모두를 위한 컴퓨터 과학 CS50 데이비드 J. 말란 (David J. Malan)

2. C언어

4) 자료형, 형식 지정자, 연산자

 

변수의 자료형(데이터 타입)들은 어떤 것들이 있을까

 

  • bool : boolean 불리언 표현 ex) True, False, 1, 0, yes, no
  • char : 문자 하나
  • string : 문자열
  • int : 특정 크기 또는 특정 비트까지의 정수 (대략 40억 개)
  • long : 더 큰 크기의 정수
  • float : 부동소수점을 갖는 실수 ex) 3.14
  • double : 부동소수점을 포함한 더 큰 실수

 

이 데이터 타입들 마다 printf 함수에서 사용할 형식 지정자들도 있다

 

  • % c : char
  • % f : float, double
  • % i : int
  • % li : long
  • % s : string

% f는 f 앞에. 원하는 자릿수를 넣어 소수점을 원하는 자리까지 나오게 할 수 있다

 

ex) 물건의 가격을 물어보고 세금을 포함한 값을 계산해 출력하는 코드이다.

부가세가 6.25%, 가격이 100이라고 했을 때 코드는 다음과 같다

 

# include <cs50.h>
# include <stdio.h>

int main(void)
{
    float price = get_float("What's the price?\n");
	printf("Your total is %.2f \n", price*1.0625);
}

 

get_float는 cs50의 함수이다

가격이 얼마인지 물어보고 가격을 받아 price에 저장한다

총액이 실수이므로 float를 사용해 % f를 사용한다

% f로만 계산하게 된다면 값은 105.250000까지 나타내기 때문에

%. 2f로 소수점 2번째 자리까지만 나오게 할 수 있다

 

./float
what's the price?
100
Your total is 106.25

 

이외에도 아래와 같이 다양한 수학 연산자, 논리 연산자, 주석 등이 기호로 정의되어 있다

 

  • +, - : 더하기, 빼기
  • *, / : 곱하기, 나누기
  • % : 나머지
  • && : 그리고
  • || : 또는
  • // : 주석

 

주석은 코드가 어떤 일을 하는지 설명한다

처음 보는 사람도 이해하기 쉽게 잘 설명해 두는 습관이 중요하다

 

5) 사용자 정의 함수, 중첩 루프

 

c언어로 나만의 함수를 만들고 싶다면?

 

사용자 정의 함수를 만드는 법

 

#include <stdio.h>

void cough(void)
{
    printf("cough\n")
}

int main(void)
{
    for (int i = 0; i < 3; i++)
    {
        cough();
    }
}

 

void를 입력하고 원하는 함수명을 적고 (void)를 적어준다

그리고 실행될 코드를 작성한다

 

다만 이렇게 했을 때 문제는 함수를 여러 개 만들 경우

main 함수가 밑으로 내려가기 때문에 가독성이 떨어진다

 

그렇다고 main 함수를 무턱대고 위로 올리면 main 함수를 실행할 때

만들어둔 함수는 인식하지 못하기 때문에 오류가 발생하므로 이렇게 하는 것이 좋다

 

#include <stdio.h>

void cough(void);

int main(void)
{
    for (int i = 0; i < 3; i++)
    {
        cough();
    }
}

void cough(void)
{
    printf("cough\n");
}

 

void cough(void); 만 위로 올리면

C에게 내가 만든 함수를 인식시켜 속일(?) 수 있다

 

함수를 원하는 횟수만큼 출력하는 법

 

#include <stdio.h>

void cough(int n);

int main(void)
{
    cough(3);
}

void cough(int n)
{
    for (int i = 0; i < n; i++)
    {
        printf("cough\n");
    }
}

 

int n 은 함수에서 int 정수 형식을 갖는 입력값을 받아 변수명 n에 저장한다는 의미이다

 

중첩루프

 

가로가 n개, 세로가 n 개인 "#"을 출력하려면?

