과 완전히 같다.

초기문 -> 조건문 -> 반복 내용 -> 증감문 -> 조건문 -> 반복 내용 -> 증감문 -> ~ -> 조건문 -> for문 종료

위와 같은 순으로 반복한다.

Do-While문

위와 같은 형식으로 반복을 진행하는데, 다른 반복문과 다른 특이한 점은 반복 내용을 한 번은 무조건 실행하는 경우에 사용한다. Do~While 문은 조건과 상관없이 딱 한 번은 무조건 실행하게 되어 있다. 왜냐하면 조건을 밑에서 검사하는 형식이므로.

• 분기

프로그램을 처음부터 끝까지 모두 실행하는 형태가 아닌 프로그램의 흐름을 원하는 형태로 제어하기 위한 구문.

If문

아주 간단하게 소괄호 내의 조건이 만족하면 (참이면) 반복 내용을 실행하고, 만족하지 못하면 중괄호 속에 해당하는 내용은 통째로 실행하지 않고 뛰어 넘는다.

다음과 같이 중괄호의 생략도 가능한데 이러한 경우는 반복할 문장이 한 줄일 때만 가능하다.

다음과 같이 else 를 이용하면 위의 if 조건을 만족하지 않은 모든 경우를 다 받아들이는 구문이 존재한다. 여기서 기억해야하는 중요한 포인트는 else는 위의 if 조건에 부합한 모든 경우들을 수용하기 때문에 따로 조건 검사를 하지 않는다는 것이다. 위와 같은 포인트를 잘 기억하고 다음을 보도록 하자.

다음과 같이 여러 조건을 if문으로 채우는 경우에는 모든 조건을 하나하나 검사하게 된다. 예를 들어 사칙 연산을 택하는 프로그램이 존재할 때 더하기, 빼기, 곱하기, 나누기의 총 네 개의 연산이 존재하지만 결국 선택되는 연산은 하나이다. 그러므로 한 가지 연산이 선택되었을 때에는 나머지 연산에 대해서는 확인하는 작업은 필요로 하지 않다. 다만, if문으로 제시되는 조건들이 모두 연관이 있는 하나의 주제에서의 선택에 대한 조건임을 전제로 한다.

왼쪽의 경우가 하나의 주제에 대해서 선택을 할 때, 모든 조건을 다 검사하는 소스이고, 오른쪽의 경우는 어떤 조건을 만족하게 될 경우 그 조건보다 아래에 오는 조건들은 자연스럽게 무시하는 경우의 소스이다. 이것이 가능한 이유는 위에서 언급한 두 가지 조건으로 인해 가능해진다.

1. 실행할 문장이 한 줄일 경우에는 중괄호를 생략할 수 있다.

2. else는 위의 라인의 if 조건에 부합한 모든 경우들을 수용하기 때문에 따로 조건 검사를 하지 않는다

이 두 전제에 의해서 else if 라는 문장이 생긴다.

원래 형태의 소스이고, 이 부분에서 두 가지 전제를 적용하여 중괄호를 없애게 되면 else if 구문을 확인할 수 있다. else 바로 밑의 조건문은 모두 유기적으로 연관되어 있기 때문에 if 문과 함께 한 줄로 취급하는 것이다. 그렇기 때문에 else의 중괄호를 생략할 수 있는 것이다.

결국, if, else if, else 구문은 if와 else 구문을 중첩시킨 형태에 지나지 않는다.

조건 연산자(삼항 연산자)

If 조건문을 대체할 수 있는 조건 연산자이다. 다음과 같은 형식을 지니고 ‘?’, ‘:’ 두 개의 연산자와 세 개의 피연산자를 이용하여 조건에 대한 결과 반환을 수행한다.

다음은 위와 따른 예제이다.

