메모리
C에는 아래와 같은 여러 자료형이 있고, 각각의 자료형은 서로 다른 크기의 메모리를 차지한다.
- bool: 불리언, 1바이트
- char: 문자, 1바이트
- int: 정수, 4바이트
- float: 실수, 4바이트
- long: (더 큰) 정수, 8바이트
- double: (더 큰) 실수, 8바이트
- string: 문자열, ?바이트
컴퓨터 안에는 아래 사진과 같은 RAM 이라고 하는 물리적 칩이 메모리 역할을 한다.
쉽게 생각하면 아래 사진에서 여러 개의 노란색 사각형이 메모리를 의미하고, 작은 사각형 하나가 1바이트를 의미한다고 볼 수 있다.
예를 들어 char 타입의 변수를 하나 생성하고, 그 값을 입력한다고 하면 위 사진에서 한 사각형 안에 그 변수의 값이 저장되는 것이다.
배열
아래와 같이 세 개의 점수를 저장하고 그 평균을 출력하는 프로그램이 있다.
#include <cs50.h>
#include <stdio.h>
int main(void)
{
// Scores
int score1 = 72;
int score2 = 73;
int score3 = 33;
// Print average
printf("Average: %i\n", (score1 + score2 + score3) / 3);
}만약 점수의 개수가 더 많아진다면 이 프로그램은 많은 부분을 수정해줘야 한다.
이 때 활용할 수 있는 것이 배열의 개념이다.
배열은 같은 자료형의 데이터를 메모리상에 연이어서 저장하고 이를 하나의 변수로 관리하기 위해 사용된다.
위 코드는 배열을 이용하면 아래와 같이 바꿀 수 있다.
#include <cs50.h>
#include <stdio.h>
int main(void)
{
// Scores
int scores[3];
scores[0] = 72;
scores[1] = 73;
scores[2] = 33;
// Print average
printf("Average: %i\n", (scores[0] + scores[1] + scores[2]) / 3);
}int scores[3]; 이라는 코드는 int 자료형을 가지는 크기 3의 배열을 scores 라는 이름으로 생성하겠다는 의미이다.
배열의 인덱스는 0부터 시작하기 때문에, scores의 인덱스는 0, 1, 2 세 개가 있다.
이 인덱스를 변수명 뒤 대괄호 [ ] 사이에 입력하여 배열의 원하는 위치에 원하는 값을 저장하고 불러올 수 있다.
하지만 위와 같은 코드는 여전히 점수의 개수가 바뀌는 상황에서 제약이 많다.
전역 변수
아래 코드에서 scores 배열의 크기를 정해주는 N이라는 변수를 새로 선언했다.
만약 N이 고정된 값(상수)이라면 그 값을 선언할 때 const를 앞에 붙여서 전역 변수,
즉 코드 전반에 거쳐 바뀌지 않는 값임을 지정해줄 수 있다.
관례적으로 이런 전역 변수의 이름은 대문자로 표기 한다.
#include <cs50.h>
#include <stdio.h>
const int N = 3;
int main(void)
{
// 점수 배열 선언 및 값 저장
int scores[N];
scores[0] = 72;
scores[1] = 73;
scores[2] = 33;
// 평균 점수 출력
printf("Average: %i\n", (scores[0] + scores[1] + scores[2]) / N);
}
scores의 크기로 전역 변수를 선언하였기 때문에 점수 개수가 바뀌었을때 수정해야 하는 코드가 조금 줄었다.
하지만 여전히 일일이 배열의 인덱스마다 점수를 지정해줘야 하는 불편함이 있다.
배열의 동적 선언 및 저장
아래 코드에서와 같이 루프와 함수를 선언하여 좀 더 동적인 프로그램을 작성할 수 있다.
#include <cs50.h>
#include <stdio.h>
float average(int length, int array[]);
int main(void)
{
// 사용자로부터 점수의 갯수 입력
int n = get_int("Scores: ");
// 점수 배열 선언 및 사용자로부터 값 입력
int scores[n];
for (int i = 0; i < n; i++)
{
scores[i] = get_int("Score %i: ", i + 1);
}
// 평균 출력
printf("Average: %.1f\n", average(n, scores));
}
//평균을 계산하는 함수
float average(int length, int array[])
{
int sum = 0;
for (int i = 0; i < length; i++)
{
sum += array[i];
}
return (float) sum / (float) length;
}
여기서는 배열의 크기를 사용자에게 직접 입력 받고,
배열의 크기만큼 루프를 돌면서 각 인덱스에 해당하는 값을 역시 사용자에게 동적으로 입력 받아 저장한다.
그리고 average 라는 함수를 따로 선언하여 평균을 구한다.
average 함수는 length 와 array[], 즉 배열의 길이와 배열을 입력으로 받는다.
함수 안에서는 배열의 길이만큼 루프를 돌면서 값의 합을 구하고 최종적으로 평균값을 반환한다.
이와 같은 방법을 통해서 임의의 점수 개수와 점수 배열에 대해서 동적으로 평균값을 구하는 프로그램을 작성할 수 있다.
이제까지 사용한 문자열(string) 자료형의 데이터는 사실 문자(char) 자료형의 데이터들의 배열이었다.
string s = “HI!”; 과 같이 문자열 s가 정의되어 있다고 생각해보자.
s는 문자의 배열이기 때문에 메모리상에 아래 그림과 같이 저장되고, 인덱스로 각 문자에 접근할 수 있다.
여기서 가장 끝의 ‘\0’은 문자열의 끝을 나타내는 널 종단 문자이다.
단순히 모든 비트가 0인 1바이트를 의미한다.
