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[C++ 프로그래밍] 2강 - C++언어의 기초

Posted Aug 22, 2023
By mxxikr
read 25 min

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



학습 목표

  1. C++의 문법에 맞게 식별자를 만들 수 있다.
  2. 기본 자료형의 값을 표현하고, 변수를 만들어 저장하는 표현을 활용할 수 있다.
  3. C++ 언어의 연산자를 사용하여 수식을 작성할 수 있다.
  4. 자료형 사이의 형변환을 할 수 있다.

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



키워드와 식별자

키워드(keyword)

  • C++ 언어에서 미리 용도를 정해 놓은 단어

  • 반드시 정해진 용도로만 사용해야함

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

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
  • 사용 가능한 적절한 식별자
    • myname
    • my_name
    • myName
    • MyName
    • 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
    • 실수 자료형
  • 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
      • short ≤ int ≤ long ≤ long long
        • signed
          • 부호 있음
          • 양수, 음수 둘 다 표현 가능
        • unsigned
          • 부호 없음
          • 양수만 표현 가능
      • int, short, long, long long
        • int 32bit
        • short 16bit
        • long 32bit
    • 참/거짓을 표현하는 자료형
      • bool
        • true(참) / false(거짓) 저장
    • 다국어 표현을 위한 자료형
      • wchar_t, char16_t, char32_t
  • 실수 자료형
    • 부동소수점(floating-point) 방식의 숫자 표현
      • 부동 소수점
        • 소수점의 위치가 움직일 수 있음
      • 부동 소수점 방식의 숫자 표현
        • 123 = 12.3 * 10^1 = 1.23 * 10^2
    • float (4byte)
      • 부호 1비트, 지수부 8비트, 가수부 23 비트로 구성
      • 1.17549 * 10^-38 ~ 3.40282 * 10^38 범위의 값을 표현
      • (numeric_limits::min(), numeric_limits::max())
        • 헤더 파일 include 시 float에 대해 가장 작은 값, 큰 값 확인 가능

상수의 표현 - 리터럴(iteral)

  • 정수형 리터럴의 표현
    • 숫자를 표현하는 문자와 부호만으로 표현됨
    • 숫자를 표현하는 문자
      • ‘0’~’9’ 까지의 숫자
      • 10~15에 해당되는 16진수를 표현하기 위한 문자 ‘a’~’f’와 ‘A’~’F

    • 접두사를 이용한 진법의 표현

      표현의미
      15910진수 int형 상수
      0b100111112진수 int형 상수
      02378진수 int형 상수
      0x9f16진수 int형 상수

    • 접미사를 이용한 정수 리터럴의 자료형 지정

      표현의미
      123int형
      123uunsigned int형
      123Llong 형
      123ulunsigned long 형
      123lllong long 형

  • 문자 리터럴의 표현

    표현의미
    ‘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

  • 실수형 리터럴의 표현

    표현의미
    1200. 1200.0 12e2 1.2e+3double형 값 1200
    1200.0f 12e2ffloat형 값 1200
    • 소수점이 있거나 10의 거듭제곱을 표현하기 위한 지수 기호인 e 가 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

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      int korScore, mathScore;
  cin >> korScore >> mathScore;
  float avrScore = (korScore + mathScore) / 2.0f;
    • int
      • 자료형
    • korScore, mathScore;
      • 변수의 이름
    • float avrScore
      • 사용하기 전에 선언

변수의 초기화

  1. int total = 0;
  2. int total(0);
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     int x(131070.5); // x ← 131070 : 오차 발생
 short y(x); // x ← -2 : 오버플로 발생

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  3. int total{0};

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     short a{total}; // 오류: 축소 변환
 float b{total}; // 오류: 축소 변환

자료형 추론

  • 변수를 초기화할 때 초기화하는 값의 자료형으로 변수의 자료형을 추론

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      auto i(10); // int i(10); 과 동일함

변수의 사용 영역(scope)

  • 변수가 유효성을 갖는 영역

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      // s1.cpp
    
  int a; // 비 지역변수(non-local variable)
  static int b{10}; // 비 지역변수(non-local variable)
  int f() {
  	int c{20}, d{30}; // 비 지역변수(non-local variable)
  	{
  		int d{40}; // 지역 변수(local variable)
  		int e{50}; // 지역 변수(local variable)
    	
      }
    	
  }

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      // s1.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
  int g() {

  }
    • 비 지역변수(non-local variable)
      • 선언된 이후 프로그램의 전체 영역에서 사용 가능
      • 선언된 이후 소속 파일의 전체 영역에서 사용 가능
    • 지역 변수(local variable)
      • 선언된 이후 소속 블록의 전체 영역에서 사용 가능

const와 constexpr

  • const 한정어

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      const double PI {3.14159}; // 원주율 정의
    • 변수의 값을 수정할 수 없게 함

