모두의 코드
씹어먹는 C 언어 - <22. C 언어의 잡다한 키워드들 (typedef, volatile, #pragma)>
이번 강좌에서는
typedef키워드에 대해 알아본다.volatile키워드에 대해 알아본다.#pragma에 대해 알고, 특히#pragma pack과#pragma once키워드에 대해 이해한다.
안녕하세요 여러분. 저의 C 언어 강의도 이제 막바지에 다다랐습니다. 정말로 첫번째 강의부터 여기 까지 달려오셨다면 정말 대단하다고 말씀 드리고 싶네요. 마라톤에 비유하자면, 42.195km 에서 한 40km 정도 까지 열심히 뛰어 왔다고 보시면 됩니다. 그럼, 나머지 2.195km 도 더 뛸 의향이 있겠죠?
/* 루저 위너 판별*/ #include <stdio.h> int Print_Status(struct HUMAN human); struct HUMAN { int age; int height; int weight; int gender; }; int main() { struct HUMAN Adam = {31, 182, 75, 0}; struct HUMAN Eve = {27, 166, 48, 1}; Print_Status(Adam); Print_Status(Eve); } int Print_Status(struct HUMAN human) { if (human.gender == 0) { printf("MALE \n"); } else { printf("FEMALE \n"); } printf("AGE : %d / Height : %d / Weight : %d \n", human.age, human.height, human.weight); if (human.gender == 0 && human.height >= 180) { printf("HE IS A WINNER!! \n"); } else if (human.gender == 0 && human.height < 180) { printf("HE IS A LOSER!! \n"); } printf("------------------------------------------- \n"); return 0; }
위 코드는 이전에 구조체 단원에서 만들었던 루저-위너 구별 프로그램 입니다. 그런데 위 코드에서 한 가지 귀찮은 점이 있습니다. 바로, 구조체를 사용할 때 마다 앞에 struct 키워드를 붙여야 한다는 점입니다. 이게 상당히 짜증나는 일인데, 간혹 struct 키워드를 붙이지 않는 날에는
컴파일 오류
error C2146: 구문 오류 : ')'이(가) 'human' 식별자 앞에 없습니다.
error C2061: 구문 오류 : 식별자 'human'
error C2059: 구문 오류 : ';'
error C2059: 구문 오류 : ')'
error C2449: 파일 범위에 '{'가 있습니다. 함수 헤더가 없는 것 같습니다.
error C2059: 구문 오류 : '}'위와 같은 오류 테러를 맞보게 됩니다. (위 오류는 int Print_Status(struct HUMAN human) 대신에 int Print_Status(HUMAN human) 이라 썼을 때 나타나는 오류들 입니다) 상당히 짜증일입니다. 그렇다면 매번 귀찮게 struct HUMAN 이라 쓰는 대신에 간단하게 쓰는 방법이 없을까요?
물론 있습니다.
/* typedef 의 이용 */ #include <stdio.h> struct HUMAN { int age; int height; int weight; int gender; }; typedef struct HUMAN Human; int Print_Status(Human human); int main() { Human Adam = {31, 182, 75, 0}; Human Eve = {27, 166, 48, 1}; Print_Status(Adam); Print_Status(Eve); } int Print_Status(Human human) { if (human.gender == 0) { printf("MALE \n"); } else { printf("FEMALE \n"); } printf("AGE : %d / Height : %d / Weight : %d \n", human.age, human.height, human.weight); if (human.gender == 0 && human.height >= 180) { printf("HE IS A WINNER!! \n"); } else if (human.gender == 0 && human.height < 180) { printf("HE IS A LOSER!! \n"); } printf("------------------------------------------- \n"); return 0; }
성공적으로 컴파일 하였다면
와 같이 나옵니다.
위 코드에서 가장 눈여겨 보아야 할 부분은
typedef struct HUMAN Human;
입니다. 우리는 여기서 typedef 라는 키워드를 사용했는데 이 키워드는 다음과 같이 사용합니다
typedef (이름을 새로 부여하고자 하는 타입) (새로 준 타입의 이름)
다시 말해 위에서 썼던 코드는 struct HUMAN 이라는 타입에 Human 이라는 다른 이름을 붙인 것이 됩니다. 즉, struct HUMAN 이라고 쓸 것을 Human 이라고 써도 된다는 것이지요. 물론 기존의 이름을 없애 버린 것이 아니기 때문에 typedef 를 사용한 이후에도 struct HUMAN 이라고 쓴 것은 유효 합니다.
