CHAPTER 14 구조체

"저는 걷는 게 느린 사람입니다. 그러나 절대로 되돌아가지는 않습니다." _에이브러햄 링컨

14.1 구조체가 필요한 이유

자료형이 서로 다르지만 함께 사용하면 편리한 데이터 오브젝트끼리 모으는 것이 목적.

마치 새로운 변수형인 것처럼 사용하는 게 가능하다. (structure variables)

dot(.) 연산자를 이용해 structure variable 의 멤버에 접근할 수 있다.

struct patient
{
  char name[MAX_NAME];
  float height;
  float weight;
  int age;
};

struct Patient p1, p2, p3;

14.2 구조체의 기본적인 사용법

구조체를 정의할 때 그 이름은 식별자라고 하기 보다 꼬리표(tag) 라고 한다. C++ 의 클래스와 달리 구조체의 태그는 굳이 대문자로 사용하자는 코딩 컨벤션이 없다.

구조체를 선언하는 단계에서는 메모리가 할당되지 않고, 구조체 변수가 선언되어야 그 때 메모리가 할당된다.

dot(.) 이 member access operator 로써 활용된다.

배열을 초기화하는 것과 비슷하게 uniform initialization 을 할 수 있다.

struct patient
{
  char name[MAX_NAME];
  float height;
  float weight;
  int age;
};

struct patient patient1 = {
  "Joshua Kim",
  180.0f,
  80.0f,
  25
};

Designated initializers 방식으로 초기화하면, 순서와 관계없이 초기화도 가능하다.

struct patient patient1 = {
  .height = 180.0f,
  .age = 25
  .name = "Joshua Kim",
  .weight = 80.0f,
};

구조체 변수에 대한 포인터도 선언이 가능하다. 다만 이 경우 멤버 접근 연산자가 dot(.) 이 아닌 arrow(->) 가 된다. de-referencing 해서 . 을 사용해도 되고.

tag 없이 구조체를 정의하고 곧바로 구조체 변수를 만들어 쓸 때도 있다.

struct {
  char farm[MAX];
  float price;
} apple, apple2;

typedef 와 함께 쓰는 경우가 많다. 구조체 자체를 새로운 자료형인 것처럼 쓰는 것이다. 구조체의 tag를 생략하고 본래 tag 로 쓰려고 했던 이름을 typedef 를 이용한 구조체 변수로 선언해서 자료형인 것처럼 쓰는 사례가 많다.

typedef struct person person;
person p4;

typedef struct {
  char name[MAX];
  char hobby[MAX];
} friend;  // 아예 이런식으로 꼬리표(tag)를 뒤에 붙인 것처럼 사용.

friend f4;

14.3 구조체의 메모리 할당

1 바이트짜리 char 자료형이 구조체의 멤버로 있을 때, 그 구조체의 변수의 메모리 크기를 출력해보면 char 이 4바이트를 차지하고 있다. 이렇게 컴파일러가 빈공간을 채워주는 걸 구조체 멤버의 정렬을 위해 padding 이 있다고 말한다. cpu 와 메모리 간 데이터 전송의 효율을 위한 것으로, x86 에서는 데이터 전송단위인 1 word 가 4바이트, x64 에선 8바이트다.

14.6 구조체와 포인터

구조체의 포인터 변수가 멤버에 접근하려면 dot(.) 이 아닌 arrow(->) 로 접근해야 한다.

같은 구조체 변수끼리는, 대입연산자를 통해 값을 복사해올 수 있다.

struct my_data d2 = d1;
위 경우, d1 구조체 변수에 있는 멤버 값들이 d2 에 복사된다. 정적 배열일 때도 복사되어 새로운 메모리 주소를 가지게 되지만, 동적 할당 배열일 때는 같은 주소를 공유한다.

14.7 구조체를 함수로 전달하는 방법

함수에 구조체 변수를 그냥 넘기면 복사되어 넘어간다. 복사를 하는 과정에서 메모리 낭비와 성능 낭비가 발생하므로, 포인터로 넘겨주는 게 좋다.

14.8 구조체와 함수 연습 문제

s_gets() 대신 scanf("%[^\n]%*c", ptr_nc->first) 를 써서 성능을 높일 수 있다. %[^\n] 은 줄바꿈이 나올 때까지 문자열을 받으라는 뜻이며, %*c 는 c를 하나 무시하라는 것으로, 이 문맥상으로는 줄바꿈기호(\n) 을 하나 무시하게 된다. 즉 사용자가 입력한 문자열을 줄바꿈 기호를 무시하고 입력받게 된다.

// s_gets(ptr_nc->first, NLEN);
flag = scanf("%[^\n]%*c", ptr_nc->first);

14.10 복합 리터럴

마치 익명함수처럼, 구조체를 좀더 간편하게 이용하는 방법.

구조체 변수를 맨 처음 {} 를 이용해 초기화 한 이후에는 같은 방식으로 내용을 바꿔서 재 초기화 할 수는 없다. 그런데 구조체 멤버 하나하나를 수정하는 게 너무 귀찮다면, 복합 리터럴을 이용해서 값을 재대입할 수 있다. 복합 리터럴인 이유는 구조체가 다양한 자료형의 모음이기 때문이다.