 

#include <cs50.h>
#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int n;

    do
    {
        n = get_int("Size: ");
    }
    while (n < 1);

    for (int i = 0; i < n; i++)
    {
        for (int j = 0; j < n; j++)
        {
            printf("#");
        }
        printf("\n");
    }
}

 

int n으로 정수값을 받는 변수 n을 정의하고,

do {... } while()을 이용해 while()의 조건이 만족할 때까지

get_int cs50 라이브러리 함수로 입력값을 받아 n에 저장한다

 

do while을 사용하면 조건과 상관없이 최소 한 번은 { } 안의 내용을 실행할 수 있다

 

그리고 for 루프를 두 번 중첩하며 # 을 출력하는 데,

첫 번째 루프는 변수 i를 기준으로 n번 반복하고,

그 안의 내부 루프에서 변수 j를 기준으로 n번 반복한다

 

내부 루프에서 #을 출력하고, 내부 루프가 끝날 때마다 줄 바꿈이 실행되어,

최종적으로 가로, 세로가 n 개인 #이 출력된다

 

이렇게 사용자 정의 함수를 사용했을 때의 장점은?

 

  • 모듈화
    반복적으로 작성하지 않아 작업시간을 단축할 수 있어 재사용성을 높인다
    함수 내부의 코드 구조를 이해 못 해도 사용이 가능하다
  • 구조화, 단순화
    main 함수의 길이를 줄여 간결한 코드로 복잡성을 낮추고 가독성을 높인다
    협업(코드리뷰)에 수월해지고 유지보수(수정)하기도 좋다

모두를 위한 컴퓨터 과학 CS50 데이비드 J. 말란 (David J. Malan)

 

앞 파트인 1. 컴퓨팅 사고에서Scratch 스크래치라는 그래픽 프로그래밍 언어를 통해

간단한 알고리즘을 구현하고 원리를 깨우쳤다

텍스트 기반의 프로그래밍 언어를 이용하여 컴퓨터에게 일을 시켜보자

 

2. C언어

1) C기초

 

가장 널리 쓰이는 프로그래밍 언어 중 하나이다

 

#include <stdio.h>

int main(void) {
    printf("Hello World!\n");
}

 

 

{ 중괄호 사이에 앞으로 코드를 작성하여 실행; } 하면 된다

 

스크래치에서 say 함수로 쓰이던 부분은 printf 함수로 사용한다

\n 은 줄 바꿈이다

 

#include <stdio.h>는 stdio.h 라이브러리를 사용함을 뜻한다

stdio.h 는 C언어의 표준 라이브러리 (Standard Input/Output library)라고 한다

이 코드에서 printf 함수를 사용할 수 있게 해 준다

 

코드를 작성했으면 "파일명. c"이렇게 확장자명을 C로 저장한다

 

이렇게 작성한 코드는 "소스 코드 Source code"라 불린다

컴퓨터에게 코드를 실행시키려면 컴퓨터가 이해할 수 있는 언어로 변환시켜야 한다

2진수로 변환된 코드는 "머신 코드 Machine code"라 한다

 

변환은 누가?

컴파일러 Compiler라는 프로그램이 수행한다

 

컴파일은 어떻게?

 

clang 파일명.c

 

clang 컴파일러로 파일명. c라는 코드를 컴파일하는 명령어이다

 

2) 문자열

 

string answer = get_string("what's your favorite animals?");

프로그래밍 언어에서 = 은 오른쪽에서 왼쪽으로 가는 화살표와 같이

오른쪽에 있는 것을 왼쪽에 지정하는 할당 연산자라고 한다

 

answer는 변수명이며 C언어에서 중요한 점은 변수가 저장할 오른쪽 데이터 종류를 정확하게 명시해야 한다는 점이다

 

<cs50.h> 라이브러리에 있는 함수를 활용해 스크래치의 ask 함수와 같은 문자열을 받는 get_string을 사용했다

string 을 바로 형식지정자 라고 한다

 

 printf("hello, %s\n", answer);

 

printf 함수로 출력할 때 변수 answer에 저장된 데이터 값을 사용하고 싶다면

answer 앞에 변수임을 나타내기 위한 % 를 붙여줘야 하고,

마찬가지로 어떤 종류의 인자인지 알려주기 위해 sting의s를 % 뒤에 붙여준다

 

상위 예시의 get_string 함수는 cs50 라이브러리에서 사용할 수 있고,

cs50.h 파일이 포함되어야 컴파일이 가능하다

 

이 파일명이 string이라고 가정했을 때 컴파일 명령어는

 

clang -o string string.c -lcs50

 

-o는 string.c 를 string.out이라는 머신코드로 저장할 수 있게 하는 명령어이고,

-lcs50에서 l은 link의 의미를 가진 인자이다

이를 통해 컴파일 시 cs50 파일을 연결하여 진행이 가능하다

 

이러한 복잡한 명령어보다 간단한 명령어로는 make 가 있다

 

make string

 

3) 조건문과 루프

 

counter라는 변수에 숫자를 저장하고 싶을 때는?