Switch~Case문

스위치~케이스문은 if문과 마찬가지로 분기를 통한 프로그램의 흐름을 제어해주는 방법 중 하나인데 if문과는 구조가 많이 다르고 조금은 제한적인 형태로 구성되어 있지만 간결하고 가독성이 좋아진다는 장점이 있다.

switch 키워드 옆 소괄호에는 분기 선택에 대한 정보가 담겨 있는 ‘정수형’ 변수가 인자로 전달되어야 한다. 그리고 그 전달된 값을 case 별로 나눈 것이 11번, 14번, 17번 라인이다. 여기서 짚어야 할 포인트는 분기의 조건으로 범위가 올 수 없고, 떨어지는 값의 형태로 분기가 일어난다는 것이다. 그리고 해당 case부터 break; 부분 사이의 실행 내용을 실행한다. break는 switch문 하나를 탈출하는 분기이며 반복문과는 관련이 없다. 만약 break를 생략하게 되면 전달되어온 인자의 값과는 상관없이 다음 case 영역의 break문 전까지 모조리 실행하게 된다. 그리고 마지막으로 default는 위에서 정의된 모든 case 분기에 빠지지 못한 경우는 모두 이 default 영역으로 분기된다. else와 같은 역할이라고 보면 된다.

goto문

레이블을 이용하여 분기를 제어하는 형태이다.

‘ 레이블: ’ 형식으로 레이블을 마킹한 후, ‘ goto 마킹한_레이블명; ‘ 명령어를 통해 프로그램의 흐름을 마킹한 레이블 라인으로 변경한다.

이 goto문은 절차지향의 패러다임에 위배되는데 그 이유는 위에서 아래로의 순차적인 실행이 아니라, 뒤죽박죽 어느 라인의 위치이든 간에 상관없이 흐름 변경이 가능하다. 즉, 프로그램의 자연스러운 흐름을 방해하기 때문이다.

Continue & Break문

먼저, continue문이다.

위와 같은 형식을 갖추며 continue를 감싸고 있는 가장 가까운 반복문의 조건 검사 위치로 이동한다. 단순히 반복문의 상단으로 프로그램의 흐름이 이동하는 것이 아니라, 조건을 찾아가는 것이다. 즉, do~while문에서는 위로 가는 것이 아닌 하단의 조건 위치로 프로그램의 흐름이 변경된다. 그리고 for문에서 continue문을 실행하게 될 경우에는 조건문을 실행하기 이전에 증감문 또한 실행한 뒤 조건문을 실행하러 상단으로 위치한다.

다음은 break문이다.

위와 같은 형식을 갖추며 break를 감싸고 있는 가장 가까운 반복문 하나를 탈출한다. 중첩된 반복문에서도 마찬가지로 break를 감싸고 있는 가장 가까운 반복문 ‘1개’만 탈출한다.

재귀란 무엇인가?

피보나찌 수열 구하기이다. 재귀로 구해볼 것이다. 재귀는 매우 특이한 방법이 아닐 수 없다.

A라는 함수가 있을 때, A를 열심히 실행하는 도중에! 그것도 A가 미처 다 끝나지도 않은 채로 다시 A를 실행한다. 

이렇게 되면 와 진짜 너무 복잡한데, 또 두 번째 실행된 A안에서 또 A가 호출하면 와 진짜 머리 터진다.

윤성우 선생님? 강사님? 교수님? 의 자료 구조에서 공부한 파트를 정리하게 되었다.

그냥 재귀를 하면 심심하니까 피보나찌 수열을 통해서 재귀 함수를 작성해보았다. 복잡할 수 있으므로 시간의 흐름에 따라 스텝을 밟을 것이다.

피보나찌 수열의 재귀적 구현

먼저, 다음은 피보나찌 수열이다.

0,   1,   1,   2,   3,   5,   8,   13,   ...

0번째 항과 1번째 항은 무조건, 지구가 멸망하지 않는 이상 0과 1로 각각 주어진다.(멸망하면 수학을 풀 필요가 없다) 그렇다면 2번째 항부터는 어떻구 구하는가?

• 2번째 항을 구하는 방법 : 0번째 항의 값과 1번째 항의 값을 더한다.
• 3번째 항을 구하는 방법 : 1번째 항의 값과 2번째 항의 값을 더한다.
• 4번째 항을 구하는 방법 : 2번째 항의 값과 3번째 항의 값을 더한다. (ㄱ)
• n번째 항을 구하는 방법 : n-2 번째 항의 값과 n-1 번째 항의 값을 더한다. ( 일반화 ) (ㄴ)

일단, (ㄱ) 까지의 상황을 코드로 정리해보겠다.

