6.2 포인터 선언과 초기화     [doc]     [smts]

 포인터의 선언은 다음과 같이 한다.

 이전에 #define문을 이용한 상수의 정의를 살펴보았는데 이번에는 매크로(macro)를 정의하는 방법에 대해서 알아보겠다. 매크로는 함수와 외형 및 동작하는 방식이 비슷해 보이지만 내부적으로는 크게 다른 방식으로 동작한다.

 매크로는 #define문으로 정의되는데 프로그램 중간에서 정의된 이름을 만나면 해당하는 매크로 코드로 치환된다. 예를 들어서 다음과 같이 매크로를 정의한다.

이제 프로그램 중간에 pow3(2) 라고 쓰면 그 명령어가 통채로 2*2*2으로 대체되게 된다. 만약 pow(iA)라고 쓰면 iA*iA*iA로 바뀐다. 외형상 2이라는 숫자나 iA와 같은 변수를 매크로에 x로 인자로 넘길 수 있게 되므로 마치 함수 같아 보이지만 동작 방식은 전혀 다른 것이다.

여기서 ❶, ❷, ❸번 줄을 보면 매크로를 마치 함수를 호출하듯이 사용하고 있으나, 사실은 컴파일하기 전에 프로그램을 다음과 같이 단순 치환하여 변형한 것이 불과하다.

따라서 함수의 호출과는 동작하는 방식이 전혀 다른 것이다.

 매크로의 인수로는 두 개 이상도 사용가능하다. 다음 예는 두 수들 중에서 작은 수를 찾아주는 매크로이다.

 매크로는 단순치환이기 때문에 다음과 같은 경우를 주의해야 한다. 다음 예에서 세 숫자의 곱으로 치환하는 매크로를 예로 들어보았다.

❶과 같이 매크로를 정의했다면 ❸은 다음과 같이 치환된다.

따라서 의도하지 않은 엉뚱한 계산결과가 nD1변수에 저장되게 된다. 즉, 매크로는 정의된 그대로 치환을 하기 때문에 이와 같은 오류가 발생하는 것이다. 이를 방지하려면 ❷와 같이 각각의 인수에 괄호( )를 쳐주면 된다. 그러면 ❹는 다음과 같이 의도한 대로 치환된다.

이로서 의도한 계산 결과를 얻을 수 있다. 전체 실행 결과는 다음과 같다.

매크로는 함수로 작성하기에는 다소 간단한 기능을 구현하는데 자주 사용된다. 하지만 매크로를 사용할 때에는 위와 같이 문제가 발생할 소지가 있으므로 보통 인수로 사용하는 변수에는 괄호를 꼭 붙여서 사용해야함에 주의해야 한다.

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c{c++},n{c000x}

 정적(static) 변수는 전역 변수와 지역 변수의 중간쯤 되는 특성을 가진다. 정적변수도 전역정적 변수와 지역 정적 변수로 나뉘지만 여기에서는 지역 정적 변수에 대해서만 설명하도록 하겠다.

 지역 정적 변수는 함수의 수행이 끝나더라도 그 값을 유지시켜야만 할 때 사용되는 것이다. 즉, 이 변수는 함수의 수행이 끝나더라도 소멸되지 않으며 그 값을 유지하고 있으며 프로그램의 수행이 끝날 때까지 그 값을 유지하는 변수이다.

 정적 변수는 static이라는 키워드를 데이터형 앞에 붙여주면 되는데 다음과 같이 정의한다.

이렇게 정의된 변수들은 프로그램의 수행이 시작될 때 생성되며 함수의 수행이 끝나더라도 그 값이 유지되며 다음에 호출되었을 때 그 유지된 값을 이용할 수 있다. 프로그램이 실행될 때 생성되고 끝날 때 까지 보존이 된다는 점에서 전역 변수와 라이프 싸이클이 같지만 선언된 함수 내부에서만 사용할 수 있다는 점이 다르다.

다음의 예에서 간단한 사용법을 보였다.

실행결과:

 이 예제는 사용자가 입력한 숫자가 0이상 10이하라면 다시 입력받고 현재까지 몇 개가 입력되었는가를 세는 간단한 프로그램이다. 이 예제의 countUp()함수 안의 ❶번 줄에서 iCount 변수가 정적 변수로 선언되었다. 따라서 이 함수가 종료되더라도 그 값은 계속 유지하며 이 사실은 실행 결과에서 확인할 수 있다.

