00_03.StructsAndUnions
C언어에서는 int x = 0;, float y = 0.0f와 같이 단 하나의 값을 저장할 수 있는 변수도 있지만, 여러 개의 값을 저장할 수 있는 변수도 있다. 여기에 해당하는 변수가 바로 배열 (array)과 구조체 (structure) 변수이다. 배열은 같은 종류의 자료형을 가진 여러 값의 집합을 의미하며, 가장 많이 사용되는 대표적인 자료 구조 (data structure)이다.
이제 int형의 값 10개를 저장할 수 있는 배열을 만들어보자.
#include <stdio.h>
/*
배열의 길이는 반드시 `#define`를 사용하여 정의해야
나중에 프로그램을 수정해야 할 때 편하다.
`int values[10];` 멈춰!!!
*/
#define N 10
int main(void) {
// 배열의 길이가 `N`인 배열을 생성한다.
int values[N];
// 배열의 모든 원소를 `-1`로 초기화한다.
for (int i = 0; i < N; i++)
values[i] = -1;
// 배열의 모든 원소를 출력한다.
for (int i = 0; i < N; i++)
printf("values[%d]: %d\n", i, values[i]);
return 0;
}이제 배열을 선언과 동시에 초기화하는 방법에 대해 알아보자.
#include <stdio.h>
// 배열의 길이를 나타내는 매크로 상수.
#define N 5
int main(void) {
/*
배열을 선언과 동시에 초기화할 때 초기화 배열의 길이가
실제 배열의 길이보다 짧을 경우, 나머지 원소의 값은
0이 된다.
즉, `int values[N] = { 1, 2, 3, 0, 0 };`과 같은 뜻!
*/
int values[N] = { 1, 2, 3 };
// 배열의 모든 원소를 출력한다.
for (int i = 0; i < N; i++)
printf("values[%d]: %d\n", i, values[i]);
return 0;
}C99부터는 특정 원소만을 선택해서 값을 지정할 수 있게 되었다.
#include <stdio.h>
// 배열의 길이를 나타내는 매크로 상수.
#define N 5
int main(void) {
// 첫 번째 원소와 세 번째 원소만을 초기화한다.
int values[N] = { [0] = 1, [2] = 3 };
// 배열의 모든 원소를 출력한다.
for (int i = 0; i < N; i++)
printf("values[%d]: %d\n", i, values[i]);
return 0;
}일반적으로 배열의 크기는 배열의 자료형이 T고 배열의 길이가 N일 때, N * sizeof(T)가 된다. 따라서, int values[10];이라는 배열이 있다면, 이 배열의 크기는 10 * sizeof(int)가 되는 것이다. 이를 통해, 배열의 길이는 sizeof(values) / sizeof(T), 즉 sizeof(values) / sizeof(values[0])이 됨을 알 수가 있다.
구조체 (structure)는 다양한 종류의 자료형을 가진 여러 값의 집합을 의미하며, 배열만큼 자주 사용되는 자료 구조이다. 자료형의 각 원소는 멤버 (member) 또는 멤버 변수 (member variables)라고 하며, 각 원소는 배열처럼 인덱스로 접근하는 대신 그 원소의 이름으로 접근한다.
#include <stdio.h>
/* 원을 나타내는 구조체. */
struct circle {
int x, y; // 원의 중심점.
int radius; // 원의 반지름.
}; // 제발!!! 구조체 선언할 때 세미콜론 빼먹지 마!!!
/* 직사각형을 나타내는 구조체. */
struct rectangle {
int x, y; // 직사각형의 시작점.
int width, height; // 직사각형의 가로 및 세로 길이.
};
int main(void) {
// 이름이 없는 구조체의 변수를 생성한다.
struct /* 오잉? 이름이 없네? */ {
int value;
} s;
// `circle` 구조체 변수를 생성한다.
struct circle c = { 0, 0, 7 };
/*
`r.width`를 제외한 나머지 원소는 자동으로 0으로
초기화된다. (C99 표준의 'Designated Initializers')
*/
struct rectangle r = { .width = 10, .height = 8 };
// `s.value`의 값을 변경한다.
s.value = -1;
// `c`의 반지름을 출력한다.
printf("c.radius: %d\n", c.radius);
// `r`의 시작점 좌표를 출력한다.
printf("r.x: %d\n", r.x);
printf("r.y: %d\n", r.y);
return 0;
}typedef라는 키워드를 사용하면 구조체에 또다른 이름을 붙일 수 있다.
