[C++ 프로그래밍] 2강 - C++ 언어의 기초

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

학습 개요

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• 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

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• 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

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• 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

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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

• 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
  

  

    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() {
                  
        }
      

const와 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

관계 연산자

• 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 (<<)

      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 (>>)

      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

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

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1. 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)

2. 위 지문에서 문장의 결과 a에 저장 되는 값은?

    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

3. 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

4. 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?

    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

5. 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

6. 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

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• 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