I. C언어의 개요
【알게되는 것들】
§ C 언어에 대한 역사와 특징
§ 기본적인 C 프로그램의 구조
§ C에서 사용되어지는 여러 가지 자료형
1. C언어란?
컴퓨터란 무엇일까요? 마음이 급한 독자들은 이 부분은 건너 뛰어도 됩니다. 그러나 인내를 가지고 읽기를 권합니다. 여러분들은 자신도 모르게 여러 종류의 컴퓨터를 사용하였을 것입니다. 만일 자동차 운전 중에 문자를 보내거나, 시계를 본다면 이미 컴퓨터를 사용하고 있는 것입니다. 여러분이 읽고 있는 이 책도 컴퓨터로 작성된 것입니다. 컴퓨터는 우리 주변에 늘 있고 그것들이 우리 삶에 많은 영향을 주기 때문에 컴퓨터의 동작을 이해합니다는 것은 무척 중요합니다. 그렇다면 무엇이 컴퓨터일까요?
컴퓨터는 사람이 내리는 명령을 실행하는 기계입니다 .
명령[1]이 없다면 컴퓨터는 아무것도 할 수 없습니다. 컴퓨터는 인간이 할 수 없는 일은 하지는 못합니다. 인간이 할 수 있는 하지만 다음의 경우에는 인간보다 더 낫습니다.
² 인간보다 더 빠르게 일합니다.
² 인간보다 더 정확하게 일합니다.
² 인간보다 더 많은 것을 결코 잊지 않고 기억합니다.
그러나 간과해서는 안 될 부분도 있습니다. 컴퓨터는 두뇌가 없습니다. 인간보다 결코 영리하지 못합니다. 컴퓨터는 감정이나 상식이 없습니다. 이것은 인간이 늘 하는 것들을 컴퓨터는 여전히 할 수 없음을 의미합니다. 따라서 컴퓨터는 사람이 할 수 있는 일만 합니다.
결국 컴퓨터가 하는 일이란 사람이 할 수 있는 일을 빠르고 정확하게 하는 것입니다. 우리는 이런 용도로 컴퓨터를 사용하는 것입니다.
|
데스크탑 컴퓨터 |
노트북 컴퓨터 |
|
|
|
|
슈퍼 컴퓨터 |
양자 컴퓨터 |
|
|
|
|
스틱 컴퓨터 |
싱글보드 컴퓨터(라즈베리파이) |
|
|
|
![슈퍼컴퓨터 후가쿠(Fugaku) [사진: 아사히닷컴]](01_C_Basic.files/image022.jpg)
컴퓨터란 계산하는 기계입니다. 물론 요즘은 계산 뿐만 아니라 엄청나게 많은 일을 합니다. 그렇지만 컴퓨터는 계산하는 기계에서부터 출발하였습니다. 그래서 인간이 계산을 시키면 이를 시키는대로 계산하는 기계입니다. 즉, 컴퓨터는 인간이 내리는 계산 명령을 묵묵히 수행하는 기계로서 출발하였습니다. 그렇다면 어떻게 명령을 내릴까요?
최초에는 전기 배선을 해서 명령을 내렸습니다. 그림의 컴퓨터가 전기 배선을 해서 계산하는 애니악이라는 컴퓨터입니다. 기술이 발달하여 전기 배선 대신에 컴퓨터에 어떤 명령어 집합을 넣어서 그 명령어를 실행하는 방식으로 바뀌었습니다.
폰 노이만이 이러한 명령체계를 개발하였는데 이 명령 체계가 바로 프로그램입니다. 전기신호로 변환할 수 있는 명령체계, 명령 코드가 바로 『프로그램(Programm)』 입니다. 따라서 인간이 컴퓨터에 명령을 내릴 때는 프로그램을 사용하고, 명령을 내리려면 프로그램을 만들어야 합니다.
