임베디드 제어 관점에서의 C언어 문법 정리

8 분 소요

임베디드 제어 관점에서의 C언어 문법 정리

이번 포스팅은 제가 지금까지 임베디드 펌웨어를 다루면서 C언어 문법 중 사소하지만 중요하다고 생각하는 내용을 정리하려합니다.

포스팅을 통해 정리하면서 막상 쓰지만 잘 인지하고 있지 못하거나 그냥 쓰는 것들 알고보니 햇갈리고 있었던 부분들을 알게된 계기가 되었습니다.

C언어의 기본부터 심화까지 다루어볼 것이고 저의 주관적인 관점이 많이 들어가 있음을 먼저 말씀드립니다.

1. C언어 기본

1.1 연산자

1.1.1 대입연산자 ( = )

연산자 오른쪽 에 있는 값을 연산자 왼쪽 에 있는 변수에 대입한다. ( <– )

오른쪽, 왼쪽을 햇갈리지 말기
나머지 연산자는 왼쪽에서 오른쪽으로 처리

1.1.2 증감연산자 ( ++ , – )

++num : 전위증가. 선 증가 후 연산
num++ : 후위증가. 선 연산 후 증가
–num : 전위감소, 선 감소 후 연산

num– : 후위감소, 선 연산 후 감소

전위증가(감소)는 먼저 변수값을 증가(감소) 후 연산(함수 매개변수 대입 등) 수행.
후위증가(감소)는 먼저 연산(함수 매개변수 대입 등) 후 변수값을 증가(감소) 수행.
소괄호 '(' ')' 의 영향을 받지 않음!

1.1.3 관계연산자 ( < , > , == , != , <= , >= )와 논리 연산자( && , || , ! )

관계연산자가 논리연산자보다 먼저 수행함!
0이 아닌 모든 값은 참(ture)

1.1.4 비트연산자 ( & , | , ^ , ~ , « , » )

비트연산에 사용되는 변수는 변화 없음. 결과만 반환함.

^ : 비트단위 XOR. 두 개의 비트가 서로 다른 경우에 1을 반환.
num«2 : num을 2 칸 왼쪽(«) 이동 결과 반환
num»2 : num을 2 칸 오른쪽(») 이동 결과 반환
```
햇갈리지 말것.
```

1.1.5 조건연산자

(조건식) ? (true_data) : (false_data)

1.1.6 연산자의 우선순위와 결합방향

결합방향? 
=> 우선순위가 동일한 두 연산자가 하나의 수식에 존재하는 경우, 
   어떠한 순서( <-- or --> )대로 연산하는지를 결정한 것

연산자의 우선순위와 결합방향 표

1.2 데이터 표현 방식

1.2.1 2진수, 8진수, 16진수 데이터 표현

int num1 = 15; //10진수의 표현
int num2 = 0b00001111; //0b로 시작하면 2진수로 인식
int num3 = 0x0F; //0x로 시작하면 16진수로 인식
int num4 = 017; //0으로 시작하면 8진수로 인식
```
솔직히 8진수는 쓸일이 없을 거 같다
```

1.2.2 정수의 부호 표현방식

(MSB) 0 0 0 0 0 1 0 1 (LSB) //+5

(MSB) 1 1 1 1 1 0 1 1 (LSB) //-5

가장 최상위 비트(MSB)의 값이 0 이면 양수, 1 이면 음수
하지만, 음의 정수를 표현할 때는 2의 보수를 취함.
음의 정수를 비트 연산 시, 참고할 것.

1.2.3 실수의 오차

0.1을 100번 더한 결과 : 10.000002

실수에 대한 연산 시, 실수 자체가 가지고 있는 '부동 소수점 오차'로 인한 
출력결과의 오차 발생.
=> 절대로! 실수와 정수의 비교 연산 시,
   1. 실수를 정수로 Casting 한 후 비교 연산
      (소수점자리까지 비교하고 싶을 경우, 해당 소수점자리만큼 10을 곱한 후 정수로 Casting 해서 비교할 것.)
   2. 실수와 비교하려는 수의 차이를 구하고 math.h 헤드파일의 fabsf 함수를 사용하여 절댓값으로 만들고
      머신 엡실론(machine epsilon)과 비교하는 방법을 사용할 것.

