💡해당 게시글은 방송통신대학교 이병래 교수님의 'C++ 프로그래밍' 강의를 개인 공부 목적으로 메모하였습니다.

학습 개요

C++ 언어는 C 언어를 바탕으로 하여 객체 지향 프로그래밍을 위한 구문을 제공함
그러므로 대부분의 문법이 C와 동일하지만, 조금 다른 부분이나 추가된 문법이 있음
C++ 언어의 기본적인 구문들에 대하여 개괄적으로 정리해 봄
C++ 언어의 단어(키워드, 식별자), 자료형, 변수와 상수, 연산자, 형 변환 등에 대해 다룸

학습 목표

C++의 문법에 맞게 식별자를 만들 수 있음
기본 자료형의 값을 표현하고, 변수를 만들어 저장하는 표현을 활용할 수 있음
C++ 언어의 연산자를 사용하여 수식을 작성할 수 있음
자료형 사이의 형 변환을 할 수 있음

주요 용어

키워드(keyword)
- C++ 언어에서 미리 용도를 정해 놓은 단어
변수
- 프로그램이 실행되는 동안 기억하고 있어야 하는 값들을 저장하기 위해 자료형과 이름이 지정된 메모리 영역
사용 영역(scope)
- 이름이 유효성을 갖는 영역
지역 변수
- 프로그램의 소속 블록 안에서만 사용될 수 있는 변수
형 변환
- 값의 자료형을 다른 자료형으로 변환하는 것으로, 자료형의 변환은 묵시적 또는 명시적으로 지정 가능

강의록

키워드와 식별자

키워드

키워드(keyword)
- C++ 언어에서 미리 용도를 정해 놓은 단어
- 반드시 정해진 용도로만 사용해야 함

키워드의 예

  #include <iostream>
  using namespace std;
    
  int main()
  {
      cout << "나의 첫 번째 C++ 프로그램" << endl;
      return 0;
  }

using namespace
int
return

식별자

식별자(identifier)
- 여러 가지 대상을 구분하기 위해 만든 이름
  - 변수나 함수, 클래스 등의 이름
식별자를 만드는 규칙
- 첫 자는 비 숫자 문자를 사용함(C++11부터 다국어 문자 포함)
  - 비 숫자 문자
    - 영문 대,소문자와 _(MS C++에서는 $ 포함)
- 이후의 문자는 비 숫자 문자와 숫자를 사용함(특수 문자 사용 불가)
- 길이 제한 없음
- 키워드는 식별자로 사용 불가
- _문자로 시작하는 이름 사용하지 않는 것이 바람직함
적절한 식별자
- myname
- my_name
  - Snake case
- myName
  - Camel case
- MyName
  - Pascal case
- a3
- VALUE
- Int
- initial_value
- 합계
  - C++11 이후
- $price
  - MS C++
사용할 수 없는 식별자의 예
- 4days
- my name
- my#name
- int
- initial-value
- min:value

기본 자료형 및 상수와 변수

C++의 자료형

기본 자료형
- C++ 에서 기본적으로 제공하는 하나의 값을 지정하는 자료형
- 정수 자료형
  - char
  - int
  - short
  - long
  - bool
- 실수 자료형
  - float
  - double
  - long double
복합 자료형
- 여러 개의 데이터를 모아서 사용할 수 있는 자료형
- 배열, 구조체(struct), 클래스(class), 열거형(enum), 공용체(union)
- 포인터, 참조

C++의 기본 자료형

정수형 자료형(integral types)
- 고정 소수점(fixed-point) 방식의 숫자 표현
  - 오버플로(overflow)가 발생하지 않도록 주의해야 함
- 문자를 표현하는 자료형
  - signed/unsigned
  - char
- 정수를 표현하는 자료형
  - signed/unsigned
    - signed
      - 부호 있음
      - 양수, 음수 둘 다 표현 가능
    - unsigned
      - 부호 없음
    - 양수만 표현 가능
  - int, short, long, long long
    - int≤ short≤ long≤ long long
    - int32bit
    - short16bit
    - long32bit
- 참/거짓을 표현하는 자료형
  - bool
    - true(참)
    - false(거짓)
- 다국어 표현을 위한 자료형
  - wchar_t
  - char16_t
  - char32_t
실수 자료형
- 부동 소수 점(floating-point) 방식의 숫자 표현
  - 부동 소수점
    - 소수점의 위치가 움직일 수 있음
  - 부동 소수점 방식의 숫자 표현
    - 123 = 12.310^1 = 1.2310^2
- float (4byte)
  - 부호 1비트, 지수 부 8비트, 가수 부 23 비트로 구성
  - 1.17549×10^-38 ~ 3.40282×10^38 범위의 값을 표현
    - numeric_limits<float>::min()
    - numeric_limits<float>::max()
    - <climits>헤더 파일 include 시 float에 대해 가장 작은 값, 큰 값 확인 가능
- double (8byte)
  - 부호 1비트, 지수 부 11비트, 가수 부 52비트로 구성
  - 2.22507 * 10⁻ ³⁰⁸ ~ 1.79769 * 10³⁰⁸ 범위의 값을 표현함
    - numeric_limits<double>::min()
    - numeric_limits<double>::max()

