main이라는 함수는 프로그램의 시작점으로써 실행 버튼을 클릭하는 것과 같다.
printf는 출력을 담당하는 함수이며, 사용하기 위해서는 stdio.h 라이브러리가 필요하다.
정확히 말하면 stdio.h는 헤더 파일로 C언어로 작성되어 있으며 파일명이 .h로 끝나는 파일이다.
이 파일에는 printf 함수의 프로토타입이 있어서 Clang 컴파일러가 프로그램을 컴파일할때 printf가 무엇인지 알려주는 역할을 한다.
코드를 clang hello.c로 컴파일하고 ./a.out 명령으로 프로그램을 실행할 때 이 과정은 컴퓨터가 이해하는 0과 1로 가득찬 파일 a.out을 생성하여 실행 가능하게 한다.
만약 a.out과 다른 이름(hello)으로 컴파일을 하고 싶다면 clang -o hello hello.c 라는 명령행 인자를 추가해야줘야 한다.
이 처럼 CS50 라이브러리를 사용한 프로그램을 컴파일 할때는 clang에 또 하나의 프로그램(-lcs50)이 있어야 clang이 실행된다. 이는 clang에게 CS50 라이브러리에 있는 모든 0과 1들을 여기에 연결하라는 의미이며, 더 간단하게는 make 프로그램을 이용하여 모든 컴파일 과정을 자동으로 처리 할 수 있다.
make나 clang을 사용해서 프로그램을 실행할 때 아래 네 개의 단계를 거친다.
- 전처리
- 컴파일링
- 어셈블링
- 링킹
전처리
컴파일의 전체 과정 중 첫 번째 단계는 전처리인데, 전처리기에 의해 수행된다.
# 으로 시작되는 C 소스 코드는 전처리기에게 실질적인 컴파일이 이루어지기 전에 무언가를 실행하라고 알려준다.
예를 들어, #include는 전처리기에게 다른 파일의 내용을 포함시키라고 알려준다.
프로그램의 소스 코드에 #include 와 같은 줄을 포함하면, 전처리기는 새로운 파일을 생성하는데 이 파일은 여전히 C 소스 코드 형태이며 stdio.h 파일의 내용이 #include 부분에 포함된다.
컴파일
전처리기가 전처리한 소스 코드를 생성하고 나면 그 다음 단계가 컴파일 단계이다.
컴파일러라고 불리는 프로그램은 C 코드를 어셈블리어라는 저수준 프로그래밍 언어로 컴파일한다.
어셈블리는 C보다 연산의 종류가 훨씬 적지만, 여러 연산들이 함께 사용되면 C에서 할 수 있는 모든 것들을 수행할 수 있다.
C 코드를 어셈블리 코드로 변환시켜줌으로써 컴파일러는 컴퓨터가 이해할 수 있는 언어와 최대한 가까운 프로그램으로 만든 것이다.
컴파일이라는 용어는 소스 코드에서 오브젝트 코드로 변환하는 전체 과정을 통틀어 일컫기도 하지만, 구체적으로 전처리한 소스 코드를 어셈블리 코드로 변환시키는 단계를 말하기도 한다.
어셈블
소스 코드가 어셈블리 코드로 변환되면, 다음 단계인 어셈블 단계로 어셈블리 코드를 오브젝트 코드로 변환시키는 것이다.
컴퓨터의 중앙처리장치가 프로그램을 어떻게 수행해야 하는지 알 수 있는 명령어 형태인 연속된 0과 1들로 바꿔주는 작업이다.
이 변환작업은 어셈블러라는 프로그램이 수행한다. 소스 코드에서 오브젝트 코드로 컴파일 되어야 할 파일이 딱 한 개라면, 컴파일 작업은 여기서 끝이 나지만, 그렇지 않은 경우에는 링크라 불리는 단계가 추가된다.
링크
만약 프로그램이 (math.h나 cs50.h와 같은 라이브러리를 포함해) 여러 개의 파일로 이루어져 있어 하나의 오브젝트 파일로 합쳐져야 한다면 링크라는 컴파일의 마지막 단계가 필요하다.