 내부 정적 변수도 내부 변수이므로 그것이 위치한 함수 내부에서만 접근할 수 있다는 사실은 유의하자.

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c{c++},n{c0028}

 변수는 정의된 위치에 따라서 유효한 범위가 결정되는데 크게 전역(global) 변수, 지역(local) 변수로 나눌 수 있다.  C/C++ 프로그램을 작성하다 보면 전 영역에서 (즉, 모든 함수의 내부에서) 공통적으로 접근할 수 있는 변수를 사용해야 하는 경우도 발생하는데 이러한 경우에 전역 변수를 정의하여 사용한다.

다음 예에서 main()함수 위에 선언된 변수들 cA, iA, lA이 전역변수이고 main()함수 내부에 선언된 cB, iB, lB 등이 (main 함수의) 지역 변수이다. 전역 변수가 main()함수 위에서 (밖에서) 정의되었다는 것을 눈여겨 보기 바란다. 반면 지역변수는 함수의 내부에서 정의되었다.

 전역변수는 선언된 부분 아래에 위치하는 어느 함수에서도 사용할 수 있다, 반면 지역변수는 그 변수가 선언된 함수의 내부에서만 사용될 수 있다. 그리고 지역변수는 함수가 시작될 때 생성되며 함수 수행이 끝나면 소멸된다.

• 전역변수는 프로그램이 시작될 때 생성, 프로그램 종료시 소멸된다.

• 지역변수는 함수가 시작될 때 생성, 함수 종료시 소멸된다.

 다음 예는 전역변수 icnt를 화면에 표시하는 프로그램 예를 실행시킨 것이다. main()함수 위에 정의된 icnt변수는 전역 변수로서 프로그램이 종료될 때까지 소멸되지 않고 그 아래의 어떤 함수에서도 접근할 수 있으며 그 값을 유지시킨다. 이 예에서 보면 main()함수와 countup()함수 모두에서 전역 변수 icnt를 접근하거나 값을 변경시켰다.

 정리하면 다음과 같다. 전역 변수는 함수 외부에서 선언(초기화)하며 그 아래에 있는 모든 함수에서 접근이 가능하다. 지역 변수는 함수 내부에서 선언된 변수이며 함수가 시작될 때 생성되고 종료되면 소멸된다.

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c{c++},n{c0028}

C++에서 함수의 인자 전달

C언어,C++,함수,인자,function,argument,전달

 함수는 인자(argument)를 통해서 기능 수행에 필요한 값들을 전달 받는다. 또한 함수는 결과값을 반환하는 경우도 있고 반환 값이 없는 함수도 있다. 이렇게 함수와 호출자 사이의 정보 교환은 인자와 반환값이라는 매개체를 통해서 이루어진다.

• 인자(argument) : 함수가 값을 받는 매개 변수

• 반환값(return value) : 함수가 되돌려 주어야 할 수행 결과값

C++ 언어에서 함수 인자 전달 매커니즘을 한 번 살펴보도록 하자.

호출하는 함수의 인자를 실제 값이라는 의미로 실인자라고 하고 호출되는 함수에서는 가인자라고 한다. 실인자와 가인자 사이에 데이터를 넘겨주는 방식은 값에 의한 호출(call-by-value) 방식으로서 실인자의 값이 복사되어 넘겨진다.

 호출되는 함수의 return 명령은 이 함수가 내부적으로 연산을 수행한 후 반환값이 있다면 그 뒤에 반환값을 두게 된다. 반환값이 없다면 return문만 단독으로 사용한다. 입력 인자는 없을 수 도 있고 여러 개일 수 있지만 반환값은 없거나 한 개뿐이다.

 위의 예제에서처럼 호출하는 함수는 반드시 main()함수이어야 되는 것은 아니다. 어떤 함수에서든지 다른 함수를 자유롭게 호출할 수 있다. 심지어 어떤 함수 내부에서 그 함수 자체를 호출할 수도 있으며 이를 재귀 호출(recursive call)이라 한다.

사용자 함수를 작성하여 사용하려면 다음과 같은 단계를 따른다.

1. 함수의 기능 및 인자, 반환값을 설계한다.

2. 정해진 형식에 따라 함수를 선언한다.

3. 함수의 본체 부분을 작성한 후 (정의) 호출하여 사용한다.