상수의 표현 - 리터럴(iteral)

정수형 리터럴의 표현

숫자를 표현하는 문자와 부호 만으로 표현됨
- 숫자를 표현하는 문자
  - 0 ~ 9 까지의 숫자
  - 10 ~ 15에 해당되는 16진수를 표현하기 위한 문자 a ~ f와 A ~ F

접두사를 이용한 진법의 표현

표현	의미
159	10진수 int형 상수
0b10011111	2진수 int형 상수
0237	8진수 int형 상수
0x9f	16진수 int형 상수

접미사를 이용한 정수 리터럴의 자료형 지정

표현	자료형
123	int형
123u	unsigned int형
123L	long 형
123ul	unsigned long 형
123ll	long long 형

문자 리터럴의 표현

표현	자료형
‘A’	문자 ‘A’ (ASCII 코드에 해당되는 정수 65와 동일)
‘\101’	‘A’와 동일함(65의 8진수 표현)
‘\x41’	‘A’와 동일함(65의 16진수 표현)

작은 따옴표(‘ ‘) 안에 문자를 표기하는 방법
8진수나 16진수 문자 코드로 표기하는 방법

실수 형 리터럴의 표현

표현	자료형
1200., 1200.0, 12e2, 1.2e+3	double형 값 1200
1200.0f, 12e2f	float형 값 1200

소수점이 있거나 10의 거듭 제곱을 표현하기 위한 지수 기호인 e가 있으면 실수형 리터럴임

변수

프로그램이 실행되는 동안 기억하고 있어야 하는 값들을 저장하는 메모리 영역
변수에는 자료형과 이름이 지정되어야 함
모든 변수는 사용하기 전에 미리 선언해야 함

  int korScore, mathScore;
  cin >> korScore >> mathScore;
  float avrScore = (korScore + mathScore) / 2.0f;

int
- 자료형
korScore, mathScore;
- 변수의 이름
float avrScore
- 사용하기 전에 선언하면 됨

변수의 초기화

  int total = 0;

  int total(0);

  int x(131070.5); // x ← 131070 : 오차 발생

  short y(x); // x ← -2 : 오버플로 발생

Untitled

  int total{0};

  short a{total}; // 오류: 축소 변환

  float b{total}; // 오류: 축소 변환

자료형 추론

변수를 초기화할 때 초기화하는 값의 자료형으로 변수의 자료형을 추론

  auto i(10); // int i(10); 과 동일함

변수의 사용 영역(scope)

변수가 유효성을 갖는 영역

s1.cpp

  int a; // 선언된 이후 프로그램의 전체 영역에서 사용 가능 - 비 지역 변수(non-local variable)
  static int b{10}; // 선언된 이후 소속 파일의 전체 영역에서 사용 가능 - 비 지역 변수(non-local variable)
            
  int f() {
      int c{20}, d{30}; // 선언된 이후 소속 블록의 전체 영역에서 사용 가능 - 지역 변수(local variable)
      {
          int d{40}; // 선언된 이후 소속 블록의 전체 영역에서 사용 가능 - 지역 변수(local variable), 이름 가리기
          int e{50}; // 선언된 이후 소속 블록의 전체 영역에서 사용 가능 - 지역 변수(local variable)
      }
  }

s2.cpp

  extern int a; // 다른 소스 파일에서 존재하는 변수 사용 = s1.cpp 의 a 변수
  static int b{50}; // 해당 소스 파일에서만 사용 가능 s1.cpp b 변수 != s2.cpp b 변수
  int g() {
            
  }

`const`와 `constexpr`

const한정어

변수의 값을 수정할 수 없게 함

초기화를 통해서만 값을 정할 수 있음

  const double PI {3.14159}; // 원주율 정의

  #define PI 3.14159
  // 매크로 상수 정의 - 단순 치환

constexpr한정어

그 값을 컴파일할 때 평가한다는 의미

실행 중 값을 평가하는 것에 비해 효율적으로 동작할 수 있게 함

  int a;
  std::cin >> a;
  const int b = 20;
  const int C1 = a; // cin을 통해 입력된 a의 값으로 초기화
  constexpr int C2 = a + 10; // 오류: 컴파일 시에 a의 값을 알 수 없음
  constexpr int C3 = b + 100; // b + 100을 컴파일 시에 계산할 수 있음
  constexpr int C4 = C1 * 2; // 오류: 컴파일 시에 C1의 값을 알 수 없음

