기본적인 입출력
C언어에서는 기억장치에 저장되는 파일을 다루는 것과 마찬가지 방식으로 입출력 장치를 다룹니다.
따라서 키보드, 모니터와 같은 대부분의 콘솔 장치도 C 프로그램에서는 자동으로 열리는 파일처럼 다뤄집니다.
C언어에서는 stdin 표준 스트림을 통해 입력 장치를 다루며, stdout 표준 스트림을 통해 출력 장치를 다루게 됩니다.
스트림(stream)
C 프로그램은 파일이나 콘솔의 입출력을 직접 다루지 않고, 스트림(stream)이라는 것을 통해 다룹니다.
스트림(stream)이란 실제의 입력이나 출력이 표현된 데이터의 이상화된 흐름을 의미합니다.
즉, 스트림은 운영체제에 의해 생성되는 가상의 연결 고리를 의미합니다.
C언어에서 파일과의 연결을 위한 스트림은 사용자가 직접 생성하고 소멸시켜야 합니다.
하지만 콘솔 장치에 대한 스트림은 프로그램 실행 시 자동으로 생성되며, 프로그램 종료 시 자동으로 소멸합니다.
C언어에서 기본적으로 제공되는 표준 스트림(standard stream)은 다음과 같습니다.
|
표준 스트림 |
설명 |
|
stdin |
표준 입력 스트림 |
|
stdout |
표준 출력 스트림 |
|
stderr |
표준 오류 스트림 |
EOF(End Of File)
운영체제에서 파일의 끝을 탐지하는 방법은 운영체제마다 약간씩 다릅니다.
하지만 C언어는 운영체제와 상관없이, 파일의 끝에 도달했을 때 언제나 특별한 값을 반환하도록 합니다.
그 값을 EOF(End Of File)라고 하며, 실제로 이 값은 -1을 나타냅니다.
파일뿐만 아니라 키보드를 통한 입력 시에도 입력의 끝을 알려주는 방법이 필요합니다.
대부분의 유닉스(UNIX) 시스템에서는 라인의 시작 위치에서 Ctrl+D를 누르면 EOF를 발생시킬 수 있습니다.
윈도우 명령창에서는 해당 라인의 어디에서든 Ctrl+Z를 누르고 나서 Enter를 누르면 EOF를 발생시킬 수 있습니다.
다음 예제는 사용자가 EOF를 입력할 때까지 계속해서 영문자를 한 문자씩 입력받는 예제입니다.
예제
#include <stdio.h>
int main(void)
{
char ch;
printf("EOF가 입력될 때까지 영문자를 계속 입력받습니다 :\n");
printf("(윈도우에서 EOF의 강제 발생은 Ctrl+Z를 누르고 나서 Enter를 누르면 됩니다)\n");
while ((ch = getchar()) != EOF)
{
putchar(ch);
}
return 0;
}
단일 문자 입력 함수
C언어에서 하나의 문자를 입력할 때에는 getchar() 함수나 fgetc() 함수를 사용합니다.
getchar() 함수
getchar() 함수는 표준 입력 스트림(stdin)인 키보드로부터 하나의 문자를 입력받는 함수입니다.
getchar() 함수의 원형은 다음과 같습니다.
원형
#include <stdio.h>
int getchar(void);
fgetc() 함수
fgetc() 함수는 getchar() 함수와 마찬가지로 표준 입력 스트림(stdin)인 키보드로부터 하나의 문자를 입력받는 함수입니다.
하지만 getchar() 함수와는 달리 문자를 입력받을 스트림을 인수로 전달하여 직접 지정할 수 있습니다.
따라서 fgetc() 함수는 키보드뿐만 아니라 파일을 통해서도 문자를 입력받을 수 있습니다.
fgetc() 함수의 원형은 다음과 같습니다.
원형
#include <stdio.h>
int fgetc(FILE *stream);
단일 문자 출력 함수
C언어에서 하나의 문자를 출력할 때에는 putchar() 함수나 fputc() 함수를 사용합니다.
putchar() 함수
putchar() 함수는 표준 출력 스트림(stdout)인 모니터에 하나의 문자를 출력하는 함수입니다.
putchar() 함수의 원형은 다음과 같습니다.