    • 초기화를 통해서만 값을 정할 수 있음

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

  • constexpr 한정어

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      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
    • 그 값을 컴파일할 때 평가한다는 의미
    • 실행 중 값을 평가하는 것에 비해 효율적으로 동작할 수 있게 함

  • constexpr 함수

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      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
    
  }
    • 모든 인수가 constexpr 인 경우 컴파일할 때 값을 구할 수 있게 함

변수의 유효 기간(lifetime)

  • 변수가 언제 만들어져서 언제 없어지는가를 나타냄

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      int x; // 전역변수 - 정적 유효 기간
    
  int f() {
  	int y{10}; // 지역변수 - 자동 유효 기간
  	static int z{0}; // 정적 지역변수 - 정적 유효 기간
    
  }
  • 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

변수와 상수 사용

  • CircleArea.cpp

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      #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;
  }


    </br>

연산자

산술 연산자

  • 2항 연산자

    • 사칙 연산자 : +, -, *, /

      수식수식의 값
      5 + 38
      3 / 21
      3.0 / 2.01.5

    • 나머지 연산자 : %

      수식수식의 값
      5 % 32
      -5 % 3-2
      5 % -32
      -5 % -3-2
  • 단항 연산자

    • 증, 감 연산자 : ++, --

      수식(a = 10일 때)a의 값b의 값
      b = ++a;1111
      b = a++;1110
      b = –a;99
      b = a–;910

    • 부호 연산자 : +, -

대입 연산자

  • 대입 연산자(=)

    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
    • 수식의 값 : 저장된 결과
    • 연산자의 결합 방향 : 우 → 좌

  • 복합 대입 연산자

    수식실행 결과
    a += b;a = a + b; 와 동일
    • 이항 연산자와 대입 연산자를 결합
    • +=, -=, *=, /=, %=, <<=, >>= 등

관계 연산자

  • 관계 연산자

    수식(a = 10, b = -5)수식의 값
    a > btrue
    a == 5false
    • >, <, >=, <=, ==, ≠

논리 연산자

  • 논리 합 ||, 논리곱 &&, 부정 !

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

비트 단위 연산자

  • 비트 단위 논리 연산자

    수식(x = 0x35(0011 0101), y = 0xf0(1111 0000))수식의 값
    x | y0xf5 (1111 0101)
    x & y0x30 (0011 0000)
    x ^ y0xc5 (1100 0101)
    ~x0xca (1100 1010)
    • 논리 합 |, 논리곱 &, 배타적 논리 합 ^, 부정 ~

  • 비트 이동 연산자

    • 좌측 이동 (<<)

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        unsigned char x = 0b00011101; // 29
  unsigned char y = x << 2;

      • 우측 피연산자에 지정된 비트 수만큼 좌측 피연산자를 좌측으로 이동

        image

      • 우측의 비는 비트에는 0이 채워짐

    • 우측 이동 (>>)

      • 우측 피연산자에 지정된 비트 수만큼 좌측 피연산자를 우측으로 이동
      • signed 형에 대해서는 부호를 유지할 수 있도록 부호 비트가 좌측의 비는 비트에 채움(구현에 따라 다름)

조건 연산자

  • 유일한 3항 연산자

    수식 ( a = 10, b = 20, c = 30)수식의 값
    a > 0 ? b : c20
    • 조건 ? 값1 : 값2
      • 조건이 true이면 수식의 값은 값1, false이면 값2

자료형의 변환

묵시적 형 변환

  • 묵시적 형 변환 개요

    image

    • 두 값 사이의 연산에서는 우선순위가 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

명시적 형 변환

  • 형 변환 연산자

    image

    • static_cast
      • 연관된 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
      • const 지정을 일시 해제함

연습문제

  • Q1. 다음 중 부동소수점 표현방식의 수는?

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      1. 123
  2. 0x24
  3. 0123
  4. 123e4

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      4. 123e4
    
  1.은 10진수, 2.는 16진수, 3.은 8진수 정수(고정소수점)를 표현한 것이다. 
  4.의 e는 부동소수점 수의 지수부 값을 나타내기 위한 기호로 사용되므로 123.0×10^4을 나타내는 부동소수점 수이다.

  • Q2. 위 지문에서 문장의 결과 a에 저장되는 값은?