1.3 자료형

1.3.1 자료형 종류와 데이터의 표현 범위

char : 1바이트
short : 2바이트
int : 2바이트
long : 4바이트
long long : 8바이트
float : 4바이트
double : 8바이트

long double : 8바이트 이상

사용하는 컴파일러에 따라 미세하게 다른 점이 있는 것으로 알고 있다.
(C언어의 표준을 정하는 ANSI에서 자료형 별 크기를 정확히 제한하고 있지 않다.)
특히, short와 int는 최소 2바이트이되, int는 short와 크기가 같거나 더 커야한다.

1.3.2 Sizeof 연산자

int sz1 = sizeof(int); // 자료형 int의 크기를 Byte 단위로 반환.

메모리 공간에서 실제로 소모하는 메모리의 크기를 바이트 단위로 반환해준다.
자신이 사용하는 컴파일러의 자료형 별 바이트 크기를 확인할 수 있다.
절대로 함수가 아니다. 연산자이다.

1.3.3 접미사를 이용한 상수 표현

U : unsigned int ( ex : 1250U )
L : long
UL : unsigned long ( ex : 1250UL )
LL : long long
ULL : unsigned long long

F : float ( ex : 5.42F)

특정 자료형을 기반으로 상수를 표현
특히 임베디드 쪽에서의 연산은 해주는것이 좋았다.
상수의 이름은 꼭 모두 대문자로 표현할 것.

1.3.3 접미사를 이용한 상수 표현

const double PI=3.1415; // PI라는 변수는 상수. 값의 변경 불가함.

값이 변하면 안되는 경우(ex : 레지스터 어드레스 값 등)에 꼭 써줄 것.

1.4 함수

1.4.1 지역 변수(Local Variable)(Automatic Variable)

지역변수는 중괄호{} 내에 선언되는 변수이다

각기 다른 중괄호에 같은 이름의 지역변수를 선언 시, 실제로는 다른 변수로 선언 된다.
(각 지역변수의 메모리 어드레스가 다르다.)
소스 분석 시, 다른 중괄호의 같은 이름의 지역변수는 서로 같다고 생각하지 말 것.
(더더욱 지역변수이름을 저런 방법으로 표현한다면 안 됨)

전역변수와 동일한 이름의 지역변수 선언 시

해당 중괄호{}지역 내에서는 전역변수가 가리워지고, 지역변수로의 접근이 이루어짐.
소스 분석 시, 전역변수와 같은 이름의 지역변수는 서로 같다고 생각하지 말 것.
(더더욱 전역변수와 지역변수이름을 저런 방법으로 표현한다면 안 됨)

1.4.1 static 변수

static 지역 변수 ```
선언된 함수(중괄호) 내에서만 접근이 가능함. (지역변수 특성)
딱 1회 초기화되고 프로세서 종료 시까지 메모리 공간에 존재함. (전역변수 특성)
이 변수가 접근하는 영역이 하나의 함수로 제한해야할 시 적극적으로 사용 할 것. ```
static 전역 변수

1.5 배열

1.5.1 배열 표현

type arr[x] = {…};

1.5.2 문자 배열 vs 문자열

맨 마지막에 NULL문자가 있음 : 문자열
맨 마지막에 NULL문자가 없음 : 문자 배열

1.6 포인터

1.6.1 포인터 기본

- 포인터 변수의 크기
  32bit Processor 일 경우 : 4Byte
  64bit Processor 일 경우 : 8Byte

1.6.2 포인터와 배열

1.6.3 포인터와 문자열 표현

1.6.4 포인터와 함수

Call by value vs Call by reference

- 매우매우 중요함

1.6.5 함수포인터

1.6.6 void 포인터

void 포인터에 함수 주소를 넣는 경우,

1.6.7 const 선언 포인터

2. C언어 깊은 이해

2.1 문자열 관련 함수(string.h)

2.1.1 strlen

#include

size_t strlen(const char * s);

전달된 문자열의 길이 반환. 단, NULL 문자는 포함 X

2.1.2 strcpy, strncpy

#include

char * strcpy(char * dest, const char * src);

src 문자열을 dest에 복사.
복사된 문자열의 주소값 반환.

char * strncpy(char * dest, const char * src, size_t n);

src 문자열을 dest에 복사하되, n 값에 해당하는 문자 수만 큼 복사.
복사된 문자열의 주소값 반환.