그럼 아래 코드와 같이 여러 문자열이 동시에 선언된 경우를 살펴보자.
string names[4];
names[0] = "EMMA";
names[1] = "RODRIGO";
names[2] = "BRIAN";
names[3] = "DAVID";
printf("%s\n", names[0]);
printf("%c%c%c%c\n", names[0][0], names[0][1], names[0][2], names[0][3]);names라는 문자열 형식의 배열에 네 개의 이름이 저장되어있다.
첫 번째 printf에서는 names의 첫번째 인덱스의 값, 즉 “EMMA”를 출력한다.
두 번째 printf에서는 형식 지정자가 %s가 아닌 %c로 설정되어 있음을 확인할 수 있다.
따라서 출력하는 것은 문자열이 아닌 문자이다.
여기서는 각 이름의 두번째 문자를 출력하고자 한다.
이는 names[0][1]과 같이 2차원 배열을 통해 접근할 수 있다.
다시 말해 names[0][1]는 names의 첫 번째 값, 즉 “EMMA”라는 문자열에서, 그 두번째 값, 즉 ‘M’ 이라는 문자를 의미한다.
아래 그림에서 names가 실제 메모리상에 저장된 예시와 해당하는 인덱스를 확인할 수 있다.
문자열의 길이 및 탐색
사용자로 부터 문자열을 입력받아 한 글자씩 출력하는 프로그램을 만들어 보자.
간단하게 for 루프를 통해 문자열의 인덱스를 하나씩 증가시켜가면서 해당하는 문자를 출력하면 되는데,
문자열의 끝은 어떻게 알 수 있을까?
한가지 방법은 해당하는 인덱스의 문자가 널 종단 문자, 즉 ‘\0’와 일치하는지 검사하는 것이다.
즉, s라는 문자열이 있다고 할 때 for (int i = 0; s[i] != ‘\0’; i++) { ..} 과 같은 루프를 사용하면 된다.
하지만 아래 코드와 같이 strlen() 이라는 함수를 사용할 수도 있다.
#include <cs50.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main(void)
{
string s = get_string("Input: ");
printf("Output:\n");
for (int i = 0, n = strlen(s); i < n; i++)
{
printf("%c\n", s[i]);
}
}
strlen은 문자열의 길이를 알려주는 함수로, string.h 라이브러리 안에 포함되어 있다.
위 코드에서는 n이라는 변수에 문자열 s의 길이를 저장하고, 해당 길이 만큼만 for 루프를 순환한다.
따라서 일일이 널 종단 문자를 검사하는 것 보다 훨씬 효율적이다.
문자열 탐색 및 수정
사용자로부터 문자열을 입력받아 대문자로 바꿔주는 프로그램을 아래와 같이 작성할 수 있다.
#include <cs50.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main(void)
{
string s = get_string("Before: ");
printf("After: ");
for (int i = 0, n = strlen(s); i < n; i++)
{
if (s[i] >= 'a' && s[i] <= 'z')
{
printf("%c", s[i] - 32);
}
else
{
printf("%c", s[i]);
}
}
printf("\n");
}먼저 사용자로부터 입력받은 문자를 s라는 변수에 저장한다.
그리고 s의 길이만큼 for 루프를 돌면서, 각 인덱스에 해당하는 문자가 ‘a’보다 크고 ‘z’보다 작은지 검사한다.
즉, 소문자인지 검사하는 것과 동일하다.
여기서 문자의 대소비교가 가능한 이유는 ASCII값, 즉 그 문자가 정의되는 ASCII 코드 상에서의 숫자값으로 비교할 수 있기 때문이다.
또한 알파벳의 ASCII 값을 잘 살펴보면 각 알파벳의 소문자와 대문자는 32씩 차이가 남을 확인할 수 있다.
따라서 각 문자가 소문자인 경우 그 값에서 32를 뺀 후에 ‘문자’ 형태로 출력하면 대문자가 출력이 된다.
각 문자가 이미 대문자인 경우는 그냥 그대로 출력하면 된다.
이와 동일한 작업을 수행하는 함수가 ctype 라이브러리에 toupper() 이라는 함수로 정의되어 있다.
이를 이용하면 간단하게 아래와 같이 대문자 변환 프로그램을 작성할 수 있다.
#include <cs50.h>
#include <ctype.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main(void)
{
string s = get_string("Before: ");
printf("After: ");
for (int i = 0, n = strlen(s); i < n; i++)
{
printf("%c", toupper(s[i]));
}
printf("\n");
}main 함수에 대해 알아보자.
main도 그 형태를 보면 하나의 함수임을 알 수 있는데,
main() 안에 기계적으로 void 라고 입력하는 대신 아래 코드와 같이 argc, argv 를 정의해보자.
#include <cs50.h>
#include <stdio.h>
int main(int argc, string argv[])
{
if (argc == 2)
{
printf("hello, %s\n", argv[1]);
}
else
{
printf("hello, world\n");
}
}
여기서 첫번째 변수 argc는 main 함수가 받게 될 입력의 개수이다.
그리고 argv[]는 그 입력이 포함되어 있는 배열이다.
프로그램을 명령행에서 실행하므로, 입력은 문자열로 주어진다.
따라서 argv[]는 string 배열이 된다.
argv[0]는 기본적으로 프로그램의 이름으로 저장된다.
만약 하나의 입력이 더 주어진다면 argv[1]에 저장될 것이다.
예를 들어 위 프로그램을 “arg.c”라는 이름으로 저장하고 컴파일 한 후 “./argc”로 실행해보면 “hello, world”라는 값이 출력된다.
명령행 인자에 주어진 값이 프로그램 이름 하나밖에 없기 때문이다.
하지만 “./argc David”로 실행해보면 “hello, David”라는 값이 출력된다.
명령행 인자에 David라는 값이 추가로 입력되었고, 따라서 argc 는 2, argv[1] 은 “David”가 되기 때문이다.
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