즉 위와 같은 일을 하고 나면 다음과 같은 문장은 모두 동일해집니다.
struct HUMAN a; Human a;
상당히 편리해졌지요? 하지만 진정 typedef 를 이용하는 이유는 이렇게 형을 간단하게 쓴다는 이유 때만은 아닙니다. 아래의 예제를 보세요.
/* 간단한 계산기 프로그램 */ #include <stdio.h> int main() { int input; int a, b; while (1) { printf("--- 계산기 --- \n"); printf("1. 덧셈 \n"); printf("2. 뺄셈 \n"); printf("3. 종료 \n"); scanf("%d", &input); if (input == 1) { printf("두 수 : "); scanf("%d%d", &a, &b); printf("%d 와 %d 의 합 : %d \n", a, b, a + b); } else if (input == 2) { printf("두 수 : "); scanf("%d%d", &a, &b); printf("%d 와 %d 의 차 : %d \n", a, b, a - b); } else break; } return 0; }
성공적으로 컴파일 하였다면
와 같이 계산기 프로그램이 잘 실행됩니다. 만일 이 프로그램을 실제 계산기에 사용한다고 합시다. 그런데, 우리가 이 프로그램을 사용할 계산기는 안타깝게도 CPU 에서 32 비트 정수의 연산을 할 수 없습니다. 오직 16 비트 이하만 연산할 수 있다고 합시다. 그렇다면 이 계산기에서 int 형을 사용하는 것은 불가능 하고 short 나 char 형의 변수들만 선언해야 겠죠.
그렇다면 이를 위해 소스 코드 전체의 모든 변수들을 char 이나 short 로 바꿔주어야 합니다. 그런데 만일 동일한 프로그램인데 다른 기종의 계산기 에서는 int 형이 사용 가능하다고 합시다. 그렇다면 이 코드를 다시 또 바꿔주어야 합니다. 아주 아주 귀찮은 일이 아닐 수 없죠. 이런 상황을 대비하여서 다음과 같이 코드를 바꿔봅시다.
/* 향상된 소스 코드 */ #include <stdio.h> typedef int CAL_TYPE; int main() { CAL_TYPE input; CAL_TYPE a, b; while (1) { printf("--- 계산기 --- \n"); printf("1. 덧셈 \n"); printf("2. 뺄셈 \n"); printf("3. 종료 \n"); scanf("%d", &input); if (input == 1) { printf("두 수 : "); scanf("%d%d", &a, &b); printf("%d 와 %d 의 합 : %d \n", a, b, a + b); } else if (input == 2) { printf("두 수 : "); scanf("%d%d", &a, &b); printf("%d 와 %d 의 차 : %d \n", a, b, a - b); } else break; } return 0; }
이 역시 잘 실행됩니다. 다만 바뀐 것은 변수들의 타입을 CAL_TYPE 라고 했던 점이지요. 그리고 위에서 typedef 를 통해 CAL_TYPE 가 int 형과 같다고 정의하였습니다. 만일 이 소스 코드를 short 나 char 만 되는 계산기에 적용시킬려면 어떻게 해야 할까요? 기존에는 모든 변수의 타입을 전부다 수정해야 했지만 이제는 typedef 에서 CAL_TYPE 의 형을 short 나 char 로 간단히 바꿔버리면 되는 것입니다. 정말로 일이 쉬워졌습니다.
