모두의 코드
씹어먹는 C 언어 - <9. 만약에... 2탄 (switch 문)>
switch문에 대한 이해, 내부적 처리에 대한 간단한 설명
안녕하세요 여러분. 그 동안 잘 지내셨는지요? 제가 그 동안 바뻐서 글을 많이 못 올렸으나 일이 잘 해결되어서 이제 더이상 이전처럼 바쁘지 않겠네요. 아무튼, 지금까지 제 강좌를 보시느라 오랫동안 기다려 주신 분들께 정말 감사하다고 생각되고 아직까지도 C 언어를 배우고자 하는 열정이 사그라들지 않은 여러분들은 최고의 C 언어 프로그래머가 될 것이라 믿습니다.
이번 강좌에서는 if 문의 친구인 switch 문에 대해 배워 보도록 하겠습니다. switch 문이 if 문의 친구라고 한 이유는 하는 일이 정말로 if 문과 비슷하기 때문이죠. 일단, 아래의 초-간단한 강아지 시뮬레이션을 보세요.
/* 마이펫 */ #include <stdio.h> int main() { int input; printf("마이펫 \n"); printf("무엇을 하실 것인지 입력하세요 \n"); printf("1. 밥주기 \n"); printf("2. 씻기기 \n"); printf("3. 재우기 \n"); scanf("%d", &input); if (input == 1) { printf("아이 맛있어 \n"); } else if (input == 2) { printf("아이 시원해 \n"); } else if (input == 3) { printf("zzz \n"); } else { printf("무슨 명령인지 못 알아 듣겠어. 왈왈 \n"); } return 0; }
성공적으로 컴파일 하였다면
실행 결과
마이펫 무엇을 하실 것인지 입력하세요 1. 밥주기 2. 씻기기 3. 재우기 1 아이 맛있어
와 같이 3 가지 명령에 대해 반응하고 알 수 없는 명령은 '무슨 명령인지 못 알아 듣겠어. 왈왈' 라고 내보냅니다.
그런데, 만약 강아지가 위 3 가지 명령만 반응하는 것이 아니라 10 가지 명령에 반응하게 하고 싶다고 합시다. 그렇다면 여러분은 아마도 아래와 같이 할 것 입니다. (참고로 아래 '...' 인 부분은 필자가 쓰기 귀찮아서 생략한 부분 입니다.)
if (...) { ... } else if (...) { ... } else if (...) { ... } else if (...) { ... } else if (...) { ... } else if (...) { ... } else if (...) { ... } else if (...) { ... } else if (...) { ... } else if (...) { ... }
음, 아마도 위 소스코드를 보는 사람이 상당히 불편하게 느낄 것이라고 생각되지 않나요? 물론 보는 이에 따라 다르겠지만 아마 대부분의 사람이 그렇게 생각할 것 입니다. 아마 실제로 사람들과 함께 프로젝트를 진행 할 때 위와 같은 소스를 남발하게 된다면 읽는이도 불편하고 쓰는 사람도 손목이 많이 아플 것 입니다. (물론 Ctrl + v 신공이 있기는 하지만...)
따라서, 위와 같이 동일한 변수에 대해 비교문이 반복되는 경우에 아래와 같이 깔끔한 switch 문을 적용 시킬 수 있습니다.
/* 업그레이드 버전 */ #include <stdio.h> int main() { int input; printf("마이펫 업그레이드\n"); printf("무엇을 하실 것인지 입력하세요 \n"); printf("1. 밥주기 \n"); printf("2. 씻기기 \n"); printf("3. 재우기 \n"); scanf("%d", &input); switch (input) { case 1: printf("아이 맛있어 \n"); break; case 2: printf("아이 시원해 \n"); break; case 3: printf("zzz \n"); break; default: printf("무슨 명령인지 못 알아 듣겠어. 왈왈 \n"); break; } return 0; }
아마 컴파일 된 결과는 위와 동일하게 나올 것 입니다. 이제, 위 소스 코드에서 가장 중요한 부분인 switch 문 부분을 살펴보도록 합시다.
switch (input) { case 1: printf("아이 맛있어 \n"); break; case 2: printf("아이 시원해 \n"); break; case 3: printf("zzz \n"); break; default: printf("무슨 명령인지 못 알아 듣겠어. 왈왈 \n"); break; }
switch 문의 기본 구조는 아래와 같습니다.
switch (/* 변수 */) { case /* 값1 */: // 명령들; break; case /* 값2 */: // 명령들; break; //.. (생략) .. }
이 때, 변수 부분에는 값1, 값2, ... 들과 비교할 변수가 들어가게 됩니다. 위 예제의 경우 input 을 1 과 2 와 3 과 비교해야 했으므로 변수 부분에는 input 이 들어가게 됩니다. 이 때 switch 문에 사용될 변수로는 반드시 정수 데이터를 보관하는 변수여야 합니다. 다시말해 '변수' 부분에 들어가는 변수들의 타입은 char, short, int, long 중의 하나여야 합니다. 만약 input 이 float 이나 double 이라면 컴파일시 오류가 발생되게 됩니다.