원형
#include <stdio.h>
int putchar(int c);
fputc() 함수
fputc() 함수는 putchar() 함수와 마찬가지로 표준 출력 스트림(stdout)인 모니터에 하나의 문자를 출력하는 함수입니다.
하지만 putchar() 함수와는 달리 문자를 출력할 스트림을 인수로 전달하여 직접 지정할 수 있습니다.
따라서 fputc() 함수는 모니터뿐만 아니라 파일을 통해서도 문자를 출력(저장)할 수 있습니다.
fputc() 함수의 원형은 다음과 같습니다.
원형
#include <stdio.h>
int fputc(int c, FILE *stream);
다음 예제는 단일 문자 입출력 함수를 사용하여, 'x'문자가 입력될 때까지 계속해서 영문자를 입력받고 출력하는 예제입니다.
예제
#include <stdio.h>
int main(void)
{
char ch;
printf("x가 입력될 때까지 영문자를 계속 입력받습니다 :\n");
while ((ch = getchar()) != 'x')
{
putchar(ch);
}
printf("x를 입력하셨습니다.\n");
return 0;
}
문자열(string)
C언어에서는 큰따옴표("")를 사용해 표현되는 문자열을 문자열 상수(string constant)라고 합니다.
상수라고 표현하는 이유는 해당 문자열이 이름을 가지고 있지 않으며, 문자열의 내용 또한 변경할 수 없기 때문입니다.
C언어에서 문자열(string)은 메모리에 저장된 일련의 연속된 문자(character)들의 집합을 의미합니다.
따라서 문자형 배열을 선언하면 이 배열이 곧 문자열 변수가 됩니다.
다음 예제는 문자열 상수 및 변수를 선언하는 여러 방법을 보여주는 예제입니다.
예제
char str01[] = "This is a string."; // 크기를 지정하지 않은 문자열 변수 선언
char str02[7] = "string"; // 크기를 지정한 문자열 변수 선언
printf("이것은 문자열 상수입니다.\n"); // 문자열 상수
printf("문자열 str01에 저장되어 있는 문자열은 \"%s\"입니다.\n", str01);
printf("문자열 str02에 저장되어 있는 문자열은 \"%s\"입니다.\n", str02);
printf() 함수에서 사용된 '%s'는 문자열을 표현하기 위한 입출력 서식 문자입니다.
널(NULL) 문자
문자형 배열로 선언된 문자열 변수는 문자열의 끝을 프로그램에 따로 알려주어야 합니다.
그래야만 프로그램이 실제 문자열에 속한 값과 그 외의 쓰레깃값을 구분할 수 있습니다.
따라서 C언어에서는 문자열에 속한 데이터가 끝나면, 문자열의 끝을 의미하는 문자를 하나 더 삽입해 줍니다.
이 문자를 널(NULL) 문자라고 하며, '\0'으로 표시하고 아스키코드값은 0입니다.
다음 예제는 널 문자를 이용하여 널 문자를 제외한 문자열의 길이를 계산하여 출력해주는 예제입니다.
예제
int str_len = 0;
char str[] = "string";
while (str[str_len] != '\0') // 널 문자가 나올 때까지 길이를 증가함
{
str_len++;
}
printf("이 문자열의 길이는 %d입니다.\n", str_len);
문자열 입력 함수
C언어에서 문자열을 입력할 때에는 fgets() 함수를 사용합니다.
fgets() 함수
fgets() 함수는 키보드뿐만 아니라 파일에서도 문자열을 입력받을 수 있는 함수입니다.
fgets() 함수의 원형은 다음과 같습니다.
원형
#include <stdio.h>
char *fgets(char * restrict s, int n, FILE * restrict stream);
fgets() 함수의 첫 번째 인수는 입력받는 문자열을 저장하기 위해 선언한 배열의 시작 주소를 전달합니다.
두 번째 인수로는 입력받을 수 있는 문자열의 최대 길이를 전달하고, 마지막 인수로는 문자열을 입력받을 스트림을 전달합니다.
문자열 출력 함수
C언어에서 문자열을 입력할 때에는 puts()함수나 fputs() 함수를 사용합니다.
puts() 함수
puts() 함수는 표준 출력 스트림(stdout)인 모니터에 하나의 문자열을 출력하는 함수입니다.