4. 호출하는 쪽의 인자의 개수와 형식 그리고 반환값의 형식이 모두 정의된 대로여야 한다.

 앞에서도 언급했지만 C/C++ 언어의 값에 의한 호출 방식은 호출부와 피호출부의 인자들 사이의 관계에서 값만을 전달하는 방식으로 데이터값을 복사하여 전달한다. 이는 문서를 복사했을 때 복사본을 아무리 수정해도 원본이 변하지 않는 것과 같은 원리이다.

 다음 예를 보자.

호출부 ❶에서의 변수 ia, ib와 피호출부 ❷에서의 변수 ia, ib는 변수명은 같으나 저장 공간이 다른 완전히 다른 변수라는 점을 유의해야 한다. sub()함수 내부에서 ia값은 바뀌지만 그렇다고 main()함수 안의 변수 ia가 바뀌는 것은 아니다. 서로 다른 변수이기 때문이다.

호출부에서 반환값을 받을 때도 피호출된 함수에서 반환값이 복사되어 새로운 변수를 통해 전달된다. 즉, return ia; 실행문에 의해서 ia변수의 '값'이 복사되어 호출부의 변수 ic에 전달되는 것이다. 이것이 값에 의한 호출 방식의 동작 원리이다.

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c{c++},n{c0015}

 명령어 return은 함수 내부에서 사용되어 함수의 실행을 끝내는 역할을 한다. return 다음에는 반환값이 오기도 하고 void형 함수의 경우는 반환값이 없이 단독으로 사용된다.

• return; // void형 함수의 종료

• return 반환값; // 반환값이 있는 함수의 종료 및 결과값 반환

이 명령은 또한 함수 실행 도중에 강제로 수행을 종료하려는 목적으로 사용할 수 있다.

이 예에서 두 번째 printf()함수는 절대로 실행되지 않는다. return명령어에 의해서 함수의 실행이 종료되기 때문이다.

이 함수는 만약 인자의 값이 음수라면 -1을 반환하고 바로 종료되어 버린다. 그렇지 않다면 팩토리얼을 구해서 반환한다.

 또 다른 예를 살펴보자. 함수 exec()는 char형을 받아서 char형을 반환한다. main()함수에서는 사용자로부터 숫자를 하나 입력 받아서 cn 변수에 대입한 후 그것을 exec()함수의 인자로 넘겨주면서 호출하도록 되어 있다. ❶줄을 보면 조건 검사를 하기위해서는 exec()함수를 호출해야만 하도록 되어있다. exec()함수 내부에서 보면 만약 입력한 인수가 1,2,3 셋 중 하나가 아니라면 ❷번 줄의 return –1; 명령에 의해서 함수의 수행이 바로 종료되게 된다. 1, 2, 3중 하나라면 해당되는 명령을 수행했다는 표시를 하게 된다. main()함수에서는 이 함수의 반환값이 –1이라면 수행이 제대로 안 되었다고 판단하고 “Execution failed.”라는 메세지를 표시한다. 또한 반환값이 1이라면 정상적으로 명령이 수행되었다고 판단할 수도 있다. 이 예에서와 같이 함수 내에서 return명령을 만나면 그 즉시로 함수는 종료되게 된다.

직접 실행해 보고 결과를 확인해 보기 바란다.

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c{c++},n{c0026}

 이전 포스트에서는 사용자 정의 함수가 main()함수 이전에 위치하였다. 또 다른 예를 들어보자.

하지만 C++ 프로그램은 관례적으로 main()함수를 다른 함수들보다 위에 위치시킨다. 맨 먼저 실행되는 함수이기도 하지만 이렇게 배치해야 다른 함수들과 호출 순서나 상관 관계를 파악하기 쉽다.

  하지만 다음과 같이 단순히 순서를 바꾸기만 해서는 문제가 생긴다.

왜냐면 컴파일을 수행할 때 main()함수 내부의 함수 호출 getArea() 을 처리하는 시점에서 이 함수에 대한 어떠한 정보도 없기 때문이다. 이렇게 하면 컴파일러는 오류를 발생시킨다.

 이런 경우 함수에 기본적인 정보를 주는 부분이 main()함수 위에 와야 하는데 이것을 ‘함수의 선언’ 이라고 한다. 함수의 선언은 함수 정의부에서 본체를 제외한 첫 줄만 따로 적어주면 된다.