여러가지 typedef 들
/* 여러가지 typedef 예제들 */ #include <stdio.h> int add(int a, int b) { return a + b; } typedef int CAL_TYPE; typedef int (*Padd)(int, int); typedef int Arrays[10]; int main() { CAL_TYPE a = 10; Arrays arr = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0}; Padd ptr = add; printf("a : %d \n", a); printf("arr[3] : %d \n", arr[3]); printf("add(3, 5) : %d \n", ptr(3, 5)); return 0; }
성공적으로 컴파일 하였다면
가장 먼저 소스 코드에서 아래 문장 부터 살펴봅시다.
typedef int (*Padd)(int, int);
이전에 배웠던 함수 포인터가 잘 기억이 나시는지는 잘 모르겠지만 아무튼, 위 typedef 명령문은 복잡한 함수 포인터 명령을 Padd 라는 이름을 붙이는 것입니다. 즉, 다음 문장은 정확히 동일해집니다.
int (*ptr)(int, int) = add; Padd ptr = add;
참고로 간혹
typedef int (*Padd)(int, int);
문장을 잘못 이해 하셔서, "우리가 앞에서 배운 바에 따르면 위 문장은 int 라는 형에 (*Padd)(int, int) 라는 또다른 이름을 붙이는 것이 아닌가?" 라고 물으실 수 있는데, 그건 아니고 Padd 라는 이름을 붙여주신다고 생각하시면 편합니다. 마찬가지로
typedef int Arrays[10];
도 역시 '원소가 10 개인 int 형 배열을 선언해라' 문장을 Arrays 라고 하나의 이름으로 바꾼 것이라 보면 됩니다. 즉,
int arr[10]; Arrays arr;
은 정확히 동일한 문장입니다.
volatile 키워드
volatile 은 아주 아주 특수한 상황이 아니고서는 사용하지 않는 키워드 입니다. 사실 저도 그렇게 흔하게 사용하지 않고요. volatile 키워드를 사용하는 경우는 대부분 외부 하드웨어와 통신할 때 사용하게 됩니다. 이 말이 무슨 말이냐면, 아래 예제를 보시면 알게 될 것입니다.
만일 여러분이 특정한 외부 센서와 소통하는 프로그램을 만든다고 합시다. 이 센서는 RAM 의 특정 영역을 이용하는데, 만일 센서에 값이 감지되지 않으면 그 곳의 값이 0 이 되어 무언가가 감지되면 그 부분의 값을 1 로 한다고 합시다. 그렇다면 여러분은 십중팔구 아래와 같은 코드를 작성할 것입니다.
#include <stdio.h> typedef struct SENSOR { /* 감지 안되면 0, 감지되면 1 이다.*/ int sensor_flag; int data; } SENSOR; int main() { SENSOR *sensor; /* 값이 감지되지 않는 동안 계속 무한 루프를 돈다*/ while (!(sensor->sensor_flag)) { } printf("Data : %d \n", sensor->data); }
위 코드는 가상의 코드 이므로 컴파일 해보지 않겠습니다만, 일단 여러분은 위 코드에서 별 이상을 느끼지는 못할 것입니다. 하지만 똑똑한 컴파일러는 '너무 과하게 똑똑해서' 우리가 사용한 while 문을 최적화 해버립니다. 보통의 상황에서 sensor->sensor_flag 의 값이 바뀌는 경우는 없기 때문에 굳이 while 문을 매번 돌릴 때 마다 값을 비교할 필요가 없게 되는 것이지요. 그냥 컴파일러는 값을 딱 한 번만 읽고 0 이 아니라면 그냥 가고, 0 이라면 while 문을 무한히 돌리는 것으로 생각해버립니다. 결과적으로 위 코드를 컴파일러는 다음과 같은 코드로 바꿔버립니다.
#include <stdio.h> typedef struct SENSOR { /* 감지 안되면 0, 감지되면 1 이다.*/ int sensor_flag; int data; } SENSOR; int main() { SENSOR *sensor; if (!(sensor->sensor_flag)) { while (1) { } } printf("Data : %d \n", sensor->data); }
이는 우리가 결코 원하던 결과가 아닙니다. 만일 센서에 값이 감지되었다고 해도 while 문을 절대로 탈출할 수 없게 되어 무한 루프에 빠지게 되는 것이지요. 우리는 컴파일러가 이런 최적화 작업을 수행하는 것을 원하지 않습니다. 이를 컴파일러에게 알려주기 위해서는 두 가지 방법이 있습니다.
첫번째로는 컴파일러의 최적화 옵션을 빼버리는 것입니다. gcc 에서는 단순히 최적화 옵션을 안주면 됩니다. Visual Studio 에서는 살짝 복잡한데, 프로젝트 속성의 C/C++ –> 최적화 에서 사용 안함을 선택하시면 됩니다. 그런데, 최적화를 하지 않기에는 너무나 그 손실이 큽니다. 최적화 옵션을 끄는 순간 다른 모든 코드들도 최적화를 하지 않겠다는 의미가 되거든요. 이를 위해 volatile 키워드가 생겨났습니다.