이 함수는 모니터에 문자열을 출력한 다음에 자동으로 줄을 바꿔줍니다.
puts() 함수의 원형은 다음과 같습니다.
원형
#include <stdio.h>
int puts(const char *s);
puts() 함수는 인수로 출력할 문자열을 가리키는 포인터를 전달합니다.
fputs() 함수
fputs() 함수는 모니터뿐만 아니라 파일을 통해서도 문자를 출력(저장)할 수 있는 함수입니다.
이 함수는 puts() 함수와는 달리 문자열을 출력한 다음에 자동으로 줄을 바꿔주지 않습니다.
fputs() 함수의 원형은 다음과 같습니다.
원형
#include <stdio.h>
int fputs(const char * restrict s, FILE * restrict stream);
fputs() 함수의 첫 번째 인수는 출력할 문자열을 가리키는 포인터를 전달합니다.
두 번째 인수로는 문자열을 출력할 스트림을 전달합니다.
다음 예제는 문자열 입출력 함수를 사용하여, 사용자가 입력한 문자열을 그대로 출력하는 예제입니다.
예제
#include <stdio.h>
int main(void)
{
char str[100];
fputs("문자열을 입력해 주세요 :\n", stdout);
fgets(str, sizeof(str), stdin);
puts("입력하신 문자열 : ");
puts(str);
fputs("입력하신 문자열 : ", stdout);
fputs(str, stdout);
return 0;
}
실행 결과
문자열을 입력해 주세요 :
C언어 문자열 입출력
입력하신 문자열 :
C언어 문자열 입출력
입력하신 문자열 : C언어 문자열 입출력
위의 예제에서 puts() 함수는 문자열을 출력한 후에 자동으로 줄 바꿈을 해줍니다.
하지만 fputs() 함수는 문자열을 출력한 후에 줄 바꿈을 하지 않습니다.
문자열 처리 함수
C언어에서 문자열이란 마지막에 널 문자를 가지는 문자형 배열로 표현되며, 기본 타입에는 포함되지 않습니다.
따라서 C 컴파일러가 기본 타입을 위해 제공하는 다양한 연산자를 자유롭게 사용할 수 없습니다.
이 때문에 C언어는 문자열을 처리하기 위한 다양한 함수를 별도로 제공하고 있습니다.
C언어에서 제공하는 대표적인 문자열 처리 함수는 다음과 같습니다.
1. strlen() 함수
2. strcat(), strncat() 함수
3. strcpy(), strncpy() 함수
4. strcmp(), strncmp() 함수
5. atoi(), atol(), atoll(), atof() 함수
6. toupper(), tolower() 함수
strlen() 함수
strlen() 함수는 인수로 전달된 문자열의 길이를 반환하는 함수입니다.
이때 문자열 여부를 구분하는 마지막 문자인 널 문자는 문자열의 길이에서 제외됩니다.
strlen() 함수의 원형은 다음과 같습니다.
원형
#include <string.h>
size_t strlen(const char *s);
다음 예제는 strlen() 함수를 이용하여 문자열의 길이를 구하는 예제입니다.
예제
char str[] = "C언어";
printf("이 문자열의 길이는 %d입니다.\n", strlen(str));
utf-8 인코딩 환경에서 한글은 한 문자당 3바이트로 처리됩니다.
strcat()함수와 strncat() 함수
strcat()함수와 strncat() 함수는 하나의 문자열에 다른 문자열을 연결해주는 함수입니다.
strcat() 함수의 원형은 다음과 같습니다.
원형
#include <string.h>
char *strcat(char * restrict s1, const char * restrict s2);
strcat() 함수의 첫 번째 인수로 전달된 문자열은 기준 문자열이 됩니다.
두 번째 인수로 전달된 추가하고자 하는 문자열의 복사본이 기준 문자열 뒤에 추가됩니다.
위의 원형에서 볼 수 있는 restrict 키워드는 포인터의 선언에서만 사용할 수 있는 C99부터 추가된 키워드입니다.
포인터를 선언할 때 이 키워드를 명시하면, 컴파일러는 해당 포인터가 가리키는 메모리에 대한 최적화를 실시합니다.
