[C/C++] 07 - 01 함수와변수,함수인자심화학습

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[C/C++] 07 - 01 함수와변수,함수인자심화학습

지미닝 2022. 10. 25. 00:28

함수와 변수, 함수 인자 심화학습

✓ Comma Seperated Values

다양한 자료형과 연산 파트에서 CSV 형식의 문자열에서 값을 추출하여 연산을 수행하는 문제를 다루었는데 코드는 아래와 같았다.
근데 모두 음이 아닌 정수로 가정했다.
CSV 문자열에서 값을 하나씩 추출하는 기능을 개별 함수로 분리해보자.

#include <stdio.h>
int main(void)
{
	int i; // index
	int num=0, sum=0; // number
	char str[]="123,456,789";
	for(i=0;str[i];i++) {
		if (str[i] == ',') { // new number
			sum += num;
			num = 0;
		} else { // a digit
			num = num*10 + (str[i]-'0');
		}
	}
	sum += num;
	printf("Sum of all values in ");
	printf(" CSV[%s] : %d", str,sum);
	return 0;
}

int csv_get_value(char str[]);
- 함수는 호출 될 때 마다 str으로 전달되는 csv 문자열에서 정수 값을 앞에서부터 순차적으로 하나씩추출하여 return한다.
- 종료 조건이 필요함 → 더 이상 읽어들일 값이 없을 경우 -1을 return 한다.

✓ 함수와 automatic variable

#include <stdio.h>

int csv_get_value(char str[])
{
	int i=0; // index for str
	int num=0;
	
    if (i<0) return -1;
	
    while (str[i]>='0' && str[i]<='9') {
		num = num*10 + (str[i]-'0');
		i++;
	}
	if (!str[i]) i=-1; // str[i]=='\0'
	else i++; // str[i]==','

	return num;
}
int main(void)
{
	int num;
	char str[]="123,456,789";

	while ((num=csv_get_value(str))>=0)
		printf("%d\n",num);
	return 0;
}

CSV 문자열(배열)에 대한 index로 유효한 값은 0 이상

1을 0부터 +1씩 하며 값을 추출
문자열의 끝에 도달하면, 즉 index i로 접근하는 문자 값이 '\0'인 경우 i 값을 -1로 변경 (line 15)
index i의 값이 -1인 경우 문자열의 끝에 도달하였기에 이후 호출에는 -1을 return (line 8)
그런데 이 함수를 호출하면 csv 문자열의 첫번째 값인 123이 반복적으로 추출되며 프로그램이 종료하지 않음
그 이유는 변수 i는 함수가 호출될 때 생성되어 메모리가 할당되고 함수가 종료하면 사라지는 자동변수(automatic variable)로서 기존 값을 유지하지 못한 채 함수가 호출 될 때마다 다시 0으로 초기화 되기 때문이다.

※automatic variable -> static variable

#include <stdio.h>
// int i=0; // global variable
int csv_get_value(char str[])
{
    static int i=0; // index for str
    int num=0;
    
    if (i<0) return -1;
    
    while (str[i]>='0' && str[i]<='9') {
        num = num*10 + (str[i]-'0');
        i++;
	}
    
    if (!str[i]) i=-1; // str[i]=='\0'
    else i++; // str[i]==','
    
    return num;
}
int main(void)
{
    int num;
    char str[]="123,456,789";
    
    while ((num=csv_get_value(str))>=0)
    	printf("%d\n",num);
    return 0;
}

기존 함수 호출에서의 값을 그대로 유지하기 위해서는 해당 변수가 프로그램 수행 전체 시간 동안 유지되는 static 변수가 되어야 한다.
global variable는 static 변수로 프로그램 수행 전체 시간 동안 유지되므로 line 2에서와 같이 i를 전역 변수로 설정하는 것이 해결책의 하나일 수 있다. (그러나, 그렇게 되면 함수 간 의존성이 커져 논리적 오류 가능성이 높아져서 꼭 필요할 때만 쓰는 것 추천.)
전역 변수를 사용하지 않는 해결책은 line 5와 같이 기존 변수 i선언에 static을 덧붙이는 것이다. 이렇게 하면 변수 i는 지역 변수임에도 static 특성을 가진다. 결과적으로 변수가 기존의 값을 계속 유지한다.
static 변수 초기화는 1번만 이루어진다. 즉, line 5의 초기화가 매 함수 호출 시마다 이뤄지는 것은 아니다.