링커는 여러 개의 다른 오브젝트 코드 파일을 실행 가능한 하나의 오브젝트 코드 파일로 합쳐준다.
예를 들어, 컴파일을 하는 동안에 CS50 라이브러리를 링크하면 오브젝트 코드는 GetInt()나 GetString() 같은 함수를 어떻게 실행할 지 알 수 있게 된다.
이 네 단계를 거쳐 최종적으로 실행 가능한 파일이 완성된다.
버그와 디버깅
버그(bug)는 코드에 들어있는 오류이며 버그로 인해 프로그램의 실행에 실패하거나 프로그래머가 원하는 대로 동작하지 않게 된다.
디버깅(debugging)은 코드에 있는 버그를 식별하고 고치는 과정이며 프로그래머는 디버거라고 불리는 프로그램을 사용하여 디버깅을 하게 된다.
디버거는 프로그램을 특정 행에서 멈출 수 있게 해주는데, 프로그래머는 멈춰진 그 지점에서 무슨 일이 일어나는지 볼 수 있다.
또한 프로그래머가 프로그램을 한번에 한 행씩 실행할 수 있게 해주어 프로그램이 내리는 모든 결정들을 단계별로 따라갈 수 있게 된다.
메모리
C에는 여러 자료형이 있고, 각 자료형은 서로 다른 크기의 메모리를 차지한다.
컴퓨터 안에는 RAM 이라는 물리적 칩이 메모리 역할을 한다.
여러개의 노란 사각형이 메모리를 의미하고 작은 사각형 하나가 1 바이트를 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
#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);
}배열은 같은 자료형의 데이터를 메모리상에 연이어서 저장하고 이를 하나의 변수로 관리하기 위해 사용된다.
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.
전역변수
#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);
}scores 배열의 크기를 정해주는 N이라는 변수를 새로 선언하여 코드 전반에 거쳐 바뀌지 않는 값임을 지정해줄 수 있다.
관례적으로 이런 전역 변수의 이름은 대문자로 표기 .
scores의 크기로 전역 변수를 선언하였기 때문에 점수 개수가 바뀌었을때 수정해야 하는 코드가 줄어들지만 여전히 일일이 배열의 인덱스마다 점수를 지정해줘야 하는 불편함이 있다.
배열의 동적 선언 및 저장
#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;
}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.
문자열과 배열
우리가 여지껏 사용한 문자열(string) 자료형의 데이터는 사실 문자(char) 자료형의 데이터들의 배열이다.
string s = “HI!”; 에서 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 문자이며, 단순히 모든 비트가 0인 1바이트를 의미한다.
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 있어 출력하는 것은 문자열이 아닌 문자이다.
여기서는 각 이름의 두번째 문자를 출력하고자 한다면, 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 본다면,
간단하게 for 루프를 통해 문자열의 인덱스를 하나씩 증가시켜가면서 해당하는 문자를 출력하고 문자열의 끝은 인덱스의 문자가 널 종단 문자, 즉 ‘\0’와 일치한다면 종료한다.
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 있어, 문자열 s의 길이를 저장하고, 해당 길이 만큼만 for 루프를 순환한다.
따라서 일일이 널 종단 문자를 검사하는 것 보다 훨씬 효율적이게 된다.
문자열 탐색 및 수정
사용자로부터 문자열을 입력받아 대문자로 바꿔주는 프로그램은 다음과 같다.
#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 즉, 소문자인지를 확인한다.
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 할 수 있습니다.
#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");
}명령행 인자
#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");
}
}우리가 여태껏 많이 사용해온 main도 그 형태를 보면 하나의 함수임을 알 수 있다.
main() 안에 argc, argv 가 입력될 수 있는데, 여기서 첫번째 변수 argc는 main 함수가 받게 될 입력의 개수이다.
그리고 argv[]는 그 입력이 포함되어 있는 배열이다.
프로그램을 명령행에서 실행하므로, 입력은 문자열로 주어지므로 argv[]는 string 배열이 된다.
argv[0]는 기본적으로 프로그램의 이름으로 저장되어 있고, 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.