그렇다. 무식하다. 근데 이게 좀 쩌는 것이 무어냐면 ㅋㅋ,

• Fibonacci(4); 의 결과 : 3
• Fibonacci(3); 의 결과 : 2 
• Fibonacci(2); 의 결과 : 1

함수의 결과가 중요하지 않다. Fibonacci 함수의 본질을 알려준다. Fibonacci 함수의 본질은 다음과 같다.

Fibonacci 함수에 원하는 항의 인덱스 값을 넣으면 해당 인덱스 항의 값을 구해줘요!

이게 진짜 개중요하다. 우리는 앞으로 만들 우리의 Fibonacci 함수를 믿어야 한다. 우리는 Fibonacci 함수의 인자로 원하는 항의 인덱스 값을 넣으면 해당 인덱스 항의 값을 내어준다는 사실을 믿어야한다. 믿음이다. 재귀 함수 루틴이 들어간다고 해서 이러한 사실이 부정인가? 아니다. 

위의 믿음을 가지고 특정 항을 생각해보자. 특정 항은 예를 들어 5번째 항의 값을 구한다고 생각하자.

Fibonacci(5) = Fibonacci(4) + Fibonacci(3);

재귀를 생각하지 말라. 믿음이 있어야한다.
Fibonacci(4)는 4번째 항의 값을 리턴할 것이라는 믿음.
Fibonacci(3)은 3번째 항의 값을 리턴할 것이라는 믿음.

이런 믿음을 바탕으로 (ㄴ)까지의 상황으로 아래와 같이 구현해보았다.

그렇다면, 실제로 어떻게 동작을 해보는지 재귀의 경우를 그려볼까?

피보나치 수열의 재귀적 구현의 동작 원리

그만 알아보자

이진 탐색을 구현해보았다.

이진 탐색에 대해 간단하게 기록하기 전에 이진 탐색의 전제 조건에 대해서 기록을 먼저 해보겠다.

이진 탐색의 전제 조건

• 이진 탐색은 오름차순이든 내림차순이든 관계없이 '정렬'이 되어있는 연속된 배열 자료구조에서 적용된다.

이러한 전제를 갖는 자료구조를 대상으로 탐색을 진행하는 것이 이진 탐색이다. 그렇다면 왜 이진 탐색은 저런 전제를 갖나?
그 해답은 이진 탐색의 정의에 있다.

이진 탐색이란?

타겟을 탐색할 때, 전체 자료구조의 (1)최대한 가운데 위치하는 값과 타겟을 (2)비교하여 탐색의 범위를 비교한 가운데 값을 기준으로 왼쪽과 오른쪽 중 하나로 탐색의 (3)범위를 좁히고 다시 좁혀진 범위에서 최대한 가운데 값을 다시 비교하고 탐색의 범위 결정을 반복하여 타겟을 탐색하는 알고리즘이다.

이진 탐색은 반복이 들어간다. (4)반복이 들어간다는 의미는 탈출 조건이 필요하다는 뜻이다.

이 탈출 조건은 매우 당연하고 자연스럽다.

허나, 이 이유를 알기 전에 범위를 잡는다는 개념을 알아야 한다. 범위를 잡는 것은 여러 케이스들이 있을테지만 선형(배열) 자료 구조에서의 범위를 잡는다는 행위에 대해서 적어보겠다.

탐색할 범위를 잡는다는 것은 시작 인덱스와 끝 인덱스를 잡는 것이다. 쉽게 말해서 시작과 끝을 잡아야한다. 배열에서 시작과 끝을 잡는다는 의미는 시작 인덱스 값과 끝 인덱스 값을 잡는다는 것이다.

자, 그러면 세 가지의 경우가 있다.