#include <stdio.h>
/* 원을 나타내는 구조체. */
typedef struct circle {
int x, y; // 원의 중심점.
int radius; // 원의 반지름.
} Circle; // 이제 `struct circle`을 `Circle`이라고 쓸 수 있다!
int main(void) {
// `circle` 구조체 변수를 생성한다.
Circle c = { 0, 0, 7 };
// `c`의 반지름을 출력한다.
printf("c.radius: %d\n", c.radius);
return 0;
}유니온 (union)은 구조체와 비슷하게 다양한 종류의 자료형을 가질 수 있는 자료형이지만, 각 멤버에 공간을 따로 할당해주는 구조체와는 다르게 유니온의 모든 멤버는 하나의 공간을 같이 사용하며, 유니온의 크기는 유니온에서 가장 큰 원소의 크기가 된다. 이게 무슨 뜻이냐면... 아래 코드에서 sizeof(union u)는 sizeof(int) 또는 sizeof(float) 중에서 더 큰 값이 된다는 뜻이다.
/* `int`형 값 또는 `float`형 값을 저장할 수 있는 유니온. */
union u {
int i;
float f;
};유니온은 주로 어떤 자료형인지 확실히 알 수 없는 단 하나의 값을 저장할 때 사용하거나, 저수준 또는 임베디드 프로그래밍 (low-level/embedded programming)에서 비트와 바이트 관련 연산을 할 때 사용된다.
#include <stdio.h>
/* 실수 (real number)를 나타내는 구조체. */
typedef struct {
unsigned char type; // 저장된 값의 종류.
union { // 구조체에 저장된 값.
int i;
float f;
};
} Real;
int main(void) {
/*
`x.type`가 0이면 정수이고, 1이면 실수를
나타낸다고 가정하자.
*/
Real x = { .type = 0 };
printf("sizeof(x): %lu\n\n", sizeof(x));
// `x.i`와 `x.f`의 값을 둘 다 변경한다.
x.i = 10;
printf("x.i의 값은 %d이다.\n", x.i);
printf("x.f의 값은 %f이다.\n\n", x.f);
x.type = 1;
// `x.i`와 `x.f`의 값을 둘 다 변경한다.
x.f = 7.77;
printf("x.i의 값은 %d이다.\n", x.i);
printf("x.f의 값은 %f이다.\n", x.f);
return 0;
}열거형 (enumeration)은 서로 관련이 있는 여러 상수 값의 집합이다. 우리가 픽셀 그래픽의 RPG 게임을 만든다고 생각해보자. 우리가 캐릭터를 움직일 때는 땅이나 잔디처럼 지나다닐 수 있는 곳도 있지만, 벽이나 물처럼 지나갈 수 없는 곳도 존재한다.
이것을 열거형으로 나타내면 다음과 같다.
/* 게임 맵의 타일 종류를 나타내는 열거형. */
enum tile_type {
GROUND, // 그냥 땅.
GRASS, // 그냥 잔디.
WATER, // 그냥 물.
WALL // 그냥 벽.
};
typedef enum tile_type TileType;
/* ... */
// enum tile_type mool = WATER;
TileType mool = WATER;열거형의 값은 별도의 값이 정해져 있지 않으면 0부터 시작한다. 즉, GROUND는 0, GRASS는 1, WATER는 2가 되고, WALL은 3이 되는 것이다. 이제 유니온의 마지막 예제 프로그램을 열거형을 사용해 다시 작성해보자.
#include <stdio.h>
/* `Real` 구조체에 저장된 값의 종류를 나타내는 열거형. */
typedef enum {
INTEGER, // 정수 값.
FLOATING_POINT // 부동 소수점 값.
} RType;
/* 실수 (real number)를 나타내는 구조체. */
typedef struct {
RType type; // 저장된 값의 종류.
union { // 구조체에 저장된 값.
int i;
float f;
};
} Real;
int main(void) {
/*
`x.type`가 0이면 정수이고, 1이면 실수를
나타낸다고 가정하자.
*/
Real x = { .type = INTEGER };
printf("sizeof(x): %lu\n\n", sizeof(x));
// `x.i`와 `x.f`의 값을 둘 다 변경한다.
x.i = 10;
printf("x.i의 값은 %d이다.\n", x.i);
printf("x.f의 값은 %f이다.\n\n", x.f);
x.type = FLOATING_POINT;
// `x.i`와 `x.f`의 값을 둘 다 변경한다.
x.f = 7.77;
printf("x.i의 값은 %d이다.\n", x.i);
printf("x.f의 값은 %f이다.\n", x.f);
return 0;
}