컴퓨터를 사용하기 위해서는 이 프로그램이 필요하고 이 프로그램을 만드는 것을 『프로그래밍(Programming)』 이라고 합니다. 그러면 프로그램을 만들 때 무엇을 사용할까요? 그 것은 프로그램을 사용합니다. 프로그램을 만들 때 사용하는 프로그램을 『개발도구(Developmnet), 프로그래밍 언어(Programming Language), 개발툴(Developmnet Tool)』 라고 합니다. 이러한 프로그래밍 언어 이 프로그래밍 언어의 종류에는 C, C++, Java, Java script, C#, Swift, Python, R, Ruby, PHP, ASP, Perl, 스크래치, 엔트리, 앱인벤터 등이 있습니다. 이중의 하나가 바로 C언어입니다. 이러한 다양한 도구를 사용하여 전문적으로 프로그램을 개발하는 사람, 즉 프로그래밍을 하는 사람을 『프로그래머』라고 합니다.
프로그램 : 컴퓨터에 내리는 명령어의 모임
프로그래밍: 프로그램의 작성
프로그래밍 언어 : 프로그램을 작성하는 프로그램
[1] 운영체제와 프로그래밍
우리(사용자•User라고 합니다)는 컴퓨터를 프로그램이라는 도구를 사용하여 동작을 시킵니다. 사용자가 프로그램을 실행하여 그 프로그램이 제공하는 기능을 선택하면 컴퓨터가 동작하여 프린터를 하고 자료도 저장하고 그림도 그려주며 멀티미디어 기능도 구현하여 줍니다.
그렇다면 어떻게 이 것이 가능할까요? 한글2018 프로그램(응용프로그램)에서 디스켓[2] 모양의 아이콘을 클릭하면 작성된 문서가 디스크에 저장됩니다. 프린터 모양의 아이콘[3]을 클릭하면 프린터로 문서가 출력되어 나옵니다. ‘리눅스’라는 글자를 키보드로 누르면 모니터에 그 글자가 표시가 됩니다. 이 것을 과연 누가 하는 것일까요? 한글2018 프로그램이 프린터를 동작시키는 것일까요? 한글 2018 프로그램이 모니터의 액정을 변화시켜서 글자를 표시하는 것일까요? 잠깐만 생각해봐도 그것이 가능하지 않을 것이라는 것은 삼척동자도 알 수 있습니다. 만일 이것이 가능하다면, 그리고 가능하게 하려면 한글2018 프로그램은 이 모든 것을 할 수 있는 명령어를 전부 포함하여야 합니다.
이 얼마 비효율적인 일입니까? 더구나 하나의 컴퓨터에서 여러 개의 프로그램을 사용하는 경우라면 이 것은 불가능한 일입니다. 그러면 과연 무엇이 이 일을 해낼까요? 한글2018와 같은 응용프로그램과 컴퓨터 사이에 무언가가 그 것을 해 줄 것이라고 짐작할 수 있습니다. 이 것이 바로 우리가 흔히 알고 있는 『운영체제(Operation System, OS)』 입니다. 사용자와 응용프로그램, 운영체제, 컴퓨터 하드웨어 등의 관계는 다음 그림으로 나타낼 수 있습니다.
한글2018, 엑셀, 크롬 등의 응용프로그램에서 저장을 하거나 프린터로 출력을 할 때 저장 또는 출력을 한글2018, 엑셀, 크롬 등의 프로그램이 직접하지 않고 운영체제에 의뢰하고 운영체제가 저장 또는 출력을 합니다.
이처럼 운영체제는 하드웨어과 사용자 프로그램 중간에서 아주 중요한 역할을 합니다. 아니 중요한 역할을 한다기 보다 운영체제 없이는 컴퓨터는 그냥 고철 덩어리입니다.
그런데 하드웨어는 생산자에 따라서 그 구조가 다르고 하드웨어가 달라지면 운영체제 역시 달라집니다. 결국 하드웨어의 종류가 여러 가지이듯이 운영체제의 종류도 무척 많습니다. 대형 컴퓨터 운영체제는 제조회사에서 제공하는 운영체제를 사용하거나 Unix계열 운영체제를 사용하며 중소형 컴퓨터나 개인 컴퓨터의 운영체제는 다음과 같이 분류됩니다.
윈도계열 운영체제
윈도는 마이크로소프트웨어사에서 판매하는 제품으로서 PC용으로는 Windows 10, Window11 등이 있고 서버용으로는 Windows Server 2019, Windows Server 2022 등이 있습니다.