• 시작 인덱스 < 끝 인덱스
  : 정말 당연한 것이다. 탐색할 범위의 양 시작과 끝을 잡고 있다고 보면 된다.
• 시작 인덱스 == 끝 인덱스
  : 이런 경우가 나올 수 있을까? 나올 수 있다. 시작 인덱스이자 끝 인덱스에 위치한 값이 타겟인 경우다. 운이 안 좋은 가장 최악의 경우인 것이다. 어떻게 이렇게 제일 끝에 나올 수 있어? 재수 없단 말이지! 이런 뉘앙스의 최악의 경우를 뜻하고, 이런 경우까지 고려하여 알고리즘의 성능 평가를 시행한다 실제로.
• 시작 인덱스 > 끝 인덱스
  : 이런 경우가 가능할까? 알고리즘이고 말고를 떠나서 글자 자체만 보더라도 불가능하다. 고로, 탈출 조건이 된다. 이 경우는 해당 배열 자료구조에 타겟에 해당하는 값이 없기 때문에 발생하는 경우이다. 시작 인덱스와 끝 인덱스가 같은 바로 위의 경우에도 타겟이 검출되지 않으면 발생하는 경우이고, 이 경우에는 조건 제어를 통해 반복을 탈출해야한다. 왜냐고? 배열에 타겟이 없으니까!

자 그렇다면 구현하는데에 생각하는 순서를 좀 정리해본 것이 위 본문에서의 괄호 안의 숫자들이다.

• (1)최대한 가운데 위치하는 값(을 구한다)
• (2)비교
• (3)범위를 좁힌다(결정한다)
• (4) 탈출 조건

위 순서에 해당하는 부분들을 주석으로 표시해봤다.

자료형과 상수

• 자료형

자료형은 데이터를 표현하는 기준이고, 변수와 상수는 이 자료형에 근거하여 선언된다.

변수를 선언하기에 앞서 자료형을 결정하는 방법

1. 어떤 정보를 저장할지 정보의 타입을 결정
   EX) 정수를, 문자열을, 실수를 저장

2. 어느 정도의 크기를 저장할 것인지 적절한 크기를 결정
   EX) (정수) 4바이트 정도, (문자열) 20바이트 길이 정도

예를 들어, 정수를 저장할 것이고, 크기는 4바이트 정도로 할께요 -> int

다음은 자료형의 저장 가능한 타입과 크기, 표현 범위를 나타낸 표이다.

이토록 다양한 자료형을 제공하는 이유는?

1. 데이터의 표현 방식이 정수와 실수로 나뉘므로 최소 두 개의 종류가 보장되어야 한다.

2. 메모리 공간의 효율적인 사용을 위해 같은 데이터 방식(정수 혹은 실수)이더라도, 다양한 크기로 제공되어야 한다.

sizeof 연산자를 이용한 자료형의 크기 확인

다른 자료형에도 마찬가지로 똑같이 적용되고, 10번 라인의 경우처럼 변수의 이름이 전달될 경우 해당 변수의 전체 크기를 계산한 결과를 반환한다. 즉, 배열의 경우 자료형 x 배열의 개수를 구하고, 반환한다는 의미.

• 정수 표현에서의 일반적인 자료형의 선택

short, char 형으로 선언한 변수를 이용하여 계산을 하였는데도 불구하고(10라인) 덧셈을 한 결과가(11라인) 1바이트, 2바이트가 아닌 4바이트 형태로 계산되었다.

-> CPU가 정수 연산을 할 때 가장 적합한 크기의 정수 자료형을 int 로 정의하였고, 그로 인해 다른 자료형의 연산 속도보다 같거나 빠르기 때문에 int 형 연산으로 변환하면서까지 연산을 진행한다.

-> 연산의 속도는 int형이 효율적이고 빠르지만, 데이터의 크기를 중요시하는 곳에서는 char, short를 사용하는 것이 중요하다.

• 실수 표현에서의 일반적인 자료형의 선택

실수에서 중요한 요소는 ‘정밀도’이다. 실수에서는 부동 소수점 오차가 발생하기 때문에 정확하게 값을 표현해낼 수 있는 소수점 이하의 자릿수가 존재하는데 이것이 바로 ‘정밀도’ 이다.

다음은 실수 자료형에서 정밀도를 나타내는 표이다.