모든 인수가 constexpr인 경우 컴파일할 때 값을 구할 수 있게 함

  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
  };

변수의 유효 기간

변수의 유효 기간(lifetime)

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 유효 기간
        
  int f() {
      int y{10}; // 지역 변수 - 자동 유효 기간
      static int z{0}; // 정적 지역 변수 - 정적 유효 기간
  }

변수와 상수 사용

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

산술 연산자

2항 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

단항 연산자

증, 감 연산자

++, --

수식(a = 10일 때)	a의 값	b의 값
`b = ++a;`	11	11
`b = a++;`	11	10
`b = --a;`	9	9
`b = a--;`	9	10

부호 연산자
- +, -

대입 연산자

대입 연산자(=)

수식의 값
- 저장 된 결과
연산자의 결합 방향
- 우 → 좌

수식(a는 double형, b는 int형)	실행 결과
`a = 0;`	a ← 0
`a = b = 0;`	b ← 0, a ← 0
`a = b = 1.5;`	b ← 1, a ← 1

복합 대입 연산자
- 이항 연산자와 대입 연산자를 결합
- +=, -=, *=, /=, %=, <<=, >>=등
수식 실행 결과

a += b; a = a + b;와 동일

수식	실행 결과
`a += b;`	`a = a + b;`와 동일

관계 연산자

>, <, >=, <=, ==, ≠

수식(a = 10, b = -5)	수식의 값
`a > b`	true
`a == 5`	false

논리 연산자

논리 합 ||, 논리 곱 &&, 부정 !

수식(a = 10, b = -5)	수식의 값
`a > 0 && b > 0`	false
`a > 0 \|\| b > 0`	true
`a < 0 && --b < 0`	false, b는 -5
`!(a > 0)`	false

비트 단위 연산자

비트 단위 논리 연산자

논리 합 |, 논리 곱 &, 배타적 논리 합 ^, 부정 ~

수식(x = 0x35(0011 0101), y = 0xf0(1111 0000))	수식의 값
`x \| y`	0xf5 (1111 0101)
`x & y`	0x30 (0011 0000)
`x ^ y`	0xc5 (1100 0101)
`~x`	0xca (1100 1010)

비트 이동 연산자
- 좌측 이동 (<<)
```
1
2
  unsigned char x = 0b00011101; // 29
  unsigned char y = x << 2;
```
  - 우측 피 연산자에 지정된 비트 수만큼 좌측 피 연산자를 좌측으로 이동
  - 우측의 비는 비트에는 0이 채워짐
  - 왼쪽으로 두 비트 이동 시 2의 제곱을 곱한 값과 같은 결과를 가짐
- 우측 이동 (>>)
```
1
2
  char x = 0b10010100; // -108
  char y = x >> 2;
```
  - 우측 피 연산자에 지정된 비트 수만큼 좌측 피 연산자를 우측으로 이동
  - signed 형에 대해서는 부호를 유지할 수 있도록 부호 비트가 좌측의 비는 비트에 채움(구현에 따라 다름)
  - 오른쪽으로 두 비트 이동 시 2의 제곱을 나눈 값과 같은 결과를 가짐

조건 연산자

유일한 3항 연산자

수식 ( a = 10, b = 20, c = 30) 수식의 값

a > 0 ? b : c 20
- 조건 ? 값1 : 값2
  - 조건이 true이면 수식의 값은 값1, false이면 값2

수식 ( a = 10, b = 20, c = 30)	수식의 값
`a > 0 ? b : c`	20

자료형의 변환

묵시적 형 변환

묵시적 형 변환 개요
- 두 값 사이의 연산에서는 우선 순위가 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 발생할 수 있으므로 주의해야 함
묵시적 형 변환의 예

명시적 형 변환

형 변환 연산자
- static_cast
  - 연관 된 자료형 간의 형 변환을 처리하며, 변환 처리는 컴파일 단계에서 정해짐
- dynamic_cast
  - 기초 클래스와 파생 클래스 간의 포인터 또는 참조 형 변환이 프로그램 실행 중에 일어나도록 지시함
- reinterpret_cast
  - 관련이 없는 자료형 사이의 변환을 처리하는 연산자로, 포인터를 다른 자료형의 포인터나 정수 자료형으로, 또는 그 역으로 변환
- const_cast
  - const지정을 일시 해제함
형 변환 연산자 사용 형식

연습 문제

다음 중 부동 소수 점 표현 방식의 수는?