/// 이미 위에서 book_to_read 라는 book 구조체의 변수가 초기화 된 상황.
book_to_read = (struct book){"Alice in wonderland", "Lewis", 20.3f};

복합 리터럴은 신기하게도 L-value 이다. 그래서 구조체 포인터를 매개변수로 받는 함수에 넘겨줄 수 있다.

area = rect_area_ptr(&(struct rectangle) {.height = 3.0, .width =2.0});

신축성있는 배열 멤버

구조체 멤버중 배열이 있을 때, values[] 같이 몇 칸의 배열인지 정적으로 선언해놓지 않고, 구조체 변수를 포인터 변수로 초기화 할 때 필요한 길이만큼 동적 할당을 해서 쓰면 신축성 있는 배열 멤버라고 한다. 이 때 이 배열의 메모리 크기가 구조체 변수의 메모리 크기에 합산되지 않는다. 그렇지만 동적 할당된 메모리 주소가 다른 구조체 멤버의 메모리 주소와 연속되게 배정받기 때문에 위치가 예측가능하다는 장점이 있다.

14.12 익명 구조체

nested structure member 를 이름 없이 정의해놓으면 익명 구조체 멤버라고 한다. 이 경우, 오히려 그 이름에 접근해야 하는 단계가 생략되어 접근이 간편해진다.

struct names
{
  char first[20];
  char last[20];
};

// struct person
// {
//   int id;
//   struct names name; // nested
// } // 이렇게 다른 struct 를 가져다 쓰는 대신

struct person
{
  int id;
  struct { char first[20];
  char last[20]; } // 직접 입력 anonymous structure
};

struct person ted = {123, {"Bill", "Gates"}};

puts(ted.first); // 이렇게 바로 접근 가능.

14.14 구조체 파일 입출력 연습문제

제대로 공부 안 함.. 꽤 종합적인 공부가 필요.
구조체를 파일에 저장하거나 불러오는 방법

14.15 공용체의 원리

'조합' 이라고 번역되며, 구조체와 겉보기에 유사한 문법을 쓴다.

멤버들이 각각 메모리를 차지하는 구조체와 달리 공용체는 서로 다른 자료형을 가진 데이터들이 같은 메모리 공간을 공유한다.

공용체의 멤버중 가장 큰 자료형의 메모리 크기가 배정이 되며, 모든 멤버의 시작 주소가 동일하다.

14.16 공용체와 구조체를 함께 사용하기

어떤 구조체의 멤버를 공용체로 두어, 상황에 따라 다른 nested 구조체 멤버를 불러오는 방법을 쓴다.

union data {
  struct personal_owner po;
  struct company_owner co;
}

struct car_data {
  char model[15];
  int status; // 0 이면 개인, 1이면 법인
  union data ownerinfo;
}

물론 이렇게 구조체와 공용체를 일일이 따로 선언해놓기 보다는 익명 구조체와 익명 공용체를 이용해서 접근성을 높이는 경우가 많다. (아래 내용 참고)

14.17 익명 공용체

익명 구조체와 익명 공용체를 잘 활용하면 유연한 구조체를 만들어 사용할 수 있다. 아래 예시를 보면, 어떤 구조체를 사용하든지 상관없이, 같은 for 문으로 출력 가능하다는 것을 알 수 있다.

struct Vector2D {
  union {
    struct {double x, y;};
    struct {double i, j;};
    struct {double arr[2];};
  };
};

typedef struct Vector2D vec2;

vec2 v = { 3.14, 2.99 };
printf("%.2f %.2f\n", v.x, v.y);
printf("%.2f %.2f\n", v.i, v.j);
printf("%.2f %.2f\n", v.arr[0], v.arr[1]);

// 어떤 구조체를 이용하든 간에 아래 for 문으로 공통되게 출력 가능.
for (int d = 0; d < 2; d++)
{
  printf("%.2f ", v.arr[d]);
}

14.18 열거형 EnumeratedTypes

0 부터 나열된 정수 숫자에 이름을 붙여주는 것처럼 작동한다. 마치 매크로로 #define red = 0 인 것처럼 배정하는 것이다. red 와 0 을 동일시 하는 것이지 "red" 같은 문자열을 배정하는 게 아니라는 점에 주의하자. 즉 printf(red); 를 한다고 "red" 가 출력되지는 않는다. 단순히 나열하지 않고 직접적인 정수를 선언해주면, 그것을 기점으로 그 정수에 1을 더한 정수가 대입된다.

enum spectrum { red, orange, yellow, green = 10, blue, violet}; // red 가 0, green 부터는 10, 11.. 이 됨

enum spectrum color;
color = blue;
if (color == yellow)
{
  printf("Yellow");
}

14.21 함수 포인터의 원리

함수 자체가 배열과 같이 함수가 저장된 주소를 가리키고 있기 때문에 굳이 & 를 붙이지 않아도 된다.

함수 포인터를 만들 때는 반환 자료형과, 매개변수들의 자료형을 써야 한다. 같은 맥락에서, 함수 포인터로 함수를 실행시킬 때 굳이 de-referencing 해주지 않아도 된다.

int f2(char i)
{
  return i+1;
}

int (*pf2)(char) = f2; // &f2 도 가능

int a = (*pf2)('A'); // pf2('A'); 도 가능.

함수 자체는 문자열과 마찬가지로 프로그램 코드 영역, 즉 주소가 가장 낮은 Read-only 영역에 저장되지만, 함수포인터 변수는 스택에 저장된다.

14.22 함수 포인터의 사용 방법

함수 포인터는 어떤 함수의 매개변수로 함수를 넘겨주고 싶을 때 주로 쓰인다. 즉 그 함수 내에서 어떤 함수를 사용할 지 갈아 끼울 수 있는 것이다.

14.24 복잡한 선언을 해석하는 요령

* 보다 () 과 [] 의 우선순위가 높다.
안쪽에서 바깥쪽으로 읽자.

LazyCoder

따배씨(따라 배우는 C언어_홍정모) Chapter14