 

int counter = 0;

 

int는 변수가 정수 integer 임을 알려주고,

counter라는 이름의 변수에 0 값을 저장(초기화)한다

 

변수의 값을 1씩 증가시키고 싶을 때는?

 

counter = counter + 1;

 

counter에 1을 더한 값을 다시 counter에 저장(할당)한다는 의미이다

 

좀 더 간결한 표현도 가능하다

 

counter += 1;
counter++;

 

조건문을 만들고 싶을 때는?

 

if (x < y)
{
	printf("x is less than y\n");
}

 

if (괄호 안에 검사하고자 하는 조건을 입력한다)

{

 안에 조건을 만족할 때 수행하고자 하는 작업을 입력한다

}

 

else를 이용해 위의 조건이 만족하지 않을 경우의 조건을 추가할 수 있다

 

if (x < y)
{
	printf("x is less than y\n");
}
else
{
	printf("x is not less than y\n");
}

 

조건을 더 추가하려면 else if를 통해 나타낼 수 있다

 

if (x < y)
{
	printf("x is less than y\n");
}
else if (x > y)
{
	printf("x is not less than y\n");
}
else if (x == y)
{
	printf("x is equal to y\n");
}

 

하단의 == 는 = 표시가 이미 할당연산자로 지정되어 있어,

같다는 것을 표현하기 위해 사용하는 일치 연산자이다

 

위의 예시에서는 사실 (x == y)라는 조건을 명시하지 않아도 되므로

 

if (x < y)
{
	printf("x is less than y\n");
}
else if (x > y)
{
	printf("x is not less than y\n");
}
else
{
	printf("x is equal to y\n");
}

 

이렇게 좀 더 간결한 코드로 만들 수 있다

 

반복문(루프)을(를) 만들고 싶을 때는?

 

while (true)
{
	printf("hello, world\n");
}

 

while (괄호 안에 조건을 입력한다)

{

 안에 수행할 작업을 입력한다

}

 

루프를 구현하고 싶다면 괄호 안의 조건이 네 yes, 참 true, 1 이 나오면 된다

 

예시처럼 true를 적게 되면 while 루프가 영원히 수행된다

 

특정 횟수만큼 작업을 수행하고 싶다면?

 

int i = 0;
while (i < 50)
{
	printf("hello, world\n");
	i = i +1;
}

 

정수 i를 선언하고 값을 0으로 할당했다

 

while 문이 돌면서

 

i는 0으로 설정 -> i는 50보다 작은가? -> 작다 -> hello world를 출력한다 -> i를 1 증가시킨다 -> i가 50보다 작은가?-> (반복) -> i가 50보다 작은가? -> 작지 않다 -> 종료

 

순으로 진행된다

 

for 문을 사용하면 위 예시처럼 따로 변수를 선언하지 않고

 

for (int i = 0; i < 50; i= i+1)
{
	printf("hello, world\n");
}

 

for (변수 초기화; 변수 조건; 변수 증가)

 

이렇게 while문에 비해 간단한 표현이 가능하다

CS50으로 C언어를 처음 접하는 나로서는 처음 헤맸던 부분들 중 하나가

 

바로 첫 줄의 #include <stdio.h>였다

첫 줄부터 자꾸 오류가 뜨니 난감하기 그지없었는데,

 

includePath오류는 구글링 하면 나오는 방식대로 따라 하면

오류가 뜨지 않는데 <cs50.h>은 여전히 찾지 못하더라

 

왜냐!?