✓ 변수의 속성 정리

변수: 값/데이터 저장하는 데 사용되는 기억 장소/메모리 공간
변수의 속성
- Identifier → 식별자(Identifier)를 가진다.
  - 코드에서 변수에 접근하기 위해서는 identifier를 알고 사용할 수 있어야 한다
- Value → 값을 가진다.
  - 코드에서 변수의 Identifier를 이용하여 값을 읽어오거나 변화시킬 수 있다
- Type → 자료형을 가진다.
  - 메모리에 저장된 이진 데이터를 어떻게 해석할지를 결정하는 자료형을 가진다
- Memory size → 값을 저장하기 위해 특정 크기의 메로리 공간을 가진다.
  - 자료형에 따라 필요한 메모리 공간의 크기가 다르다
  - sizeof()연산자로 변수가 가지는 메모리 공간의 크기 값을 알아올 수 있다
- Scope → 코드 내에서 변수의 이름이 유효한 범위가 있다.
  - 지역 변수 (Local Variable) - 변수의 유효 범위가 변수가 선언된 함수/블록 내로 제한되는 변수
  - 전역 변수 (Global Variable) - 변수의 유효 범위가 변수가 선언된 파일 또는 프로그램 전체인 변수
- Lifetime/extent → 변수가 유지되는 시간이 있다
  - 정적 변수 (Static Variable) - 프로그램 시작 시 변수가 생성되어 (메모리가 할당되어) 프로그램 종료 때까지 유지되는 변수, 모든 전역 변수는 정적 변수이다. static 지시자를 덧붙인 변수도 정적 변수기 된다
  - 자동 변수 (Automatic Variable) - 함수가 호출될 때 생성되어 메모리가 할당되고 종료하면 사라지는 변수이다. static이 덧붙여지지 않을 경우 지역 번수는 자동 변수이다
- Address → 메모리 공간에 대한 주소를 가진다.
  - CPU는 메모리에 접근하기 위해서는 주소가 필요하다 → 변수는 메모리 주소를 가진다.

함수 호출 시 배열 크기 전달 방법 ①

#include <stdio.h>
int sum_w_size(int nums[], int size)
{
    int i, sum=0;
    for (i=0;i<size;i++)
        sum += nums[i];
    return sum;
}
int main(void)
{
    int array1[3] = {1,2,3};
    int array2[5] = {3,5,7,1,9};
    int array3[] = {1,9,2,8,3,7};
    
    int s1, s2, s3;
    
    s1 = sum_w_size(array1,3);
    s2 = sum_w_size(array2,5);
    s3 = sum_w_size(array3,
    	sizeof(array3)/sizeof(int));
    
    printf("Sum of Arrary1:%d\n", s1);
    printf("Sum of Arrary2:%d\n", s2);
    printf("Sum of Arrary3:%d\n", s3);
    return 0;
    }

배열 관련 함수 작성 시 고려 사항

배열을 대상으로 하는 함수의 경우 배열의 크기, 또는 값이 유효한 마지막 배열 요소의 index 값을 알아야 하는 경우가 많다
이를 위해 함수 호출 시 배열의 크기를 인자로서 명시적으로 알려주는 접근이 있을 수 있다
또 다르 방법은 묵시적 방법인데 배열의 끝, 또는 유효한 마지막 원소 다음에 끝을 알릴 수 있는 특별한 값을 가지는 원소를 추가함으로써 배열의 크기를 알릴 수 있다. 마지막에 NULL문자 ('\0')을 덧붙이는 문자열은 이러한 접근을 택한 대표적 예이다.