이렇게 하면 컴파일시에 오류를 발생시키지 않는다. 이와 같이 함수의 정의가 호출하는 부분보다 뒤에 온다면 반드시 함수의 선언이 선행되어야 한다.

실행 가능한 전체 프로그램을 다음과 같다.

함수의 선언과 정의의 차이점을 다시 한 번 살펴보자.

• 정의(definition) : 사용자가 만든 함수의 본체 부분까지 실제로 구현된다. 따라서 컴파일러가 함수 본체를 저장할 메모리를 당연히 확보하고 호출부보다 먼저 위치한다면 선언과 겸할 수 있다.

• 선언(declaration) : 컴파일러에게 사용자가 만든 함수의 인자와 반환 자료형을 미리 알려준다. 컴파일러가 본체를 위한 메모리를 확보하지는 않는다 선언은 정의를 겸할 수 없다.

 함수의 선언에서 인자의 변수명은 생략할 수 있으나 인자의 자료형을 반드시 명시해주어야 한다. 다음 예를 보자.

이 예제에서 함수 add()의 선언에서 인자의 변수명을 생략했음을 알 수 있다. 이렇게 해도 문법적으로 오류가 발생하지 않는다.

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c{c++},n{c0014}

 C++ 언어의 함수는 크게 반환값이 있는 함수와 반환값이 없는 함수 두 가지로 나눌 수 있다. 반환값이 있는 함수는 함수가 호출(call)이 되어 뭔가 작업을 거친 후 호출한 위치로 그 기능을 수행한 결과 값을 다시 보낸다. 반환값이 없는 함수는 단순히 어떤 기능만 수행한다는 것을 의미한다.

예를 들어서 두 개의 입력 값을 받아서 더한 값을 돌려 주는 기능을 하는 함수를 생각해 보자. 이 때 입력되는 값은 ‘인자’(argument) 혹은 ‘매개변수’(parameter)라고 부른다. (이후에는 ‘인자’ 라는 명칭만을 사용할 것이다.) 계산 결과값(이 경우 더한 값)을 호출한 곳으로 되돌려주는 경우 이것을 ‘반환값’, ‘리턴값’이라고 한다.

• 인자(argument) - 함수로 넘겨주는 데이터

• 반환값(return value)  - 함수가 작업이 끝나고 넘겨주는 결과값

사용자 정의 함수는 문자 그대로 ‘사용자가 필요에 의해서 만드는 함수’를 의미한다. C++ 프로그램에서 함수를 사용하기 전에 반드시 정의를 해 주어야 한다. 함수의 정의 형식은 다음과 같다.

예를 들면 다음과 같다.

이 함수의 이름은 sayHi()이다. 함수명 앞에는 이 함수의 반환 값의 데이터 형을 명시한다. 반환값이 없는 경우에는 명시적으로 void라는 키워드를 써야 한다. 이 함수는 인자가 없다. 이렇게 인자가 없는 경우 함수명 뒤에 그냥 빈 괄호를 입력한다. 괄호를 생략할 수 없음에 유의하자.

이렇게 정의된 함수는 다음과 같이 호출할 수 있다.

이것을 합하여 완전한 프로그램으로 만들면 다음과 같다.

이 프로그램을 보면 sayHi() 함수와 main() 두 개의 함수가 있다. 이 예제가 실행될 때는 항상 main()함수를 실행시키며 main()함수가 종료되면 프로그램도 종료된다. C++ 언어는 항상 main()함수를 제일 먼저 실행시킨다.

또 다른 함수의 예를 들어보자.

이 함수는 반환값이 없으며 인자를 하나 받는 함수이다. 그렇게 받은 인자의 개수만큼 “Hello.”를 반복해서 출력하는 일을 한다. 이것으로 완전한 프로그램을 만들어 보면 다음과 같다.

main()함수 내에서 sayHello()함수를 두 번 호출했다. sayHello(3)이라고 호출하면 3이라는 정수형 값이 sayHello(int in) 의 인자 in에 저장된 후 함수가 수행된다. 따라서 “Hello.”라는 문자열이 3번 출력된 것이다. 마찬가지로 두 번째 호출인 sayHello(ia) 는 ia의 값은 5를 이 함수의 인자 in에 전달한다. 그러므로 “Hello.”가 다섯 번 출력 된다.

다른 예로 이번에는 반환값이 있는 함수를 들어보자.

