[C] C언어 변수와 자료형 그리고 오버플로우

본 포스팅은 학교에서 수업을 듣고 정리한 내용입니다.

변수

변수는 프로그램에서 일시적으로 데이터를 저장하는 공간이다. 변수는 데이터가 입력되면 어딘가에 저장해야하만 다음에 사용할 수 있기에 필요하다.

 

변수와 상수

변수(variabel) : 저장된 값이 변경이 가능한 공간

 

상수(constant) : 저장된 값이 변경이 불가능한 공간

Ex)

/* 원의 면적을 계산하는 프로그램 */
#include <stdio.h>
int main(void)
{

	float radius;	// 원의 반지름
	float area;		// 원의 면적
	
	printf("원의 면적을 입력하시요:");
	scanf("%f", &radius);

	area = 3.141592 * radius * radius;
	printf("원의 면적: %f \n", area);

	return 0;
}

 

자료형

자료형(Data Type) : 데이터의 종류 

short, int, long <- 정수형 데이터

double, float <- 실수형 데이터

char : 문자형 데이터

 

다양한 자료형이 필요한 이유

상자에 물건을 저장하는 것과 같다.

물건이 상자보다 크면 들어가지 않는 것과 마찬가지로 주어진 데이터가 자료형에 맞지 않는다면 들어가지 않으며, 물건이 상자보다 작다면 공간이 낭비되는 것 과 같이 자료형이 데이터보다 더 크다면 공간이 낭비될 것이다.

 

자료형의 크기를 보는 코드 예제

#include <stdio.h>

int main(void)
{
	int x;
	printf(“변수 x의 크기: %d\n”, sizeof(x));
	printf(“char형의 크기: %d\n”, sizeof(char));
	printf(“int형의 크기: %d\n”, sizeof(int));
	printf(“short형의 크기: %d\n”, sizeof(short));
	printf(“long형의 크기: %d\n”, sizeof(long));
	printf(“long long형의 크기: %d\n”, sizeof(long long));
	printf(“float형의 크기: %d\n”, sizeof(float));
	printf(“double형의 크기: %d\n”, sizeof(double));
	return 0;
}

위 코드 실행 결과

 

정수형 자료

short(16비트, 2바이트) <= int(32비트, 4바이트) <= long(32비트, 4바이트) <= long long(64비트, 8바이트)

 

정수형 표

short grade;		// short형의 변수를 생성한다. 
int count;		// int형의 변수를 생성한다. 
long distance;	// distance형의 변수를 생성한다.

 

정수형 자료형의 크기를 계산하는 프로그램

/* 정수형 자료형의 크기를 계산하는 프로그램*/ 
#include <stdio.h> 

int main(void) 
{ 
        short year = 0;              // 0으로 초기화한다. 
        int sale = 0;                 // 0으로 초기화한다. 
        long total_sale = 0;         // 0으로 초기화한다.
        long long large_value; 

        year = 10;                    // 약 3만2천을 넘지 않도록 주의 
        sale = 200000000;           // 약 21억을 넘지 않도록 주의 
        total_sale = year * sale;  // 약 21억을 넘지 않도록 주의 
         
        printf("total_sale = %d \n", total_sale); 

         return 0; 
}

 

signed, unsigned 수식자

unsigned

• 음수가 아닌 값만을 나타냄을 의미
• unsigned int

signed

• 부호를 가지는 값을 나타냄을 의미

unsigned int    speed;	// 부호없는 int형 
unsigned    distance;	// unsigned int distance와 같다.
unsigned short    players;	// 부호없는 short형
unsigned long   seconds;	// 부호없는 long형

 

오버플로우(overflow)

변수가 나타낼 수 있는 범위를 넘는 수자를 저장하려고 할 때 발생

#include <stdio.h>
#include <limits.h>

int main(void)
{
	short s_money = SHRT_MAX;		// 최대값으로 초기화한다. 32767
	unsigned short u_money = USHRT_MAX; 	// 최대값으로 초기화한다. 65535

	s_money = s_money + 1; // 오버플로우 발생
	printf("s_money = %d", s_money);

	u_money = u_money + 1; // 오버플로우 발생
	printf("u_money = %d", u_money);
	return 0;
}

 

정수 상수

• 숫자를 적으면 기본적으로 int형이 된다. sum = 123
• 상수의 자료형을 명시하려면 다음과 같이한다. sum = 123L
• u또는 U는 unsigned int
• l 또는 L은 long
• ul 또는 UL은 unsigned long

 

10진법, 8진법, 16진법

/* 정수 상수 프로그램*/ 
#include <stdio.h> 

int main(void) 
{ 
       int x = 10;   // 10은 10진수이고 int형이고 값은 십진수로 10이다. 
       int y = 010;  // 010은 8진수이고 int형이고 값은 십진수로 8이다. 
       int z = 0x10; // 010은 16진수이고 int형이고 값은 십진수로 16이다. 
       printf("x = %d", x);
       printf("y = %d", y);
       printf("z = %d", z);

       return 0; 
}

 

기호 상수

• 기호상수(symbolic constant) : 기호를 이용하여 상수를 표현한 것
• 가독성이 높아지며, 값을 쉽게 변경할 수 있다.