실수 자료형에서는 double이 int와 같은 역할로 선택되어진다.

Double과 float 자료형 변수를 선언한 후, 값을 각각 입력 받고 출력하는 예제인데 float와 double 자료형의 출력 시 서식 문자는 같음을 알 수 있지만 입력 시 서식 문자는 다름을 확인할 수 있다.

• 문자의 표현 방식

문자를 표현할 때는 아스키(ASCII) 코드를 이용한다. 즉, 정수 값과 문자를 매칭하여 내부적으로는 정수로 연산하지만 이를 표현할 때에는 해당 정수 값에 맵핑 되어 있는 문자를 출력 및 표현을 한다.

8번 라인을 봤을 때 문자는 작은 따옴표( ‘ )로 감싸져 표현이 되고, 이 때 ch 변수에 값이 저장될 때에는 ‘a’라는 문자 형태의 값이 들어가는 것이 아니라 ‘a’의 아스키 코드 맵핑 값이 저장됨을 10번 라인을 통해 알 수 있다.

• unsigned 0과 양의 정수 표현
  
  - 정수 자료형의 이름 앞에만 unsigned를 붙일 수 있다.
  
  - Unsigned 키워드가 붙을 시에는 부호 비트(MSB) 도 데이터를 표현하는데 사용이 된다. (부호가 사라짐)
  
  - 표현할 수 있는 값이 0 이상의 범위로 두 배가 된다.

• 상수

상수는 이 자료형에 근거하여 선언되며, 리터럴(literal) 상수와 심볼릭(symbolic) 상수로 나뉘어진다. 자료형에 근거 되어 선언되는 이유는 CPU의 연산 대상이 되려면 메모리 상에 적재되어 CPU가 접근할 수 있는 주소를 할당 받아야 하기 때문이다. -> 모든 상수는 메모리에 할당된다.

먼저 이름을 지니지 않는 리터럴 상수이다.

위와 같은 예가 리터럴 상수의 예이다. 8번 라인에서는 10과 20이 int형, 10.1과 20.2는 double형으로 메모리에 적재된다.

앞서 일반적으로 연산 효율이 좋고, 넓은 정밀도로 인해 선택되어 지는 int형과 double형으로 상수의 자료형이 될 수 있고 자료형이 결정되는 요인은 대입 연산자 왼편의 자료형에 따른 것이 아니라 상수 자체의 종류에 따라서 결정되는 것이다.

두 자료형 이외의 값을 이용하여 자료형을 할당하기 위해서는 형 변환 혹은 접미사를 이용한다. 다음은 접미사를 활용하여 상수 자료형을 할당하는 예이다.

다음은 이름을 지니는 심볼릭 상수이다.

심볼릭 상수는 이름이 존재하는 상수이기 때문에 상수가 존재하는 해당 라인을 넘기더라도, 재 사용이 가능하며 이름을 활용하여 대입 연산자를 통해서 값의 변경을 방지하여 값을 변경하면 에러가 발생하도록 하는 특징을 지니고 있다.

심볼릭 상수 선언의 첫 번째 방법은 const 키워드를 이용한 변수의 상수화다.

위와 같이 const 키워드를 이용하여 변수를 상수화 하게 될 경우에는 선언과 동시에 초기화를 해야 하고, 이름을 통한(혹은 그 외의 어떤 방법으로도) 값의 변경은 금지된다.

두 번째 방법은 매크로를 이용한 방법이다.

• 자료형의 변환

자료형에서 가장 중요한 것은 모든 연산은 완벽하게 같은 자료형끼리 연산이 가능하다는 점이다. 특히 대입 연산 시에도 대입 연산자를 기준으로 왼편(l-value)과 오른편(r-value)의 형(type)이 일치해야 한다. 다른 연산자의 경우에도 마찬가지이다. 자료형이 다름에도 불구하고 오류 없이 연산이 가능한 이유는 자료형의 형 변환(자동, 묵시적)이 이루어졌기 때문이다.

자동 형 변환(묵시적 형 변환)

먼저, 대입 연산 시 값을 전달하는 과정에서 자동으로 발생하는 형의 변환이 존재한다.