2.1.3 strcat, strncat

#include

char * strcpy(char * dest, const char * src);

dest 문자열 뒤에 src 문자열을 덧붙임.
덧붙임의 시작은 NULL 문자가 저장된 위치에서부터임
덧붙여진 문자열의 주소값 반환.

char * strncpy(char * dest, const char * src, size_t n);

dest 문자열 뒤에 src 문자열을 덧붙이되, n 값에 해당하는 문자 수만 큼 복사.
덧붙임의 시작은 NULL 문자가 저장된 위치에서부터임
덧붙여진 문자열의 주소값 반환.

2.1.4 strcmp, strncmp

#include

int strcmp(const char * s1, const char * s2);

s1 문자열과 s2 문자열을 비교
같으면 0, 같지 않으면 0이 아닌 값 반환.

int strncmp(const char * s1, const char * s2, size_t n);

s1 문자열과 s2 문자열을 n 만큼의 문자만 비교
(ASCII 코드값이) s1이 더 크면 0보다 큰 값, s2가 더 크면 0보다 작은 값, s1 과 s2의 내용이 같으면 0 반환.

2.2 문자열 변환 함수(stdlib.h)

2.2.1 atoi

#include

int atoi(const char * str);

str 문자열의 내용을 int형으로 반환

2.2.2 atol

#include

long atol(const char * str);

str 문자열의 내용을 long형으로 반환

2.2.3 atof

#include

double atof(const char * str);

str 문자열의 내용을 double형으로 반환

2.3 구조체(struct)

2.3.1 구조체 기본

구조체 간 대입연산만 가능
(대입연산을 제외한 다른 연산들은 구조체 변수를 대상으로 따로따로(관련함수 구현) 할 것.)

2.3.2 구조체 포인터 변수

기본
구조체의 멤버에 구조체 포인터 변수 선언

구조체 변수의 주소값 = 구조체의 첫 번째 멤버의 주소값

2.4 typedef

기본

가장 마지막에 등장하는(가장 오른쪽에 있는) 단어를 중심으로 새로운 이름이 됨.

2.5 공용체(union)

2.5.1 공용체 기본

2.6 열거형(enum)

2.6.1 열거형 기본

2.7 파일 스트림(stream), 파일 입출력

2.7.1 fopen

#include

FILE * fopen(const char * filename, const char * mode);

성공 시 해당 파일의 FILE 구조체 변수 주소 값 반환, 실패 시 NULL 포인터 반환

2.7.2 fputc

#include
int fputc(int c, FILE * pFile);
```
성공 시 0, 실패 시 EOF(-1)
```

2.7.3 fgetc

#include

int fgetc(FILE * pFile);

문자를 하나가 반환됨. (여러 문자가 있을 시, 여러 번 호출해서 읽어야함)
성공 시 0, 실패 시 EOF(-1)
또한 성공 시, 파일 위치 지시자가 다음 문자를 가리키게 됨.

2.7.4 feof

#include

int feof(FILE * pFile);

파일의 끝에 도달한 경우 0이 아닌 값 반환

2.7.5 fread(바이너리 데이터 입력)

#include

size_t fread(void * buffer, size_t size, size_t count, FILE * stream);

size 크기의 데이터 count개를 stream으로부터 읽어 들여서 buffer에 저장
성공 시 전달인자 count, 실패 또는 파일의 끝 도달 시 count보다 작은 값 반환
count보다 작은 값 반환 시, feof를 이용하여 실패 또는 파일의 끝에 도달했는지 확인해야함.