이때 기준 문자열이 저장된 배열의 공간이 충분하지 않으면, 배열을 채우고 남은 문자들이 배열 외부로 흘러넘칠 수 있습니다.
이러한 현상을 배열 오버플로우(overflow)라고 합니다.
배열 오버플로우 현상을 방지하기 위해서는 strcat() 함수 대신에 strncat() 함수를 사용하는 것이 좋습니다.
strncat() 함수는 strcat() 함수와 하는 일은 같지만, 세 번째 인수로 추가할 문자열의 최대 길이를 지정할 수 있습니다.
이 함수는 널 문자를 만나거나, 추가하는 문자의 개수가 세 번째 인수로 전달된 최대 길이에 도달할 때까지 추가를 계속합니다.
strncat() 함수의 원형은 다음과 같습니다.
원형
#include <string.h>
char *strncat(char * restrict s1, const char * restrict s2, size_t n);
예제
char str01[20] = "C language is "; // 널 문자를 포함하여 15문자
char str02[] = "Cool! and funny!";
//strcat(str01, str02); // 이 부분의 주석 처리를 삭제한 후 실행시키면 배열 오버플로우우가 발생함
strncat(str01, str02, 5); // 이렇게 최대 허용치를 설정해 놓으면 배열 오버플로우우에 대해서는 안전해짐
puts(str01);
위의 예제에서는 우선 널 문자를 포함한 총 14바이트 크기의 문자열을 19바이트 크기의 배열에 저장합니다.
그리고 그 문자열에 정확히 5바이트 크기의 문자열을 추가하는 예제입니다.
이때 strncat() 함수가 아닌 strcat() 함수를 사용해도 괜찮지만, 만약 5바이트 이상의 문자열을 추가하려고 한다면 배열 오버플로우가 발생할 것입니다.
strcpy() 함수와 strncpy() 함수
strcpy() 함수와 strncpy() 함수는 문자열을 복사하는 함수입니다.
strcpy() 함수의 원형은 다음과 같습니다.
원형
#include <string.h>
char *strcpy(char * restrict s1, const char * restrict s2);
strcpy() 함수는 첫 번째 인수로 전달된 배열에, 두 번째 인수로 전달된 문자열을 복사합니다.
하지만 이때 첫 번째 인수로 전달된 배열의 크기가 복사할 문자열의 길이보다 작으면, 배열 오버플로우가 발생합니다.
배열 오버플로우 현상을 방지하기 위해서는 strcpy() 함수 대신에 strncpy() 함수를 사용하는 것이 좋습니다.
strncpy() 함수는 strcpy() 함수와 하는 일은 같지만, 세 번째 인수로 복사할 문자열의 최대 길이를 지정할 수 있습니다.
이 함수는 널 문자를 만나거나, 복사하는 문자의 개수가 세 번째 인수로 전달된 최대 길이에 도달할 때까지 복사를 계속합니다.
strncpy() 함수의 원형은 다음과 같습니다.
원형
#include <string.h>
char *strncpy(char * restrict s1, const char * restrict s2, size_t n);
다음 예제는 strncpy() 함수를 이용하여 문자열의 일부분만을 복사하는 예제입니다.
이렇게 복사한 문자열의 마지막에는 반드시 널 문자를 삽입해 주어야만 C 프로그램이 제대로 문자열로 인식할 수 있습니다.
예제
char str01[20] = "C is Cool!";
char str02[11];
// str02 배열의 크기만큼만 복사를 진행하며, 마지막 한 문자는 널 문자를 위한 것임
strncpy(str02, str01, sizeof(str02)-1);
str02[sizeof(str02)-1] = '\0'; // 이 부분을 주석 처리하면, 맨 마지막에 널 문자를 삽입하지 않음
puts(str02);
다음 예제는 strncpy() 함수를 이용하여 문자열의 일부분만을 수정하는 예제입니다.
strncpy() 함수의 첫 번째 인수에 배열 이름을 이용한 포인터 연산을 사용하여 수정을 시작할 지점을 지정할 수 있습니다.
