C & C++ 기초 개념 정리(2) - Flow Control/File I/O

Flow Control

프로그래밍에서 Flow of Control은 프로그램이 특정한 순서로 실행되도록 하는 것입니다. 이를 위해 조건문과 반복문을 사용하며, C++에서는 if-else, switch, while, do-while, for 등의 구조를 활용합니다

불리언 표현식(Boolean Expressions)

프로그래밍에서 조건을 평가할 때 Boolean Expression을 사용합니다. true(참) 또는 false(거짓)를 반환하는 표현식입니다.

비교 연산자

연산자	의미
==	같음
!=	다름
<	작음
>	큼
<=	작거나 같음
>=	크거나 같음

논리 연산자

연산자	의미
&&	논리 AND (둘 다 참일 때만 참)
||	논리 OR (하나라도 참이면 참)
!	논리 NOT (참이면 거짓, 거짓이면 참)

bool result = (5 > 3) && (10 < 20); // true
bool isEqual = (4 == 4); // true
bool isNotEqual = (7 != 8); // true

이때 &&의 우선순위가 ||보다 높기 때문에 이를 유의해야 합니다. 이로 인해 실행 결과가 완전히 달라질 수 있습니다.

bool result1 = true || false && false; // true
bool result2 = (true || false) && false; // false

위의 예에서 result1은 &&가 먼저 평가되어 false && false가 false가 되고, 이후 true || false가 true가 됩니다. 반면, result2는 괄호로 인해 true || false가 먼저 평가되어 true가 되고, 이후 true && false가 false가 됩니다.

연산자 우선순위 (Operator Precedence)

C++에서 연산자는 특정한 우선순위를 가지며, 이는 표현식이 평가되는 순서를 결정합니다. 연산자 우선순위를 이해하면 코드의 동작을 예측하고 오류를 방지할 수 있습니다.

우선순위	연산자	설명	결합 방향
1	()	괄호	좌에서 우
2	++, --	전위 증가/감소	우에서 좌
3	*, /, %	곱셈, 나눗셈, 나머지	좌에서 우
4	+, -	덧셈, 뺄셈	좌에서 우
5	<, <=, >, >=	비교 연산자	좌에서 우
6	==, !=	동등성 비교	좌에서 우
7	&&	논리 AND	좌에서 우
8	\|\|	논리 OR	좌에서 우
9	=	대입 연산자	우에서 좌

일반적으로 연산 $\rightarrow$ 논리 $\rightarrow$ 대입의 순서대로 우선순위를 갖습니다.

조건문 (Branching Mechanisms)

조건문은 특정 조건이 참인지 거짓인지에 따라 코드의 실행 흐름을 결정합니다.

if-else 문

if-else 문을 사용하여 조건을 평가하고 실행할 코드를 결정할 수 있습니다.

int hrs = 45;
double rate = 10.0;
double grossPay;

if (hrs > 40) {
    grossPay = rate * 40 + 1.5 * rate * (hrs - 40);
} else {
    grossPay = rate * hrs;
}
// grossPay == rate * 40 + 1.5 * rate * 5 == 475.0

중첩된 if-else

if 문 안에 또 다른 if-else 문을 포함할 수 있습니다.

if (speed > 110) {
    if (speed > 130) {
        cout << "You're really speeding!";
    } else {
        cout << "You're speeding.";
    }
}

switch 문

switch 문은 여러 개의 선택지를 가지는 조건문으로, if-else보다 더 직관적인 구조를 제공합니다.

switch (변수) {
    case 값1:
        // 값1일 때 실행되는 코드
        break;
    case 값2:
        // 값2일 때 실행되는 코드
        break;
    default:
        // 어떤 값에도 해당되지 않을 때 실행되는 코드
}

이때 break;를 작성해주지 않으면 다음 case로 실행이 넘어가게 됩니다. 이를 fall-through라고 하며, 의도적으로 사용하는 경우도 있지만, 대부분의 경우에는 break;를 명시적으로 작성하여 이를 방지해야 합니다.

char grade = 'B';

switch (grade) {
    case 'A':
        cout << "Excellent!";
        break;
    case 'B':
        cout << "Good Job!";
        // break;가 없으면 아래 default로 넘어감
    default:
        cout << "Try harder!";
}
// Good Job!Try harder!

위 코드에서 grade가 'B'일 경우, Good Job! 출력 후 Try harder!도 출력됩니다. 이를 방지하려면 case 'B':에 break;를 추가해야 합니다.