2.7.6 fwrite(바이너리 데이터 출력)

#include

size_t fwrite(void * buffer, size_t size, size_t count, FILE * stream);

size 크기의 데이터 count개를 buf으로부터 읽어 들여서 fp에 저장
성공 시 전달인자 count, 실패 시 count보다 작은 값 반환

2.7.7 fflush

#include
int fflush(FILE * pFile);
```
성공 시 0, 실패 시 EOF(-1)
```

2.7.8 fclose

#include
int fclose(FILE * pFile);
```
성공 시 0, 실패 시 EOF(-1)
```

2.7.9 fprintf(파일데이터 출력)

#include
int fprintf(FILE * pFile, “…”, …);

2.7.10 fscanf(파일데이터 읽기)

#include
int fscanf(FILE * pFile, “…”, …);

2.7.11 fseek(파일 위치 지시자 이동)

#include
int fseek(FILE * stream, long offset, int wherefrom); ``` stream으로 전달된 파일 위치 지시자를 wherefrom에서부터 offset 바이트 만큼 이동
wherefrom SEEK_SET : 파일 맨 앞에서부터 이동 시작 (0) SEEK_CUR : 현재 위치에서부터 이동 시작 (1) SEEK_END : 파일 맨 끝에서부터 이동 시작 (2) ```

2.7.12 fseek(파일 위치 지시자 위치 찾기)

#include

int ftell(FILE * stream);

stream의 파일 위치 지시자가 가리키는 바이트 위치를 반환
0 부터 시작(첫번째 바이트)

2.8 운영체제 환경에 따른 개행

MS-DOS(Windows) : \r\n
Mac(Mackintosh) : \r
Unix계열(Linux) : \n

2.9 메모리 구조 및 메모리 동적 할당

2.9.1 메모리 구성(단일 스레드)

ㅡㅡㅡㅡㅡ code ㅡㅡㅡㅡㅡ data ㅡㅡㅡㅡㅡ heap ㅡㅡㅡㅡㅡ stack ㅡㅡㅡㅡㅡ

code : 실행할 프로그램의 코드가 저장되는 공간
data : 전역변수, static 지역변수. 프로세스 종료시까지 남아있게 됨
heap : 원하는 시점에 원하는 영역만큼 할당~소멸을 할 수 있는 영역
stack : 지역변수, 매개변수.(RTOS에서는 ~~~) 해당 함수를 빠져나가면 소멸

2.9.2 malloc, free

#include

void * malloc(size_t size);

heap 영역으로 size 만큼 메모리 공간 할당(단, 할당 영역을 별도 값으로 초기화하지 않음)
성공 시, 할당된 메모리 주소 값, 실패시 NULL 반환

void free(void * ptr);

heap 영역에 할당된 메모리 공간 해제

사용예시 : 함수가 호출될 때마다 문자열 저장을 위한 메모리 공간의 할당이 가능해야하고
         이 메모리 공간은 함수를 빠져나가도 소멸되지 않고 존재해야하는 경우

void * calloc(size_t elt_count, size_t elt_size);

heap 영역으로 elt_size 크기의 블록을 elt_count 만큼 할당(단, 할당 영역을 별도 값으로 초기화)
성공 시, 할당된 메모리 주소 값, 실패시 NULL 반환

void * realloc(void * ptr, size_t size);

heap 영역의 ptr 영역을 size 크기로 조정.
성공 시, 새로 할당된 메모리 주소 값, 실패시 NULL 반환
만약,
  malloc 으로 반환한 주소 == realloc 으로 반환한 주소 : 뒤를 이어서 확장할 영역이 넉넉한 경우
  malloc 으로 반환한 주소 != realloc 으로 반환한 주소 : 뒤를 이어서 확장할 영역이 넉넉하지 않음
                                                       (힙의 다른 위치에 별도로 할당)

2.10 매크로, 선행처리기

2.10.1 매크로 상수

#define AAA value

매크로 상수 AAA를 value로 전부 치환

2.10.2 매크로 함수

#define FUNC(X) ((X)+(X))

매크로 함수 FUNC(X)를 ((X)+(X))로 전부 치환
매크로 함수 내용 작성 시, 항상 소괄호()로 묶어 줄 것.