유닉스는 커널과 사용방법 등이 정해져 있고, 제조회사에 따라서 HP-Unix, FreeBSD, OpenBSD, Solaris, NetBSD, Aix, Linux 등이 있습니다. Linux 계열 운영체제는 Redhat Linux, Suse Linux, Debian Linux , Ubuntu Linux 등이 있습니다.
매킨토시는 애플사에서 하드웨어를 제조하고 운영체제도 같이 제공하며 MaxOS X, MaxOS 11 Big Sur, MaxOS 12 Monterey 등이 있습니다.
스마트폰 크게 애플계열과 구글 계열로 나눕니다. 애플 계열은 아이패드, 아이폰 등이고 구글 계열은 삼성스마트폰, LG스마트폰, 구글폰 등입니다. 애플 계열은 애플사에서 만든 iOS14, iOS15 등이 있고, 구글계열은 구글사에서 제작한 안드로이드라는 리눅스 운영체제가 있습니다. 이 기계 안에 들어가는 응용프로그램을 앱이라고 하고, 애플계열 앱은 Objective C, Switch 라는 C언어 기반의 개발도구로 만들고 안드로이드 앱은 자바라는 개발도구로 만듭니다.
이렇게 다양한 운영체제를 C언어로 만듭니다. 본래 C언어는 응용프로그램을 개발하기 위해서 만든 것이 아니라 Unix라는 운영체제를 만들기 위해서 제작된 것입니다. 따라사 C언어는 다른 프로그래밍 언어와는 다르게 아주 강력한 프로그래밍 언어입니다.
[2] C언어의 역사
1969년에 AT&T 연구소의 Ken Thompson은 연구소의 한쪽 구석에 방치되어 있던 작은 컴퓨터를 보고 'UNIX' 운영체제의 개발을 시작했습니다. 이 작업에 가담하고 있었던 Dennis Ritchie 이라는 사람이 'C' 라고 하는 언어를 만들었고, 결국 UNIX 는 C 언어로 다시 프로그래밍되었습니다. 그런데, 왜 이름이 'C' 일까? 원래 'CPL(Combined Programming Language)' 이라는 언어가 있었는데, 그 언어에서 'BCPL(Basic CPL)' 이라는 언어가 파생되었고, 다시 그 언어에서 파생한 언어를 BCPL의 선두 문자를 따서 'B' 라고 이름을 붙였습니다. C 언어는 다시 그 B 언어에서 파생되었기 때문에 BCPL의 2번째 문자를 따서 (혹은 B의 다음 알파벳을 따서) 'C' 라고 지어졌다고 합니다.
요약하자면 C언어는 UNIX 운영체제 하에서 시스템 프로그래밍을 하기 위해 개발된 아주 강력한 기능을 가진 프로그래밍 언어입니다. C 언어는 구조화 프로그래밍을 지향하는 언어이고 정말로 가장 쓸모 있는 언어라고 할 수 있습니다. 이유는 C 언어에서는 못하는 게 없기 때문입니다. 좀 과장된 표현인 듯 하지만 다른 언어들과 비교해 볼 때 못하는 것이 없습니다.
그리고 C 언어로 만든 프로그램의 속도는 어셈블리어만큼이나 빠른 속도를 내기 때문에 빠른 속도를 요구하는 프로그램에도 적합합니다. 단 게임과 같은 곳에서는 C 언어의 속도조차도 느리기 때문에 어셈블리가 요구되는 곳이 있지만, 요즘 C 언어 컴파일러들은 인라인 어셈블러라는 것을 지원해서 C 소스 내에 어셈블리 코드를 추가할 수 있습니다. 이런 점으로 볼 때 C언어로는 못하는 게 없다고 봐도 됩니다.
[3] C언어의 특징
C언어는 하드웨어를 제어할 수 있는 저급 언어로서의 기능을 갖고 있으며, 또한 서로 다른 기종간의 호환 기능 등 고급언어로서의 기능을 가지고 있습니다. 즉, PC에서 대형 컴퓨터까지 모두 사용할 수 있는 이식성이 뛰어난 언어입니다.
C언어는 함수 단위로 프로그램을 작성함으로서 구조적으로 프로그램을 작성할 수 있습니다. 또한 이미 작성된 모듈은 필요한 다른 프로그램에도 이용할 수 있어 효율적입니다.
C언어는 간결한 문법과 다양한 연산자, 데이터의 형 변환을 제공하므로 프로그램을 쉽고 빠르게 작성할 수 있습니다.