CS50 Sandbox 샌드박스가 아닌 VSCode 비주얼스튜디오 코드에서 실습을 했기 때문

 

CS50 공식 홈페이지에 들어가 보면

따로 CS50 라이브러리를 작업하는 폴더에 설치해 주면 된다고 한다

 

나는 맥 유저라 하위 내용 그대로 따라 하였다

From Source (Linux and Mac)

Download the latest release from https://github.com/cs50/libcs50/releases

  1. Extract libcs50-*.*
  2. cd libcs50-*
  3. sudo make install

 

1번 링크에서 소스 코드 폴더를 다운로드한다

 

 

다운로드한 폴더를 압축 풀고 작업하는 폴더에 넣어준다

 

터미널에서 해당 폴더 위치인지 확인 후

 

sudo make install

 

명령어를 입력하면 설치가 완료된다

 

 

이제 원활하게 C언어를 실습할 수 있다!

모두를 위한 컴퓨터 과학 CS50 데이비드 J. 말란 (David J. Malan)

C언어로 1 나누기 10을 했을 때, 소수점 값은?

#include <cs50.h>
#include <stdio.h>

int main (void)
{
  float x = get_float("x: ");
  float y = get_float("y: ");

  printf("x / y =%f\n", x / y);
}

 

C 언어의 float를 활용해 x를 y로 나눠보자

 

 

x: 1
y: 10
x / y =0.100000

 

우리가 알고 있듯 값은 0.1이다

뒤에 있는 0000... 들은 필요가 없으므로 깔끔하게 보이게 하려면

 

#include <cs50.h>
#include <stdio.h>

int main (void)
{
  float x = get_float("x: ");
  float y = get_float("y: ");

  printf("x / y =%.1f\n", x / y);
}

 

f 앞에. 1을 입력해 주면 된다

 

x: 1
y: 10
x / y =0.1

 

그럼 이렇게 깔끔하게 출력된다

 

그런데 말입니다, 소수점을 50자리까지 보이게 하면 어떨까요?

 

#include <cs50.h>
#include <stdio.h>

int main (void)
{
  float x = get_float("x: ");
  float y = get_float("y: ");

  printf("x / y =%.50f\n", x / y);
}

 

. 50으로 코드를 수정했다

결과는?!

 

x: 1
y: 10
x / y =0.10000000149011611938476562500000000000000000000000

 

으잉? 50자리까지는 출력되는데 중간 숫자가 이상하다

왜 그럴까?

 

float에서 저장가능한 비트의 수가 32비트로 유한하기 때문이다

( double 은 64비트를 사용한다.

고로, double을 사용하면 좀 더 정확하게 계산할 수 있다 )

 

컴퓨터의 저장 공간(메모리)에는 한계가 있고 특정 지점 뒤에는 한계에 부딪혀

결국 저장할 수 있는 값들 중 1 / 10에 가까운 값을 저장하게 된다

 

정수 오버플로우

비슷한 오류로, 1부터 시작해 2를 계속해서 곱하는 코드를 실행했을 때

 

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main(void)
{
    for (int i = 1; ; i *= 2)
    {
        printf("%i\n", i);
        sleep(1);
    }
}
...
1073741824
overflow.c:6:25: runtime error: signed integer overflow: 1073741824 * 2 cannot be represented in type 'int'
-2147483648
0
0
...

 

int 타입이 저장할 수 있는 32비트의 크기를 넘은 이후에는 더 이상 넘어갈 1의 자리가 없기 때문에

그 이상의 숫자를 저장하지 못하고 에러와 함께 0이 출력된다

 

실생활에서 발견되었던 오버플로우 문제는 Y2K, 보잉 787 사례가 있다

1999년에 큰 이슈가 되었던 Y2K 문제는 연도를 마지막 두 자리수로 저장했던 관습 때문에 새해가 오면 ‘99’에서 ‘00’으로 정수 오버플로우가 발생하고, 새해가 2000년이 아닌 1900년으로 인식된다는 문제였습니다.
그리고 세계는 수백만 달러를 투자해서 프로그래머들에게 더 많은 메모리를 활용해서 이를 해결하도록 하였습니다.
이는 통찰력 부족으로 발생한 아주 현실적이고 값비싼 문제였습니다.
또한 다른 사례로 비행기 보잉 787에서 구동 후 248일이 지나면 모든 전력을 잃는 문제가 있었습니다.
왜냐하면 강제로 안전 모드로 진입하였기 때문입니다.
이는 소프트웨어의 변수가 248일이 지난 뒤에 오버플로우가되어 발생하였기 때문이었습니다.
248일을 1/100초로 계산하면 대략 2의 32제곱이 나옵니다.
보잉을 설계할때 사용한 변수보다 너무 커졌던 것입니다.
이를 해결하기 위해 주기적으로 재가동을 하여 변수를 다시 0으로 리셋했습니다. 