2.10.3 매크로 개행

\ 를 사용함

2.10.4 조건부 컴파일

#if…#endif

#if 문 뒤에 내용이 참(true)이면 #endif 까지의 내용이 삽입
                 거짓(false)이면 내용이 삭제
중간에 #elif를 넣어서 사용 가능

#ifdef…#endif

#if 문 뒤의 매크로가 정의되어 있으면 #endif 까지의 내용이 삽입
                   정의되어 있지않으면 내용이 삭제

#ifndef…#endif

#if 문 뒤의 매크로가 정의되어 있지않으면 #endif 까지의 내용이 삽입
                   정의되어 있으면 내용이 삭제

모두 중간에 #else를 넣어서 사용 가능

2.10.5 필요한 형태대로 단순하게 결합하기

#define CON(AB,CD) AB ## CD

결과 : ABCD

한번도 써보진 않음. 별로 안쓸거같다.

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임베디드 제어 관점에서의 C언어 문법 정리

1. C언어 기본

1.1 연산자

1.1.1 대입연산자 ( = )

1.1.2 증감연산자 ( ++ , – )

1.1.3 관계연산자 ( < , > , == , != , <= , >= )와 논리 연산자( && , || , ! )

1.1.4 비트연산자 ( & , | , ^ , ~ , « , » )

1.1.5 조건연산자

1.1.6 연산자의 우선순위와 결합방향

1.2 데이터 표현 방식

1.2.1 2진수, 8진수, 16진수 데이터 표현

1.2.2 정수의 부호 표현방식

1.2.3 실수의 오차

1.3 자료형

1.3.1 자료형 종류와 데이터의 표현 범위

1.3.2 Sizeof 연산자

1.3.3 접미사를 이용한 상수 표현

1.3.3 접미사를 이용한 상수 표현

1.4 함수

1.4.1 지역 변수(Local Variable)(Automatic Variable)

1.4.1 static 변수

1.5 배열

1.5.1 배열 표현

1.5.2 문자 배열 vs 문자열

1.6 포인터

1.6.1 포인터 기본

1.6.2 포인터와 배열

1.6.3 포인터와 문자열 표현

1.6.4 포인터와 함수

1.6.5 함수포인터

1.6.6 void 포인터

1.6.7 const 선언 포인터

2. C언어 깊은 이해

2.1 문자열 관련 함수(string.h)

2.1.1 strlen

2.1.2 strcpy, strncpy

2.1.3 strcat, strncat

2.1.4 strcmp, strncmp

2.2 문자열 변환 함수(stdlib.h)

2.2.1 atoi

2.2.2 atol

2.2.3 atof

2.3 구조체(struct)

2.3.1 구조체 기본

2.3.2 구조체 포인터 변수

2.4 typedef

2.5 공용체(union)

2.5.1 공용체 기본

2.6 열거형(enum)

2.6.1 열거형 기본

2.7 파일 스트림(stream), 파일 입출력

2.7.1 fopen

2.7.2 fputc

2.7.3 fgetc

2.7.4 feof

2.7.5 fread(바이너리 데이터 입력)

2.7.6 fwrite(바이너리 데이터 출력)

2.7.7 fflush

2.7.8 fclose

2.7.9 fprintf(파일데이터 출력)

2.7.10 fscanf(파일데이터 읽기)

2.7.11 fseek(파일 위치 지시자 이동)

2.7.12 fseek(파일 위치 지시자 위치 찾기)

2.8 운영체제 환경에 따른 개행

2.9 메모리 구조 및 메모리 동적 할당

2.9.1 메모리 구성(단일 스레드)

2.9.2 malloc, free

2.10 매크로, 선행처리기

2.10.1 매크로 상수

2.10.2 매크로 함수

2.10.3 매크로 개행

2.10.4 조건부 컴파일

2.10.5 필요한 형태대로 단순하게 결합하기

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참고

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