#include <stdio.h> typedef struct SENSOR { /* 감지 안되면 0, 감지되면 1 이다.*/ int sensor_flag; int data; } SENSOR; int main() { volatile SENSOR *sensor; /* 값이 감지되지 않는 동안 계속 무한 루프를 돈다*/ while (!(sensor->sensor_flag)) { } printf("Data : %d \n", sensor->data); }
이렇게 해준 순간 컴파일러는 sensor 에 대해 최적화를 수행하지 않게 됩니다. volatile 의 의미는 '변덕스러운' 이라는 의미를 가지고 있는데, sensor 에 volatile 키워드를 붙여준 순간 sensor->sensor_flag 의 값이 '변덕스럽게 변할 수 있기 때문' 에 이에 대한 최적화 작업들을 수행하지 말라 라는 의미가 됩니다. 따라서 컴파일러는 위 소스를 의미 그대로 컴파일 하게 되어 우리가 원하던 결과를 얻을 수 있게 됩니다.
#pragma 키워드
#pragma 는 컴파일러에게 말하는 전처리기 명령 이라고 보시면 됩니다. 즉, #include 나 #define 처럼 전처리기에 의해 컴파일 이전에 처리되지만, 그 명령은 컴파일러에게 전달되기 때문이죠. 사실 pragma 는 C 언어의 기본 키워드라고 하기 보다는, 컴파일러에 종속적인 키워드라고 하는 것이 맞습니다. pragma 를 사용하는 문법은 컴파일러 마다 다르고 딱히 통일 된 것이 없기 때문입니다. 이 강좌에서는 pragma 를 사용하는 몇 가지 예제들을 보고 어떤 경우에 편리하게 pragma 를 사용할 수 있는지 살펴봅시다.
#pragma pack
#include <stdio.h> struct Weird { char arr[2]; int i; }; int main() { struct Weird a; printf("size of a : %d \n", sizeof(a)); return 0; }
성공적으로 컴파일 했다면
와 같이 나옵니다.
상당히 이상하지요. 분명히 Weird 구조체 내의 원소들의 총 바이트 수를 계산해보면 arr 은 char 형 변수 2 개로 2 바이트 이고, i 는 int 형 변수 1 개로 4 바이트 이므로 6 이 나와야 정상이지요. 그런데 도대체 왜 컴퓨터는 이를 8 로 출력했을까요?
왜냐하면 실제로 메모리 상에서 위 구조체의 크기를 8 바이트로 컴파일러가 지정하였기 때문입니다. 현재 우리가 사용하는 컴퓨터에서는 언제나 4 바이트 단위로 모든 것을 처리하는 것이 빠릅니다. 따라서 언제나 컴퓨터에서 데이터를 보관할 때 에는 4의 배수로 데이터를 보관하는 것이 처리시 용이하게 됩니다. 이렇게 데이터가 4 의 배수 경계에 놓인 것을 더블 워드 경계에 놓여 있다 라고 합니다.
이러한 이유 때문에 위 Weird 구조체 역시 4 의 배수를 맞추기 위해 크기를 8 바이트로 '필요없는 2 바이트를 추가하면서 까지' 맞춘 것입니다. 이 문제가 중요하게 여겨지는 부분은 역시 하드웨어 간의 통신 때문에 그렇습니다.
예를 들어서 SCSI 인터페이스는 PC 에서 하드 디스크와 같은 주변 기기에 연결하기 위한 통신 방식으로 SCSI 장치들에게 읽기 명령을 내리기 위해서는 6 바이트의 명령어를 전송하면 됩니다. 이 6 바이트의 명령어의 구조는 꽤 복잡해서 흔히 구조체로 많이 이용하는데, 만일 위와 같이 그냥 사용했다가는 구조체의 크기가 8 바이트로 설정되어서 무슨 문제가 생길 지 알 수 없습니다.
이렇게 컴파일러로 하여금 구조체를 더블 워드 경계에 놓지 말라고 하고 싶을 때 pragma 키워드를 이용하면 됩니다.