10번 라인에서 실수형 변수에 정수형 값을 넣었고, 11번 라인에서 정수형 변수에 실수형 값을 넣었다. 다음은 이에 대한 출력 결과이다.

결과에서 알 수 있듯이 11번 라인에서의 대입은 0.14에 해당하는 값이 모두 손실되었다. 정수형 자료형은 실수를 표현할 수 없기 때문이다.
또한, 바이트 크기가 큰 변수를 바이트 크기가 작은 변수로 형 변환하는 경우에는 상위 바이트의 손실로 인해 부호가 변경되거나, 값이 훼손될 수 있다.

다음은 정수의 승격에 의한 자동 형 변환이다.
정수형 연산에서 일반적인 자료형의 선택 시 int형으로 변환되어 연산이 진행되기 때문에 short나 char 등의 자료형으로 연산을 진행하더라도 int 형으로 변환 되어 연산이 진행된 후 다시 원래 자료형으로 다시 변환이 이루어 진다.

다음은 연산 시 피연산자의 자료형 불일치로 발생하는 자동 형 변환이다.

이와 같은 경우에서 double <- int + double의 형태인데 연산을 진행함에 있어서 두 피연산자의 자료형이 서로 다를 때에는 자료형을 통일시켜주어야 하는데 이 경우에 강제적으로 형 변환을 하지 않는 이상 피연산자의 자동 형 변환이 발생한다.
이 때, 어느 자료형을 어떤 자료형으로 변환시켜줄 것인지를 정해야 한다. 변환할 자료형, 변환될 자료형의 선택은 다음과 같은 규칙으로 진행하면 된다.

데이터의 손실을 최소화하는 방향으로 자료형을 선택

int형과 double형이 피연산자로 오는 경우에는 int형을 double형으로 변경하는 것이 데이터의 손실이 최소화하는 방향이다.

그리고 다음은 최소화하는 방향의 우선 순위를 나타낸 것이다.

우선 순위의 기준은 단순히 바이트 크기가 아니라, 정수와 실수 즉 ‘소수부의 손실’을 고려한 순위 기준이다. long long형과 float형을 보면 알 수 있다.

강제 형 변환(명시적 형 변환)

명시적인 형 변환은 형 변환 연산자를 이용하여 강제로 자료형을 변환하는 방법이다.

위와 같은 예에서 num1과 num2의 자료형은 서로 같기 때문에 정수형으로써 나눗셈이 진행되므로 결과 값은 0이 되고 대입 시 일어나는 자동 형 변환으로 인해 실수형 0이 num에 저장된다. 이러한 경우에 강제 형 변환을 이용하게 되면 다음과 같다.

위와 같이 num1을 강제로 double형으로 형 변환시키면 피연산자 불일치와 연산자 변환 우선 순위에 의거하여 num2 또한 double형으로 자동 형 변환이 이루어져 실수 연산이 이루어지고 그 값이 그대로 num으로 대입된다.

즉, 강제 형 변환 연산은 다음과 같은 형태로 이루어진다.

(자료형) 형 변환할 변수 혹은 상수

수 표현 방식

• 컴퓨터의 연산

컴퓨터는 2진수를 기반으로 데이터를 표현하고 연산을 진행한다.

16진수는 2진수를 간단하게 표현할 수 있기 때문에 편의 상 사용함.
이러한 2진수로 데이터를 표현하는데, 데이터 표현에는 단위가 존재함.

• c언어에서의 진수의 표현

각 진수에 해당하는 서식 문자 및 접두어는 다음과 같다

• 정수와 실수의 표현 방식

먼저, 정수의 표현 방식은 다음과 같다.

정수의 가장 왼쪽에 존재하는 비트는 ‘부호비트(MSB)’.
양수일 때는 부호 비트를 제외하면 일반 2진수 수 표현과 같다. 그러나 음의 정수를 표현할 때에는 2의 보수를 취한다. ( 2의 보수 방법 : 1의 보수 -> +1 )

실수의 표현 방식은 조금 다르다.