C언어에서는 기억 장소를 효율적으로 관리하므로 기억장소의 낭비를 줄여 실행 속도가 빠릅니다.
[4] C언어의 실행 방식
이제 C언어 프로그램이 어떻게 실행되는지를 알아봅시다. C언어로 프로그램을 만들면 실행파일(.EXE)을 만들 수가 있습니다. 실행파일이 만들어질 때는 다음과 같은 과정을 거칩니다.
예를 들어 first.c 라는 명령어를 만들어서 실행시키는 과정입니다.
(1) 소스 코드
프로그래머가 알아 볼 수 있는 C언어 프로그램 작성 규칙에 맞게 작성한 프로그램의 내용 자체를 『소스 코드(소스 프로그램, 원시 프로그램, Source Code, Source Programm) 』 라고 합니다. 이 소스 코드는 텍스트 파일을 편집할 수 있는 에디터로 작성하여 텍스트 파일 형식으로 저장한 파일입니다. C언어의 소스 파일은 확장자가 .c 입니다. C언어 프로그램을 만드는 가장 첫 번째 과정이라고 할 수 있습니다. (참고로 C++용 소스는 확장자가 .cpp 입니다.)
(2) 선행처리기 지시어가 번역된 소스 파일
C언어 프로그램 내에는 여러가지 지시어들이 있는데 이건 C언어 문법과는 별개이고 번역도 컴파일러가 하지 않습니다. 이것을 번역하는 프로그램을 『선행처리기 또는 전처리기』라고 합니다. 여기에서는 이 부분이 이해가 가지 않는다고 하여도 염려할 필요가 없습니다. 뒤에서 다시 다루게 되고 그 때에는 이 내용을 이해할 수 있을 것입니다.
(3) 목적 파일 (Object file)
소스 파일은 인간인 프로그래머가 알아 볼 수는 있지만 기계인 컴퓨터는 알아 볼 수 없습니다. 컴퓨터는 오로지 『기계어』만 이해할 수 있습니다. C언어 소스프로그램을 기계어 프로그램으로 바꾸는 프로그램을 『컴파일러』라고 합니다. 컴파일러가 번역하여 기계어로 작성되어 있는 프로그램 파일을 『목적파일』이라 하고, 확장자는 .obj가 됩니다.
이 목적파일은 곧바로 실행할 수가 없고 런타임 라이브러리라는 것과 합쳐져야 실행할 수 있습니다. 이 런타임 라이브러리가 무엇인지는 나중에 설명하기로 하고 여기에서는 런타임 라이브러리라는 것이 합쳐져야 실행할 수 있다는 것만 알아두시기 바랍니다.
(4) 실행 파일 (Executable file)
목적파일은 위에서 말한 런타임 라이브러리와 합쳐져서 실행파일이 되는데, 이 때 합쳐주는 프로그램을 『링커(Linker)』라고 합니다. 링커에 의해 목적 파일은 실행파일이 되고 비로소 실행할 수가 있게 됩니다.
[5] C 프로그램의 구조
일반적인 C 프로그램의 구조는 다음과 같습니다.
# include <헤더 파일> : 선행 처리기(preprocessor)로서 프로그램이 실행되기 전에 준비 작업을 합니다.
main() : C 프로그램은 반드시 하나의 main() 함수를 가져야 하며, main()이 프로그램의 어디에 쓰이든 프로그램은 항상 main() 함수부터 실행됩니다. main() 함수는 main() 함수를 구성하는 몸체가 있는데, 반드시 ‘{’로 시작해서 ‘}’로 끝납니다. main() 함수의 몸체에는 프로그램 실행에 필요한 변수와 문장 등을 기술합니다.
간단한 예를 들어봅시다.
【소스 프로그램】
// C언어의 구조 ---------- 주석
#include <stdio.h> ---------- 헤더 파일
int main(void) ---------- 프로그램 시작
{
printf("초강력 C언어");
printf("입니다.");
return 0; ---------- 운영체제로 복귀
} ---------- 프로그램 끝
위 프로그램을 컴파일하여 실행하면 "초강력 C언어입니다."가 출력됩니다. main()함수가 무엇인지를 추측해 볼 수 있겠죠? main이 대장이기 때문에 가장 핵심적이고 중요한 함수라는 것이라고 짐작할 수 있습니다. 맞습니다! main함수는 가장 대장인 함수입니다.