이 함수는 반환값의 자료형이 float형이라고 함수명 앞에 명시되어 있다. 인자(argument)는 두 개이고(fa, fb) 모두 float 형이다. 함수 본체에 보면 변수 fc에 두 인자의 합을 저장한 후 return 명령어를 이용하여 그 값을 반환하고 있다. 따라서 이 함수는 두 실수를 받아서 그 합을 반환하는 함수이다.

이와 같이 반환값이 있는 함수의 경우 호출부에서는 그 반환값을 변수에 저장할 수 있다. 예를 들어 다음과 같다.

이와 같이 반환값이 있는 함수의 경우는 호출부에서 그 반환값을 받아서 변수에 저장할 수 있다.

 좀 더 다양한 함수의 정의 예를 다음 표에 들었다.

여기에서는 함수의 기본적인 정의 방법에 대해서 살펴 보았다.

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7.1 함수의 개요      [gdoc]       [smts]

 C 언어는 구조 지향 언어(structure-oriented language)라고 한다. 이 구조의 핵심으로 함수(function)가 있는데 C 언어는 함수로 시작해서 함수로 끝난다고 해도 과언이 아닐 정도이다. C++언어는 객체 지향(object-oriented) 언어이지만 C언어와의 하위 호환성을 유지하므로 구조 지향적인 프로그래밍도 가능하다.

 여기에서는 Led 라는 클래스를 작성하는 예를 들어보도록 하겠다. 아두이노의 예제이지만 아두이노가 C++로 개발하므로 일반적인 클래스의 예제도 된다.

 아두이노의 디지털핀에는 LED를 연결할 수 있으므로 Led 클래스는 연결된 핀 번호를 갖는 멤버가 있어야 한다. 따라서 다음과 같이 작성할 수 있다.

그리고 인스턴스를 생성할 때 이 핀번호를 받도록 하려면 다음과 같이 생성자를 작성하면 될 것이다.

이렇게 작성하면 멤버 변수 pin을 외부에서 접근할 수 있다. 예를 들면

와 같이 인스턴스를 생성한 이후에 핀번호를 바꾸는 것이 가능하다.

 그렇지만 핀번호는 한 번 초기화되면 바꿀 필요가 없으므로 궂이 외부에 노출시킬 필요가 없다. 따라서 다음과 같이 private 멤버로 지정하는 것이 바람직하다. 또한 내부 멤버임을 표시하기 위하여 첫 문자를 underscore(_)로 했다.

또는 기본 지정자가 private 이므로 아래와 같이 작성해도 된다.

하지만 명시적으로 private 키워드를 이용하여 지정해 주는 것이 가독성 측면에서 더 바람직하다. 그리고 클래스 선언에서는 public 멤버들이 먼저 오는 것이 좋다. 왜냐면 작성자가 아닌 다른 사람이  (보통 라이브러리에 포함되어 배포되는) 이 클래스를 사용하고자 한다면 public 멤버들만 알면 되지 private 멤버들은 궂이 볼 필요가 없기 때문이다.

 이렇게 핀 번호를 private로 지정해 놓으면 외부에서 접근할 수 없으므로 LED를 켜고 끄는 것도 외부에서 수행할 수 없다. 하지만 멤버 함수는 내부 변수를 접근할 수 있으므로 LED를 켜고 끄는 public 멤버 함수를 다음과 같이 지정할 수 있다. 전체적인 클래스의 모양은 다음과 같을 것이다.

 멤버 변수나 함수는 관례적으로 그 이름이 소문자로 시작하며 클래스는 대문자로 시작한다는 점을 알아두자. 이것은 식별자(이름)만 보고 타잎을 유추하기 쉽게 하기 위한 C++ 프로그램의 관례이다.

 만약 12번 핀에 빨간색 LED가 연결되어 있다면 다음과 같이 Led 객체를 사용할 수 있다.

이와 같이 인스턴스의 이름도 그것으로 실제 의미를 유추할 수 있도록 작성하는 것이 프로그램의 가독성 측면에서 유리하다.

 만약 11번핀에 노란색, 10번핀에 파란색 LED가 추가로 달려있다면 아래와 같이 작성할 수 있을 것이다.

이후에 만약 파란색 LED를 켜고 싶다면 다음과 같이 멤버함수를 호출한다.

 이런 식으로 클래스를 이용하여 LED를 객체화 시키면 직관적으로 프로그램을 작성할 수 있다는 장점이 있다.

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c{c++},n{c0023}