#include <stdio.h>
#define TAX_RATE  0.2 // 기호상수

int main(void)
{
	const int MONTHS = 12;	// 기호 상수
	int m_salary, y_salary;	// 변수 선언

	printf( "월급을 입력하시요: ");	// 입력 안내문
	scanf("%d", &m_salary);
	y_salary = MONTHS * m_salary;	// 순수입 계산
	printf("연봉은 %d입니다.",  y_salary);
	printf("세금은 %f입니다.",  y_salary*TAX_RATE);

	return 0;
}

 

정수 표현 방법

컴퓨터에서 정수는 이진수 형태로 표현되고 이진수는 전자 스위치로 표현된다.

 

양수

• 십진수를 이진수로 변환하여 저장하면 된다.

음수

• 보통은 첫번째 비트를 부호 비트로 사용한다.

 

컴퓨터는 덧셈만 할 수 있다.

• 컴퓨터는 회로의 크기를 줄이기 위하여 덧셈 회로만 가지고 있다.
• 뺄셈은  덧셈으로 변화하여 사용한다.
• 3-3 = 3+(-3)

/* 2의 보수 프로그램*/ 
#include <stdio.h> 

int main(void) 
{ 
        int x = 3; 
        int y = -3; 

        printf("x = %08X\n", x);           // 8자리의 16진수로 출력한다. 
        printf("y = %08X\n", y);           // 8자리의 16진수로 출력한다. 
        printf("x+y = %08X\n", x+y);      // 8자리의 16진수로 출력한다. 

        return 0; 
}

 

부동 소수점형

컴퓨터에서 실수는 부동소수점형으로 표현

• 소수점이 떠서 움직인다는 의미
• 과학자들이 많이 사용하는 과학적 표기법과 유사

실수를 표현하는 방법

1. 고정 소수점 방식
   • 정수 부분을 위하여 일정 비트를 할당하고 소수 부분을 위하여 일정 비트를 할당
   • 전체가 32비트이면 정수 부분 16비트, 소수 부분 16비트 할당
   • 과학과 공학에서 필요한 아주 큰 수를 표현할 수 없다.
2. 부동 소수점 방식
   1. 표현할 수 있는 범위가 대폭 늘어난다.
   2. 10^-38 ~ 10^38

/* 부동 소수점 자료형의 크기 계산*/ 
#include <stdio.h> 
int main(void) 
{ 
        float x = 1.234567890123456789; 
        double y = 1.234567890123456789; 

        printf("float의 크기=%d\n", sizeof(float)); 
        printf("double의 크기=%d\n", sizeof(double)); 

        printf("x = %30.25f\n",x); 
        printf("y = %30.25f\n",y); 
	  return 0;
}

 

부동 소수점의 오버플로우

#include <stdio.h> 

int main(void) 
{ 
  float x = 1e39; 
  printf("x = %e\n",x); // x = 1.#INF00e+000

}

 

부동 소수점의 언더플로우

#include <stdio.h> 

int main(void) 
{ 
        float x = 1.23456e-38; 
        float y = 1.23456e-40; 
        float z = 1.23456e-46; 	

        printf("x = %e\n",x); 
        printf("y = %e\n",y); 
        printf("z = %e\n",z); 
} 

/*
x = 1.234560e-038 
y = 1.234558e-040 
z = 0.000000e+000 
*/

 

부동소수점형 사용시 주의 사항

오차가 있을 수 있다.

부동소수점 연산에서는 오차가 발생한다.

아래 코드에서는 5.0이 아니라 0으로 계산한다.

#include <stdio.h> 

int main(void) 
{ 
        double x; 

        x = (1.0e20 + 5.0)-1.0e20;  
        printf("%f \n",x); 
        return 0; 
}

 

문자형

• 문자는 컴퓨터보다는 인간에게 중요
• 문자도 숫자를 이용하여 표현
• 공통적인 규격이 필요 -> 아스키 코드(ASCII : American Standard Code for Information Interchange)
• 아래는 아스키 코드의 일부

char 형을 사용하여 문자를 저장한다.

char code;
code = ‘A’;

/* 문자 변수와 문자 상수*/ 
#include <stdio.h> 

int main(void) 
{ 
        char code1 = 'A';    // 문자 상수로 초기화 
        char code2 = 65;     // 아스키 코드로 초기화 

        printf(“code1 = %c\n", code1); 
        printf(“code2 = %c\n", code2); 
}

 

1과 '1'의 차이점은?

1은 정수이고 '1'은 문자를 나타낸다.

 

 

제어 문자

출력 목적이 아니라 제어 목적으로 사용되는 문자들

Ex) 줄바꿈, 탭, 벨소리, 백스페이스

#include <stdio.h>
int main()
{
       int id, pass;

       printf("아이디와 패스워드를 4개의 숫자로 입력하세요:\n");

       printf("id: ____ \b\b\b\b");
       scanf("%d", &id);

       printf("pass: ____ \b\b\b\b");
       scanf("%d", &pass);
       printf(“\a입력된 아이디는 \”%d\”이고 패스워드는 \”%d\”입니다.", id, pass);

       return 0;
}

아이디와 패스워드를 4개의 숫자로 입력하세요:
id: 1234
pass: 5678
입력된 아이디는 "1234"이고 패스워드는 "5678"입니다.

#include <stdio.h>

int main()
{
	char code = 'A';
	printf("%d %d %d \n", code, code+1, code+2); // 65 66 67이 출력된다.
	printf("%c %c %c \n", code, code+1, code+2); // A B C가 출력된다.
	return 0;
}

/*
65 66 67
A B C
*/