함수가 뭐냐면 쉽게 생각하면 "명령어들의 모임"이라고 생각하면 됩니다. C언어 프로그램은 기본적으로 함수들의 집합으로 구성되어 있습니다. 함수에 대하여는 뒤에서 상세히 설명하므로 C언어에서 함수란 『어떠한 일을 처리하는 작은 프로그램』이라고 보면 됩니다.
그러므로 위의 프로그램은 main이라는 이름의 함수와 printf라는 이름의 함수로 구성되어 있음을 알 수가 있습니다. main()함수는 다른 자질구레한 기능을 하는 함수(여기서는 printf()함수)들을 모두 포함을 하는 가장 기본적인 함수이므로 프로그램에 반드시 포함이 되어야 하며, 프로그램의 내용은 { } 기호로 묶어서 시작과 끝을 나타냅니다.
C에서는 영어의 대문자와 소문자를 구별하므로 위의 예제를 반드시 소문자로 입력하여야 합니다. abc와 ABC가 서로 다르게 인식됩니다. C에서는 변수명을 제외한 프로그램의 대부분의 명령어를 소문자로 기술하고 특수한 경우만 대문자를 사용합니다.
C에서는 주석문을 /*과 */로 묶어서 표현한 다. 주석문은 프로그램의 실행과는 무관하며, 프로그래머가 참조하기 위해서 붙이는 것입니다. 프로그래머가 자신이 이 프로그램을 어떻게 작성하였는가 나중에 알기 위해서 작성하고, 또 협업하는 다른 프로그래머가 참조하기 위해서 사용합니다. 보통 프로그램의 본체는 관례적으로 { 다음에 서너칸 쯤 우측으로 물러나서 기술한다. 이러한 것을 indent(들여쓰기)라고 한다.
출력의 기능을 담당하는 printf()함수입니다. 화면에 출력하고 싶은 문자는 printf()함수의 괄호안에 "로 묶어서 나타냅니다. 문장의 맨 끝에 반드시 ; 을 붙여야 합니다. 또한 main() 다음에는 ; 를 붙이지 않습니다. \n(개행문자라고 한다)은 행을 바꾸라는 의미입니다.
printf("Hello, World! \n");
--------------## -> 출력후 줄을 바꿈(개행문자)
화면에 그대로 출력.
우선 예제를 통해 알 수 있는 C 프로그램의 기초적인 사항은,
C에는 행 번호가 없습니다.
대문자와 소문자가 구별되며, 주로 소문자에 기초하여 작성됩니다.
C는 main()으로 시작합니다.
프로그램(함수)의 본체는 { 와 }로 묶습니다.
한 문장은 반드시 ; 로 끝난다.
주석문은 /* */ 또는 // 로 묶어 표시합니다.
【프로그램 작성 규칙】
C 프로그램은 영문 소문자를 기본으로 작성한다. 실제로 식별어를 제외한 모든 예약어, 표준 함수는 모두 소문자로 이루어져 있습니다.
식별어(identifier)는 사용자가 임의대로 만들어서 사용할 수 있는 것으로 정해진 규칙에 따라 만들어서 사용해야 한다. 식별어는 의미를 가질 수 있도록 만드는 것이 좋습니다.
C 프로그램은 한 문장이 끝날 때마다 반드시 세미콜론(;)으로 문장의 끝을 표시합니다.
※ 주석문(Comment)
주석문은 프로그램에 대한 보충 설명이나 문장에 대한 설명을 할 때 사용되는 것으로 프로그램 실행과는 무관합니다. 일반적으로 ‘//’ 주석 기호는 한 문장으로 된 주석문을 기술할 때 사용하고, ‘/*’와 ‘*/’는 2줄 이상의 주석문을 기술할 때 주로 사용합니다. 다음은 "오재관 C 언어 교실입니다…"를 화면에 출력하는 프로그램의 예제입니다.
【소스 프로그램】
// File Name: ex0001_first.c
#include <stdio.h>
int main(void)
{
printf("오재관 C 언어 교실입니다…\n");
return 0;
}
【실행 결과】
오재관 C 언어 교실입니다….