위와 같은 식을 정의하여 넓은 범위의 실수를 표현함.
그러나 지수 형태의 식을 이용하여 실수를 표현하는 것이기 때문에 오차가 존재한다. 단적인 예로 m과 e에 적절한 값을 넣어서 0.0을 만들어보면 실감함.

이러한 오차를 ‘부동 소수점 오차’ 라고 한다. 다음은 부동 소수점 오차의 예를 보여주는 예이다.

연산자와 변수

• c언어에서의 연산

c언어에서 연산에 사용되는 모든 값은 변수 혹은 상수 등의 형태로 메모리 상에 저장된 후, 연산이 진행됨. (연산이라 함은 단순 사칙연산 뿐만 아니라, 출력, 입력 등도 포함)

위와 같은 예에서 1과 1은 메모리 상에 상수의 형태로 저장된 후, 그 저장된 메모리를 이용하여 연산을 진행
위와 같은 경우에는 값이 고정된 상수이기 때문에 다른 라인에서 값의 변경이 불가능함. -> 변수 개념으로 해결

• 변수

변수란? 값을 저장할 수 있는 메모리 공간에 붙은 이름, 혹은 메모리 공간 그 자체를 나타낸다.

이러한 변수라는 개념을 이용하여 변수에 값을 저장하고 그 값을 이용하여 연산을 진행한다. 다만, 상수와 다른 점은 변수가 선언된 아래 라인에서 변수가 지는 값을 변경하고, 변경된 값을 토대로 재연산이 가능하다는 점.

먼저, 변수의 선언이다.

자료형 + 변수의 이름

위와 같은 형태로 변수의 선언이 이루어진다. 여기서 자료형에 대한 기재는 내가 생성할 변수에 어떤 타입(Type)의 값이 올 것인지를 컴파일러에게 명시해주는 것이고, 변수의 이름에 대한 기재는 말 그대로 메모리 공간에 붙여줄 이름을 명시해주는 것이다.

자료형의 종류와 변수의 이름을 지을 때의 명명 규칙에 대해 아래에 기재

<자료형>

<명명 규칙>

다음은 변수의 선언 및 초기화이다.

6번 줄부터 9번 줄까지 총 5개의 변수가 선언되었는데, 각각 여러 문법적인 요소를 지닌다. line 7에서는 정수형 자료형으로 변수를 선언하였고, 선언함과 동시에 2라는 값을 대입 연산자(=, 대입)를 통하여 초기화를 시켜주었다. 이를 ‘선언과 동시에 초기화 한다’ 라고 표현한다. 그리고 line 8에서는 선언과 동시에 초기화를 하되, 콤마 연산자( , )를 통하여 정수형 변수 num3과 num4를 한번에 선언하고 동시에 초기화를 진행한다. 또한 line 6에서는 num1을 선언만 하고 초기화는 행하지 않았으나 line 11에서 첫 대입이므로 초기화가 이루어졌고, 그 이후 line 12에서 일반 대입이 이루어졌다. 그리고 마지막 line 9에서는 선언만 진행하고 초기화가 이루어지지 않았는데 이런 경우에는 num4의 메모리 공간에는 쓰레기 값이 자동으로 채워진다. 사실 채워지는 것이 아니라 해당 메모리 공간에 원래 존재하고 있던 어떤 값이 보여지는 것이다.

변수 선언 시 주의 사항 : 중괄호 내에 변수를 선언할 경우에는 중괄호의 앞부분에 변수의 선언을 위치시킨다.

• 연산자

• 키보드로부터 값을 입력 받기

프로그램이 번역된 후 실행하는 중에 값을 변수에 저장할 수 있는 방법.

scanf 함수에서 첫 번째 인자, 큰 따옴표 사이의 Format으로 입력을 받는데, 나타낸 서식 문자 순서대로 이후 인자들에 차례로 값이 저장된다. %c, %d, %f, %lf 는 변수 명 앞에 &를 붙인다. 포인터와 관련된 이야기.

scanf 함수는 스페이스, 엔터 등의 공백으로 입력과 입력을 구분 지으며, 첫 번째 인자로 주어진 형식으로 입력을 받는다. 형식을 지키며 입력하라는 말이다.