#include <stdio.h> /* 전처리기 명령에는 ; 를 붙이지 않는다! */ #pragma pack(1) struct Weird { char arr[2]; int i; }; int main() { struct Weird a; printf("size of a : %d \n", sizeof(a)); return 0; }
성공적으로 컴파일 하였다면
와 같이 나옵니다.
이번에는 6 으로 잘 나옵니다. 위 명령은 마이크로소프트 계열의 컴파일러들에만 유효한 문장인데, 구조체를 '1 바이트 단위로 정렬하라는 뜻' 입니다. 즉, 구조체의 크기가 1 의 배수가 되게 하라는 것이지요. 1 외에도 2,4,8,16 등이 올 수 있습니다. 만일 기본값, 즉 더블 워드 경계로 정렬하기 위해서는 #pragma pack(4) 로 하시면 됩니다.
#pragma once
아까의 Weird 구조체 예제에서 Werid 부분만 다른 헤더파일로 빼놓아 봅시다. 이 헤더파일의 이름은 werid.h 입니다.
/* weird.h */ struct Weird { char arr[2]; int i; };
/* test.c*/ #include <stdio.h> #include "weird.h" int main() { struct Weird a; a.i = 3; printf("Weird 구조체의 a.i : %d \n", a.i); return 0; }
성공적으로 컴파일 했다면
와 같이 나옵니다.
상당히 단순한 예제이지요. test.c 에서 weird.h 를 포함했으므로 weird.h 의 내용이 test.c 로 그대로 복사된 셈입니다. (즉, #include “weird.h” 부분이 weird.h 의 내용으로 바뀌었다고 보셔도 무방합니다) 따라서 struct Weird 를 사용할 수 있게 되므로 위와 같은 결과가 발생합니다. 그런데 만일 실수로 weird.h 를 두 번 포함했다고 합시다. 그렇다면 어떻게 될까요?
#include <stdio.h> #include "weird.h" #include "weird.h" int main() { struct Weird a; a.i = 3; printf("Weird 구조체의 a.i : %d \n", a.i); return 0; }
컴파일 하였다면
컴파일 오류
error C2011: 'Weird' : 'struct' 형식 재정의 'Weird' 선언을 참조하십시오.
위와 같이 오류를 만나게 됩니다. 왜냐하면 각각 #include "weird.h" 부분이 weird.h 의 내용으로 바뀌어서 결과적으로는
#include <stdio.h> struct Weird { char arr[2]; int i; }; struct Weird { char arr[2]; int i; }; int main() { struct Weird a; a.i = 3; printf("Weird 구조체의 a.i : %d \n", a.i); return 0; }
를 한 것과 마찬가지가 되어서 struct Weird 를 두 번 정의하였다고 오류가 나게 됩니다. 이를 막으려면 어떻게 해야 할까요?일단 C 의 기본 전처리기 명령을 이용하여 하는 방법이 있습니다.
/* 수정된 weird.h*/ #ifndef WEIRD_H #define WEIRD_H struct Weird { char arr[2]; int i; }; #endif
/* 이상한 test.c*/ #include <stdio.h> #include "weird.h" int main() { struct Weird a; a.i = 3; printf("Weird 구조체의 a.i : %d \n", a.i); return 0; }
성공적으로 컴파일 하였다면
와 같이 잘 실행됩니다. 일단 왜 오류가 나지 않는지 살펴 봅시다. 우리가 전처리기라고 한다면 맨 처음에 첫번째 #include "weird.h" 를 만났을 때 WEIRD_H 가 정의되어 있지 않으므로 #ifndef 가 참이 되어 아래 #define WEIRD_H 가 수행되어 WEIRD_H 라는 것이 정의됩니다. (값은 모르지만 아무튼, 이러한 이름이 정의되었다고 합시다)
또한 헤더파일의 내용도 test.c 로 그대로 복사되죠. 그 후에 실수로 weird.h 를 다시 한 번 include 하였을 때 에는 이미 WEIRD_H 가 정의되어 있는 상태이므로 #ifndef WEIRD_H 가 거짓이 되어 #endif 로 넘어가버려 test.c 에 그 내용이 복사가 안됩니다.