예제
char str[20] = "C is cool!";
strncpy(str+5, "nice", 4); // 배열 이름을 이용한 포인터 연산으로 수정할 부분의 시작 부분을 지정함
puts(str);
strcmp() 함수와 strncmp() 함수
strcmp() 함수와 strncmp() 함수는 문자열의 내용을 비교하는 함수입니다.
strcmp() 함수의 원형은 다음과 같습니다.
원형
#include <string.h>
int strcmp(const char *s1, const char *s2);
strcmp() 함수는 인수로 두 개의 문자열 포인터를 전달받아, 해당 포인터가 가리키는 문자열의 내용을 서로 비교합니다.
두 문자열의 모든 문자는 아스키 코드값으로 자동 변환되며, 문자열의 맨 앞에서부터 순서대로 비교됩니다.
strcmp() 함수의 상황별 반환값은 다음과 같습니다.
|
반환값 |
설명 |
|
양수 |
첫 번째 인수로 전달된 문자열이 더 큰 경우 |
|
0 |
두 문자열의 내용이 완전히 같은 경우 |
|
음수 |
두 번째 인수로 전달된 문자열이 더 큰 경우임. |
strncmp() 함수는 strcmp() 함수와 하는 일은 같지만, 세 번째 인수로 비교할 문자의 개수를 지정할 수 있습니다.
이 함수는 일치하지 않는 문자를 만나거나, 세 번째 인수로 전달된 문자의 개수만큼 비교를 계속합니다.
strncmp() 함수의 원형은 다음과 같습니다.
원형
#include <string.h>
int strncmp(const char *s1, const char *s2, size_t n);
다음 예제는 strcmp() 함수를 이용하여 두 문자열을 비교하는 예제입니다.
strcmp() 함수는 문자열을 비교하는 함수이므로, 문자를 비교할 때에는 관계연산자 '=='를 사용해야 합니다.
예제
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main(void)
{
char str[20];
char ch;
while (1)
{
puts("미국의 수도를 입력하세요 :");
scanf("%s", str);
if (strcmp(str, "워싱턴") == 0 || strcmp(str, "washington") == 0) // 문자열의 비교
{
puts("정답입니다!");
break;
}
else
puts("아쉽네요~");
fflush(stdin);
puts("\n이 프로그램을 끝내고자 한다면 'q'를 눌러주세요!");
puts("계속 도전하고자 하시면 Enter를 눌러주세요!");
scanf("%c", &ch);
if (ch == 'q') // 문자의 비교
{
break;
}
fflush(stdin);
}
return 0;
}
atoi(), atol(), atoll(), atof() 함수
이 함수들은 인수로 전달된 문자열을 해당 타입의 숫자로 변환시켜주는 함수입니다.
atoi(), atol(), atoll(), atof() 함수의 원형은 각각 다음과 같습니다.
원형
#include <stdlib.h>
int atoi(const char *nptr); // int형 정수로 변환함.
long int atol(const char *nptr); // long형 정수로 변환함.
long long int atoll(const char *nptr); // long long형 정수로 변환함.
double atof(const char *nptr); // double형 실수로 변환함.
다음 예제는 숫자로 이루어진 문자열을 숫자로 변환하여, 곱셈 연산을 수행하는 예제입니다.
예제
char str01[] = "10";
char str02[] = "20";
printf("문자열을 숫자로 변환해서 곱한 값은 %d입니다.\n", atoi(str01) * atoi(str02));
toupper() 함수와 tolower() 함수
이 함수들은 인수로 전달된 문자열의 영문자를 모두 대문자나 소문자로 변환시켜주는 함수입니다.
toupper(), tolower() 함수의 원형은 각각 다음과 같습니다.
원형
#include <ctype.h>
int toupper(int c); // 문자열의 모든 영문자를 대문자로 변환함.
int tolower(int c); // 문자열의 모든 영문자를 소문자로 변환함.
다음 예제는 문자열 내의 모든 영문자를 대문자로 변환하는 예제입니다.
예제
int i, str_len;
char str[] = "Hello C World!";
printf("원래 문자열 : %s\n", str);
str_len = strlen(str);
for (i = 0; i < str_len; i++)
{
str[i] = toupper(str[i]);
}
printf("바뀐 문자열 : %s\n", str);
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