변수 == 값1 일 때, 가장 맨 위의 case 의 명령이 실행됩니다. 위 예제의 경우 1 이 입력되면 case 1: 이 참이 되므로 그 case 안의 내용들이 모두 실행됩니다. 이 때 각 명령들을 모두 실행한 후 break 를 만나면 switch 문을 빠져 나가게 됩니다.
예를 들어서 1 이 입력되었다면 case 1: 이 참이므로 printf("아이 맛있어 \n"); 와 break; 가 실행되어 "아이 맛있어" 를 출력하고 break 를 통해 switch 문을 빠져 나가게 됩니다.
만약 변수 == 값2 라면 case 값1 은 실행되지 않고 case 값2 만 실행되게 됩니다.
또한 주의할 점으로는 '값' 에 위치하는 것들이 무조건 상수 이여야 한다는 것입니다. 만약 '값' 부분에 변수들이 오게된다면 오류가 발생하게 되는데 그 이유는 switch 문의 내부적인 처리 방법 때문입니다. (아래쪽 설명 되어 있습니다.)
마지막으로 switch 문의 default 는 if 문의 else 와 같은 역할을 합니다. 이도 저도 아닌 것들이 오는 case 이죠. 즉 위 예제의 경우 input 이 1 도 2 도 3 도 아닐 때 도달하는 경우가 됩니다.
그런데 위 switch 문에서 등장한 break 는 어디서 많이 본 것 같지 않습니까? 만약 그런 생각이 들었다면 당신은 C 언어 공부를 아주 충실히 하고 있다고 생각 됩니다. (만약 잘 모르겠다면 여기를 클릭하세요) break; 문을 실행하면 아래의 모든 case 들을 무시하고 switch 밖으로 빠져나가기 때문에 밥을 주었는데 강아지가 '아이 맛있어' 라고 할 일은 없게 됩니다.
하지만 만약 여러분이 break; 문을 빠뜨리게 되면 위와 같은 상황이 벌어질 수 있습니다.
/* 실패작 */ #include <stdio.h> int main() { int input; printf("마이펫 업그레이드\n"); printf("무엇을 하실 것인지 입력하세요 \n"); printf("1. 밥주기 \n"); printf("2. 씻기기 \n"); printf("3. 재우기 \n"); scanf("%d", &input); switch (input) { case 1: printf("아이 맛있어 \n"); case 2: printf("아이 시원해 \n"); case 3: printf("zzz \n"); default: printf("무슨 명령인지 못 알아 듣겠어. 왈왈 \n"); } return 0; }
성공적으로 컴파일 한다면
실행 결과
마이펫 업그레이드 무엇을 하실 것인지 입력하세요 1. 밥주기 2. 씻기기 3. 재우기 1 아이 맛있어 아이 시원해 zzz 무슨 명령인지 못 알아 듣겠어. 왈왈
와 같이 웃지 않을 수 없는 상황이 벌어집니다. 여러분들이 1 을 입력한다면 case 1: 이 실행되어 그 내용들이 모두 실행되지만 break 문으로 switch 문을 빠져 나가지 못해서 아래 case 들 까지 줄줄이 실행되어 위와 같은 꼴을 볼 수 있습니다.
/* 영어 말하기 */ #include <stdio.h> int main() { char input; printf("(소문자) 알파벳 읽기\n"); printf("알파벳 : "); scanf("%c", &input); switch (input) { case 'a': printf("에이 \n"); break; case 'b': printf("비 \n"); break; case 'c': printf("씨 \n"); break; default: printf("죄송해요.. 머리가 나빠서 못 읽어요 \n"); break; } return 0; }
성공적으로 컴파일 하였다면
실행 결과
(소문자) 알파벳 읽기 알파벳 : b 비
와 같이 나옵니다.
사실, 여기에 의문이 드는 사람들도 있습니다. 아까 위에서 switch 문은 정수 데이터만 처리한다고 했는데 왜 여기서는 문자 데이터도 처리가 되는 것인가?
그런데, 안타깝게도 이러한 의문이 5 초 이내로 해결되지 않으면 아마 앞에서 배운 내용을 까먹으셨을 것입니다. (그 내용을 보려면 여기를 클릭하세요) 왜냐하면 컴퓨터는 문자와 숫자를 구분 못합니다. 컴퓨터는 문자를 모두 숫자로 처리한 뒤, 우리에게 보여줄 때 에만 문자로 보여주는 것이지요. 따라서, 문자 = 정수 라고 생각해도 거의 무방합니다.
이쯤 switch 문을 배우고 나면 드는 의문이 하나 있습니다.