이렇게 하면 헤더파일의 내용이 중복으로 포함되는 것을 막을 수 있습니다. (이는 이미 수많은 헤더파일에서 사용되고 있는 방법입니다) 하지만 #pragma 를 이용하면 훨씬 단순하게 할 수 있는데,
/* #pragma 의 위엄 – weird.h*/ #pragma once struct Weird { char arr[2]; int i; };
/* test.c*/ #include <stdio.h> #include "weird.h" int main() { struct Weird a; a.i = 3; printf("Weird 구조체의 a.i : %d \n", a.i); return 0; }
성공적으로 컴파일 하였다면
와 같이 잘 나옵니다. 이 명령은 컴파일러로 하여금 이 파일이 오직 딱 한 번만 include 될 수 있다는 것을 말해주는데, 이는 위에서 #ifndef 를 이용하여 복잡하게 하였던 작업들을 단순하게 한 문장으로 끝낼 수 있게 됩니다.
또한 #pragma once 의 장점으로 #ifndef 를 이용하는 것 보다 컴파일 시간을 절약할 수 있다는 점인데, #ifndef 를 이용하게 되면 include 하였을 때 전처리기가 직접 헤더파일을 열어 보아서 과연 WEIRD_H 가 정의되었나 정의되지 않았나 확인해 보아야 하는데, pragma once 를 이용하면 한 번 include 되었다면 헤더파일을 다시 열어보지도 않기 때문에 컴파일 시간이 절약되는 효과가 나게 됩니다.
다만 앞에서도 말했듯이 #pragma 관련 키워드들이 컴파일러 종속적이여서 어떤 컴파일러에서는 #pragma once 가 지원이 되지 않을 수 도 있습니다. 따라서 무슨 컴파일러를 사용하는지 보고 #pragma once 를 지원한다면 되도록 이것을 사용하는 것이 도움이 됩니다.
실제로 아래 코드는 stdio.h 의 헤더파일을 열어본 것입니다.
/*** *stdio.h - definitions/declarations for standard I/O routines * * Copyright (c) Microsoft Corporation. All rights reserved. * *Purpose: * This file defines the structures, values, macros, and functions * used by the level 2 I/O ("standard I/O") routines. * [ANSI/System V] * * [Public] * ****/ #if _MSC_VER > 1000 #pragma once #endif #ifndef _INC_STDIO #define _INC_STDIO /* 내용 (생략) */ #endif /* _INC_STDIO */ #ifndef _INC_STDIO #define _INC_STDIO /* 내용 (생략) */ #endif /* _INC_STDIO */
위 헤더파일에서 사용하는 컴파일러마다 어떠한 키워드를 사용할 수 있게 하였는지 알 수 있는데,
#if _MSC_VER > 1000 #pragma once #endif
를 보면 _MSC_VER 이 1000 보다 크면 #pragma once 키워드를 사용하라고 되어있습니다. _MSC_VER 은 마이크로소프트 사의 전처리기에 의해 기본적으로 정의되어 있는 상수로 컴파일러의 버전을 나타내는데, Visual C++ 의 경우 _MSC_VER 값이 1000 부터 시작 하여 현재 2008 버전은 1500 의 값을 가지고 있습니다. 즉, 현재 버전의 컴파일러의 경우 _MSV_VER > 1000 이 참이 되므로 #pragma once 키워드를 이용하게 됩니다. 구 버전의 컴파일러는 그 아래
#ifndef _INC_STDIO #define _INC_STDIO … #endif /* _INC_STDIO */
과 같이 C 표준 방식의 형태를 사용하도록 되어 있는 것을 볼 수 있습니다.
자. 이제 C 언어의 가장 뒷부분인 typedef, volatile, #pragma 와 같은 키워들에 대해서도 모두 알아 보았습니다. 이제 더이상 강의할 내용들도 별로 없는 것 같아서 슬프네요 ㅠㅠ. 아무튼 제 강의를 읽는 모든 분들, 즐거운 성탄절을 보내시기 바랍니다 :)
생각해 볼 문제
문제 1
MSDN 에 들어가서 #pragma 와 연관된 키워드들을 잘 살펴보시기 바랍니다.http://msdn.microsoft.com/en-us/library/d9x1s805%28v=VS.71%29.aspx