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      int x=5, y=2;
  double a, z=10.0;
  a = z + x / y;
    
  1. 7.5
  2. 12.0
  3. 12.5
  4. 7.0

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      2. 12.0
    
  x와 y는 int형이므로 x/y는 정수 연산이 이루어지며, 그 결과는 2이다. 
  이 값을 z의 10.0과 더하므로 결과는 12.0이다.

  • Q3. 위 지문의 프로그램에서 (가)와 (나)의 의미에 대한 설명으로 옳은 것은?

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      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)
  }
    
  1. (가)는 f(10)의 값을 컴파일할 때 계산한다.
  2. (가)는 프로그램 실행 중 f(10)을 호출하여 값을 계산한다.
  3. (나)는 f(a)의 값을 컴파일할 때 계산한다.
  4. (다)에서 c의 값을 변경할 수 있다.

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      1. (가)는 f(10)의 값을 컴파일할 때 계산한다.
    
  constexpr 함수는 모든 인수가 constexpr인 경우 컴파일할 때 값을 구할 수 있게 한다.

  • Q4. 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?

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      x &= y;
    
  1. 0x04
  2. 0xff
  3. 0xf0
  4. 0x0f

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      4. 0x0f
    
  위 수식은    x = x & y; 와 같다. 
  &는 비트단위 논리 곱 연산자이다. 
  어느 비트의 값이 a일 때 a & 0은 a의 값에 관계없이 0이다. 
  반면 a & 1은 a가 0이면 0, 1이면 1이다. 
  즉, a & 1은 a와 같다. 
  그러므로 x의 값에서 0으로 지우고 싶은 비트는 0, 그대로 두고 싶은 비트는 1이 y에 들어 있다면 x의 원하는 비트를 0으로 지울 수 있다. 
  하위 4비트는 변하지 않고 상위 4비트만 0으로 만들려고 하므로 y는 2진수 00001111, 즉 16진수 0x0f를 저장하고 있으면 된다.

  • Q5. 다음의 변수 선언문 중 오류가 있는 것은?

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      1. int a = 100;
  2. float b(20.0);
  3. int c = { 200 };
  4. int d{ 1.5 };

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      4. int d{ 1.5 };
    
  1.과 2.의 형식은 C++11 이전부터 사용되던 형식으로 필요하다면 묵시적 형 변환을 통해 변수가 초기화된다. 
  C++11에서 권장하는 3.이나 4.의 형식은 초깃값으로 사용된 수식에 대해 축소 형 변환이 일어나면 안 된다. 
  3.은 200이 int형이므로 올바르지만 4.는 1.5가 double이므로 int형 변수를 초기화하려면 축소 형 변환이 필요하여 오류이다.

  • Q6. 위 지문 중 소스 파일에서 변수의 값을 수정하지 않았을 경우 (가) 영역에서 사용할 수 있는 변수와 그 값을 모두 올바르게 나열한 것은?

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      int a;
  static int b{10};
    
  int f() {
      int c{20}, d{30};
      {
          int d{40};
          int e{50};
          ······
      }
       ······    // (가)
  }
    
  1. a:0, b:10, c:20, d:30
  2. c:20, d:30, e:50
  3. a:0, b:10, c:20, d:40, e:50
  4. a:0, c:20, d:30, e:50

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      1. 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 없다.


    </br>

학습 정리

  1. C++에서 사용하는 단어는 반드시 정해진 용도로 사용하도록 지정된 키워드와 프로그램 내에서 여러 가지 대상을 구분하기 위해 만드는 식별자가 있다.
  2. 문자, 정수, 참/거짓, 실수를 표현하는 기본 자료형과 복합 자료형을 사용할 수 있음
  3. 값을 저장하기 위해 사용하는 변수는 사용하기 전에 자료형과 이름을 미리 선언해야 함
  4. 블록 안에 선언된 변수는 소속된 블록에서만 사용할 수 있는 지역변수임
  5. const 한정어는 변수의 값을 변경할 수 없게 하며, constexpr 한정어는 변수나 함수의 값을 컴파일할 때 평가할 수 있게 할 수 있게함
  6. 지역 변수는 자동 유효기간, 전역 변수 및 정적 지역변수는 정적 유효 기간을 갖는다.
  7. 연산자는 산술, 논리, 관계, 비트 단위 논리, 대입 등의 처리를 하는 데 사용됨
  8. 서로 다른 자료형이 연산에 사용될 경우 우선순위가 높은 자료형으로, 대입 연산의 경우 값을 저장할 변수의 자료형으로 묵시적 형 변환이 일어남
  9. 형 변환 연산자를 이용하여 명시적으로 자료형을 변환할 수 있다.
Knou, C++ 프로그래밍
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