a. 123e4
- e는 부동 소수 점 수의 지수 부 값을 나타내기 위한 기호로 사용되므로 123.0×10^4을 나타내는 부동 소수 점 수
- 123
  - 10진수
- 0x24
  - 16진수
- 0123
  - 8진수 정수(고정 소수 점)
위 지문에서 문장의 결과 a에 저장 되는 값은?
```
1
2
3
 int x = 5, y = 2;
 double a, z=10.0;
 a = z + x / y;
```
a. 12.0
- x와 y는 int형이므로 x / y는 정수 연산이 이루어지며, 그 결과는 2이고 이 값을 z의 10.0과 더하므로 결과는 12.0임

위 지문의 프로그램에서 (가)와 (나)의 의미에 대한 설명으로 옳은 것은?

 constexpr int f(int x) { return x * x; }
 void g(int a) {
     constexpr int b = f(10); // (가)
     const int c = f(a); // (나)
     // (다)
 }

a. (가)는 f(10)의 값을 컴파일할 때 계산한다.

constexpr함수는 모든 인수가 constexpr인 경우 컴파일할 때 값을 구할 수 있게 함

위 지문에서 변수 x, y가 모두 unsigned char 형이다. x의 하위 4비트는 변하지 않고 상위 4비트만 모두 0으로 만들려고 한다. y에는 어떠한 값을 가지고 있어야 하는가?
```
1
 x &= y;
```
a. 0x0f
- y의 어떤 비트가 0이면, AND 결과에서 그 자리(x의 해당 비트)는 무조건 0이 됨
- y의 어떤 비트가 1이면, 원래 x 값이 전달됨
- 위 수식은 x = x & y;와 같음
  - &는 비트 단위 논리 곱 연산자임
  - 어느 비트의 값이 a일 때 a & 0은 a의 값에 관계없이 0임
  - 반면 a & 1은 a가 0이면 0, 1이면 1임
  - 즉, a & 1은 a와 같음
  - 그러므로 x의 값에서 0으로 지우고 싶은 비트는 0, 그대로 두고 싶은 비트는 1이 y에 들어 있다면 x의 원하는 비트를 0으로 지울 수 있음
  - 하위 4비트는 변하지 않고 상위 4비트만 0으로 만들려고 하므로 y는 2진수 00001111, 즉 16진수 0x0f를 저장하고 있으면 됨
다음의 변수 선언문 중 오류가 있는 것은?

a. int d{1.5};
- 1.5가 double이므로 int형 변수를 초기화하려면 축소 형 변환이 필요하여 오류임
- 변수 선언문 중 옳은 것은?
  - int a = 100;
    - 필요하다면 묵시적 형 변환을 통해 변수가 초기화 됨
  - float b(20.0);
    - 필요하다면 묵시적 형 변환을 통해 변수가 초기화
  - int c = {200};
    - 초깃 값으로 사용된 수식에 대해 축소 형 변환이 일어나면 안 됨

위 지문 중 소스 파일에서 변수의 값을 수정하지 않았을 경우 (가) 영역에서 사용할 수 있는 변수와 그 값을 모두 올바르게 나열한 것은?

 int a;
 static int b{10};
    
 int f() {
     int c{20}, d{30};
     {
         int d{40};
         int e{50};
     }
     // ······    // (가)
 }

a. a:0, b:10, c:20, d:30

(가)를 포함하는 블록에 선언된 c와 d, 함수 f()의 앞에 선언된 a와 정적 변수 b를 모두 사용할 수 있으며, 함수 f()에 내포된 블록에 선언된 d와 e는 그 블록 안에서만 존재하며, (가)에서는 사용할 수 없음

정리 하기

C++에서 사용하는 단어는 반드시 정해진 용도로 사용하도록 지정된 키워드와 프로그램 내에서 여러 가지 대상을 구분하기 위해 만드는 식별자가 있음
문자, 정수, 참/거짓, 실수를 표현하는 기본 자료형과 복합 자료형을 사용할 수 있음
값을 저장하기 위해 사용하는 변수는 사용하기 전에 자료형과 이름을 미리 선언해야 함
블록 안에 선언된 변수는 소속된 블록에서만 사용할 수 있는 지역 변수임
const한정어는 변수의 값을 변경할 수 없게 하며, constexpr한정어는 변수나 함수의 값을 컴파일할 때 평가할 수 있게 할 수 있게 함
지역 변수는 자동 유효 기간, 전역 변수 및 정적 지역 변수는 정적 유효 기간을 갖음
연산자는 산술, 논리, 관계, 비트 단위 논리, 대입 등의 처리를 하는 데 사용 됨
서로 다른 자료형이 연산에 사용될 경우 우선순위가 높은 자료형으로, 대입 연산의 경우 값을 저장할 변수의 자료형으로 묵시적 형 변환이 일어남
형 변환 연산자를 이용하여 명시적으로 자료형을 변환할 수 있음

[C++ 프로그래밍] 2강 - C++ 언어의 기초