"정말로 switch 문이 우리에게 필요한가? if - else 로 다 해결되는데 왜 귀찮게 switch 문을 만들었을까? 차이는 단지 겉으로 얼마나 깔끔한지가 다를 뿐인데... 내부적으로 switch 문과 if-else 와는 차이가 없나요?"
정말로, 훌륭한 생각이라고 생각합니다. 위 질문에 대한 답변을 정확하게 이해하려면 어셈블리어에 대한 이해가 필요로 합니다.
(참고로 if 문과 switch 문의 차이에 대한 설명을 자세하게 잘 다루는 곳)
위에 링크 걸은 사이트에 들어가 내용을 모조리 이해한다면 더할 나위 없이 좋겠으나 아마 C 언어를 처음 배우는 사람들의 경우 거의 이해를 못할 것이니 제가 간단하게 설명 드리겠습니다. (만약 아래의 내용을 이해하지 못하더라고 그냥 넘어가세요. 사실 어셈블리어를 배우지 않은 이상 이해하기 힘듭니다)
switch 문 이용
위 두 그림은 같은 소스 코드를 switch 문과 if 문을 이용하여 나타난 것입니다. 사실, 외형적으로 동작하는 것은 차이가 없습니다. 단지 내부적으로 어떻게 처리되냐가 다를 뿐이지요.
일단 if 문의 경우 각 경우 마다 값들을 비교 합니다. 위 경우 값을 3 번 비교하겠네요. 왜냐하면 if 가 1 번, else if 가 2 번이고 else 의 경우 값의 비교 없이 자동으로 처리되는 것이므로 총 3 번 비교하게 됩니다. 즉, if 문을 이용하면 각 case 의 경우 비교하게 되므로 최악의 경우 모든 case 에 대해 값을 비교하는 연산 (어셈블리어에서는 CMP 연산을 합니다.) 을 시행하게 됩니다.
그런데 switch 문은 사뭇 다릅니다. switch 의 경우 내부적으로 jump table 이라는 것을 생성합니다. 이 때, jump table 의 크기는 case 의 값들에 따라 달라지는데, 예를 들어서 어떤 switch 문의 경우 case 1: ~ case 10: 까지 있었다고 합시다. 그렇다면 jump table 에는 값들이 0 부터 9 까지 들어가게 됩니다. 여기서 우리는 왜 case 값: 할 때, '값' 부분에 변수가 위치하면 안되는지 알게 됩니다. jump table 은 프로그램 초기에 작성 되기 때문에 이미 switch 문이 실행되기 전에 jump table 이 작성되게 됩니다. 따라서, '값' 부분에 변수가 들어가게 되면 jump table 에 무엇이 올지 알 수 없으므로 변수를 사용하면 안되는 것입니다.
이 값들은 무엇을 의미하냐면 각 case 별로 명령들이 위치한 곳의 주소를 가리키는데 예를 들어서 1 인 지점으로 점프하게 되면 "아이 시원해" 가 나오고 0 인 지점으로 점프하게 되면 "아이 맛있어" 라고 출력하라는 내용의 명령문들이 나옵니다. 이제, 변수의 값에 따라 변수가 3 이라면 jump table 의 3 번째 원소를 찾아서 그 값에 해당하는 곳으로 점프하게 됩니다.
(실제로 switch 문이 처리되는 과정은 이보다 약간 더 복잡하지만 어셈블리어를 배우지 않은 현재 상황으로써는 최선이라 생각됩니다)
따라서, switch 문을 이용하면 case 에 따라 CMP 연산이 늘어나는 것이 아니라 jump table 의 크기만 커질 뿐 성능에 있어서는 전혀 영향을 받지 않게 됩니다.
결론적으로 이야기 하자면 switch 문이 효과적으로 처리되기 위해서는 case 의 '값' 들의 크기가 그다지 크지 않아야 하고, '값' 들이 순차적으로 정렬되어 있고, 그 '값' 끼리의 차이가 크지 않다면최고로 효율적인 switch 문을 이용할 수 있게 됩니다.
생각해 보기
문제 1
switch 문의 '값' 부분에 왜 정수만 와야 되는지 아십니까?(난이도 : 中上)
문제 2
앞서, switch 문이 내부적으로 처리 되는 부분에서 case 1: ~ case 10: 일 때 만 생각하였는데, 만약 case 1:, case 3:, case 4:, case 10: 과 같이 불규칙 적으로 switch 문이 적용된다면 컴퓨터는 jump table 를 어떻게 작성할까요 (난이도 : 最上)
뭘 배웠지?
어떤 정수 변수에 대해서 반복적으로 사용하는 if-else 문이 있다면 switch 를 사용하면 더 깔끔하게 바꿀 수 있습니다.
각 case 문 안에서 적절히 break 하는 것을 빠뜨리면 안됩니다.
default 를 사용하면 else 문과 같은 효과를 낼 수 있습니다.
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