 

따라서 다루고자 하는 데이터 값의 범위를 유의하며 프로그램을 작성하는 것이 중요하다

1. 컴퓨팅 사고 computational Thinking, Scratch

1) 2진법

컴퓨터 과학문제 해결에 대한 학문이다

문제해결입력(input)을 전달받아 출력(output)을 만들어내는 과정이다

그 중간 과정이 컴퓨터 과학이다

 

입력과 출력을 표현하기 위해선 모두가 동의한 약속(표준)이 필요하다

 

2진법

0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 총 10개의 기호로 표현하는 방법은 10진법

하지만 컴퓨터는 오직 0과 1로만 데이터를 표현하는 2진법을 사용한다

 

전기를 통해 연산하는, 즉 전기를 켜고 끄는 방식으로 작동하는 컴퓨터에게 적합한 방법이다

컴퓨터 안에는 많은 스위치(트랜지스터)가 있고 on/off 상태를 통해 0과 1을 표현한다

 

2진법에서 하나의 자릿수를 표현하는 단위를 비트(bit)라고 한다

 

비트 Bit

이진 숫자라는 뜻의 binary digit의 줄임말이다

0과 1, 두 가지 값만 가질 수 있는 측정 단위이다

컴퓨터 내부에서 물리적으로 표현하자면 켜고 끌 수 있는 스위치라고 생각할 수 있다 (켜기=1, 끄기=0)

디지털 데이터를 여러 비트들로 나타냄으로써 두 가지 값만을 가지고도 많은 양의 정보를 저장할 수 있다

또한 저장되어 있는 데이터를 수정하기 위해 비트에 수학적 연산을 수행할 수 있다

 

비트열

비트 한 개로는 많은 양의 데이터를 나타내기에 턱없이 부족하므로 여러 숫자 조합을 컴퓨터에 나타내기 위해 비트열을 사용한다

바이트(byte)여덟 개의 비트가 모여 만들어진 것이고 2^8 = 256 개의 서로 다른 바이트가 존재할 수 있다

바이트가 모이면 더 큰 단위가 될 수 있다
(비트 bit > 바이트 byte > 킬로바이트 KB > 메가바이트 MB > 기가바이트 GB > 테라바이트 TB)

출처: 부스트코드 모두를 위한 컴퓨터 과학 CS50

 

2) 정보의 표현

문자의 표현

 

문자를 숫자로 표현 할 수 있는 약속(표준) 중 하나는 설명미국정보교환표준부호

ASCII (아스키코드/American Standard Code For Information Interchange)이다

총 128개의 부호로 정의되어 있다

출처: 부스트코드 모두를 위한 컴퓨터 과학 CS50

ex) A를 2진법으로 표현하려면

  1. 아스키코드를 참고하여 A를 10진법으로 표현하면 65이다
  2. 2^5x1 + 2^5x0 + 2^4x0 + 2^3x0 2^2x0 + 2x0 + 1x1 (64+1)
  3. 2진법으로 표현하면 1000001 

 

이 외에도 Unicode 유니코드로 더 많은 비트를 사용해 다양한 문자들도 표현가능하다

 

😂(기쁨의 눈물)과

스마트폰으로 이모티콘을 보내면 안드로이드 혹은 IOS는 0과 1의 패턴을 받아 노란 얼굴에 눈물을 흘리는 사진으로 보여준다

 

그림, 영상, 음악의 표현

 

문자와 마찬가지로 그림도 숫자로 표현할 수 있다

스크린의 그림을 자세히 보면 수많은 작은 점들이 빨간색, 초록색, 파란색을 띠고 있는데

이러한 작은 점을 픽셀 Pixel이라고 한다

 

픽셀은 세 가지 색을 서로 다른 비율로 조합해 특정한 색을 나타낸다

 

ex) 빨간색 72 , 초록색 72 , 파란색 33 = 노란색

 