integer 배열의 합을 구하는 함수

작성한 함수는 다양한 크기의 integer 배열의 합을 계산하고자 한다
배열의 원소 값은 모두 음이 아닌 정수라고 가정한다
sum_w_size()함수는 배열의 크기를 인자 size를 통해 명시적으로 전달하는 함수이다.

integer 함수 호출 시 배열 크기 정보 전달 방법 ②

include <stdio.h>
#define END_MARK -1
int sum_w_endmark(int nums[])
{
    int i=0, sum=0;
    while (nums[i] != END_MARK)
    	sum += nums[i++];
    return sum;
}
int main(void)
{
    int array1[4] = {1,2,3,END_MARK};
    int array2[6] = {3,5,7,1,9,END_MARK};
    int array3[] = {1,9,2,8,3,7,END_MARK};
    
    int s1, s2, s3;
    
    s1 = sum_w_endmark(array1);
    s2 = sum_w_endmark(array2);
    s3 = sum_w_endmark(array3);
    
    printf("Sum of Arrary1:%d\n", s1);
    printf("Sum of Arrary2:%d\n", s2);
    printf("Sum of Arrary3:%d\n", s3);
    
    return 0;
}

sum_w_endmark()는 유효한 마지막 원소 다음에 끝을 알리는 특별한 값을 가지는 원소를 추가하여 배열의 크기를 알리는 접근법을 택한 함수다.
배열의 크기를 알 필요가 없고 별도의 크기 정보 전달을 위한 인자가 필요없다는 것이 장점이다.
유효한 값은 음이 아닌 정수이며 END_MARK 값으로는 -1을 사용한다. (line 2)
line 12, 13, 14에 보이듯 함수 호출에 사용할 배열 마지막에 END_MARK원소를 추가하였다. 이에 따라 배열의 크기도 원소 하나만큼 커진다.

C 함수 특성 이해: Call by Value Revisited

C의 매개 변수 전달 방법

함수 호출 시 ( )안의 변수 또는 expression 값이 매개변수로 복사 됨
변수 자체가 함수로 전달되는 것이 아님
이런 함수 호출 방식을 "Call by Value"라고 하며 C언어의 중요한 특징임
함수 내에서 매개변수의 값이 변하더라도 함수 호출 시 사용한 변수에는 변화가 없음 !!!
함수 호출 시 사용한 변수의 예기치 않은 변화를 방지하여 보호함

Call by Value의 한계

구현하려는 함수가 함수 호출을 통해 호출 시 사용한 변수의 변화를 필요로 한 경우
예를 들어 a와 b의 값을 서로 교환(swap)하는 swap()함수 구현을 시도해보자!

C 함수 특성 이해: 전달하려는 결과가 여럿인 경우

C함수에서는 return 값을 통해 하나의 값만을 결과로 전달할 수 있다

함수를 통해 획득한 하나 이상의 결과를 전달하고자 할 때는 어떻게 하는가? (가령, 정수 a,b를 입력받고 합과 곱을 결과로 돌려주려면 return 만으로는 부족하다.

=> 이것은 Call by Value 방식의 매개 변수 전달 방식으로 구현할 수 없다. -> 포인터가 해결책이다!

C함수 특성 이해: 배열이 인자인 함수

앞서 C함수는 Call by Value 특성으로 함수 호출에 쓰인 변수가 함수 호출에 의해 값이 변하지 않는 것이 특징이라고 설명하였다.

sum_w_endmark2()함수는 앞서 소개한 sum_w_endmark()를 일부 수정한 것으로 line 8 에서 num[i]의 값을 END_MARK로 변경한다.

Call by Value 특성을 감안하면 line 21의 함수 호출에서 쓰인 변수 array1[]의 값은 함수 호출로 인해 값이 바뀌지 않아야 한다.

실행 결과는 array1[]의 값은 바뀐다는 것을 알 수 있다. -> 이것도 포인터를 공부해야함.

요약

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