위의 숫자들을 표현하는 방식을 RGB (Red, Green, Blue)라고 한다

 

영상 또한 수많은 그림을 빠르게 연속적으로 이어 붙여놓은 것이기 때문에 숫자로 표현이 가능하다

음악도 마찬가지로 각 음표를 숫자로 표현할 수 있다

 

3) 알고리즘

알고리즘 Algorithms

입력 input에서 받은 자료를 출력 output 형태로 만드는 처리과정

입력값을 출력값의 형태로 바꾸기 위해 어떤 명령들이 수행되어야 하는지에 대한 규칙들의 순서적 나열이다

알고리즘을 평가할 때는 정확성도 중요하지만 효율성도 중요하다

효율성은 작업을 완료하기까지 시간과 노력이 얼마나 덜 들이는지에 대한 것이다

 

의사코드 Pseudocode

컴퓨터가 수행해야 할 행동이나 조건의 절차를 명료하게 정리한 것

 

함수 Function

조건

불리언 Boolean

값(답)이 예 Yes, 아니오 No, 참 True, 거짓 False 2진법에선 0 또는 1로 나온다

루프 Loop (반복)

3번째 라인코드로 돌아가라는 반복

 

https://youtu.be/6hfOvs8pY1k

 

 

비전공자와 전공자의 차이정말 단순하게 따져보자면 전공한 수업이 다르다는 것

그렇다면 비전공자들도 전부는 아니더라도 똑같이 대학교 강의를 수강하면 되는것 아닌가?

찾아보고 내가 공부할 사이트들만 찝어왔다 (전부 무료)

 

부스트코스

네이버 커넥트재단에서 기획하고 운영하는 사이트이다

 

모두를 위한 컴퓨터 과학 (CS50 2019)

https://www.boostcourse.org/cs112

 

모두를 위한 컴퓨터 과학 (CS50 2019)

부스트코스 무료 강의

www.boostcourse.org

하버드대학의 최고 인기강좌, 데이비드 말란 교수님의 CS50입니다.
프로그래밍을 처음 공부하는 비전공자 분들도 쉽고 재미있게 학습하실 수 있습니다.-출처: 강의 상세 페이지

여기서 내가 수강할 강의는 무려 하버드대 강의이다

1강 들어본 바로는 정말 재밌고 현장감이 느껴지며 말이 무척 빠르시다

부스트코스 사이트에서 영상 하단에 강의 내용도 잘 정리 해줘 공부하기 좋은 것 같다

 

KOCW (Korea OpenCourseWare)

대학 공개 강의 서비스이다

고등교육 교수학습자료 공동활용 체제, KOCW(Korea OpenCourseWare)

KOCW는 국내.외 대학 및 기관에서 자발적으로 공개한 강의 동영상, 강의자료를 무료로 제공하는 서비스로, 대학생, 교수자는 물론 배움을 필요로 하는 누구든지 언제 어디서나 이용 가능합니다.-출처: KOCW 소개 페이지

여기서 소프트웨어 교육은 하위 링크에 있다

http://www.kocw.net/home/special/themeCourses.do#subject/04

 

KOCW - 테마

이전 다음

www.kocw.net

카테고리가 다양하니 골라 들으면 된다

 

K-MOOC (Massive, Open, Online, Course)

무크(MOOC)란 Massive, Open, Online, Course의 줄임말로 오픈형 온라인 학습 과정을 뜻합니다.
이 것은 강의실에 수용된 학생만이 강의를 들을 수 있었던 것에서 청강만 가능한 온라인 학습동영상으로 변화하고
현재는 질의응답, 토론, 퀴즈, 과제 제출 등 양방향 학습을 할 수 있는 모습으로 완성되었습니다.

이 사이트를 추천하는 블로그는 많은데, 솔직히 강의의 종류가 많지 않아서 가장 아쉬운 사이트이다

공학, 컴퓨터.통신, 이공계 기초과학 카테고리는 하위 링크이다

http://www.kmooc.kr/courses#

 

분야별 강좌 | K-MOOC

 

www.kmooc.kr

취지는 좋으나 강의가 많지 않음 (오른쪽에서 갯수 확인 가능)

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