반복문 (Loops)

반복문은 특정 조건이 만족될 때까지 코드 블록을 반복 실행합니다.

while 문

while 문은 조건이 참인 동안 반복 실행됩니다.

int count = 0;
while (count < 3) {
    cout << "Hello! ";
    count++;
}

do-while 문

do-while 문은 최소 한 번 실행된 후 조건을 평가합니다.

int count = 0;
do {
    cout << "Hello! ";
    count++;
} while (count < 3);

while 문과 do-while 문은 반복문으로 사용되지만, 실행 흐름에서 차이점이 있습니다.

구분	while 문	do-while 문
실행 조건	조건이 참일 때만 실행	최소 한 번은 실행된 후 조건을 평가
조건 평가 시점	반복문 실행 전에 조건을 평가	반복문 실행 후에 조건을 평가
문법	조건 뒤에 세미콜론;이 필요 없음	조건 뒤에 세미콜론;이 필요함

for 문

• 기본 문법

    for (Init_Action; Bool_Exp; Update_Action)
        Body_Statement
  

  • Init_Action
    반복문이 실행될 때 초기화되며 실행되는 코드. 주로 반복 변수를 초기화합니다.
  • Bool_Exp
    반복문이 실행될 조건을 평가하는 표현식. 조건이 참일 경우 반복문이 실행됩니다.
  • Update_Action
    반복문이 실행된 후 수행되는 코드로, 주로 반복 변수의 값을 변경합니다. 생략하더라도 실행이 가능합니다.
  • Body_Statement
    조건이 참일 때 실행되는 코드 블록입니다.

      for (int i = 0; i < 3; i++) {
      cout << "Hello! ";
      }
      // Output: Hello! Hello! Hello!
    

Loop 사용시 주의사항

무한 루프 (Infinite Loops)

반복문을 사용할 때, 종료 조건이 잘못 설정되거나 누락되면 무한 루프가 발생할 수 있습니다. 이는 프로그램이 종료되지 않고 계속 실행되는 상태를 의미합니다.

int i = 0;
while (i < 5) {
    cout << i << " ";
    // i++; // 주석 처리로 인해 무한 루프 발생
}

위 코드에서 i++가 누락되어 i의 값이 계속 0으로 유지되므로 무한 루프가 발생합니다. 이를 방지하려면 반복문 내에서 조건을 변경하는 코드를 반드시 포함해야 합니다.

조건 변경에 대한 코드가 있더라도 무한루프에 빠지는 오류를 범할 수도 있습니다.

int i = 0;
while (i < 5);/* ; 로 인해 Body_Statement 실행불가! */  {
    cout << i << " ";
    // i++; // 주석 처리로 인해 무한 루프 발생
}

위와 같이 조건 표현식 바로 뒤에 ;를 사용하게 되면 해당 지점에서 반복이 일어나게 되고, Body_Statement가 실행되지 않아 무한루프에 빠지게 됩니다.
임베디드 시스템 등에서는 무한루프를 의도적으로 사용할 수도 있습니다.

break와 continue

• break
  반복문을 즉시 종료하고 반복문 이후의 코드로 실행 흐름을 이동시킵니다.

  for (int i = 0; i < 10; i++) {
      if (i == 5) break;
      cout << i << " ";
  }
  // Output: 0 1 2 3 4
  

• continue
  현재 반복을 건너뛰고 다음 반복을 실행합니다.

  for (int i = 0; i < 10; i++) {
      if (i % 2 == 0) continue;
      cout << i << " ";
  }
  // Output: 1 3 5 7 9
  

반복문 중첩 (Nested Loops)

반복문 안에 또 다른 반복문을 포함할 수 있습니다. 이때, 내부 반복문이 종료된 후 외부 반복문이 실행됩니다.

for (int i = 1; i <= 3; i++) {
    for (int j = 1; j <= 2; j++) {
        cout << "i: " << i << ", j: " << j << endl;
    }
}

위 코드의 출력은 다음과 같습니다:

i: 1, j: 1
i: 1, j: 2
i: 2, j: 1
i: 2, j: 2
i: 3, j: 1
i: 3, j: 2

중첩된 반복문은 복잡한 데이터 구조를 처리하거나 다차원 배열을 순회할 때 유용하게 사용됩니다.

중괄호를 생략한 경우

C++에서는 조건문이나 반복문에서 실행할 코드가 한 줄일 경우 중괄호 {}를 생략할 수 있습니다. 하지만 이는 코드의 가독성을 떨어뜨리거나 의도하지 않은 동작을 유발할 수 있으므로 주의가 필요합니다.

if (x > 0)
    cout << "Positive number";
    cout << "This line is always executed.";

위 코드에서 if 조건문에 중괄호를 생략했기 때문에 cout << "This line is always executed.";는 조건과 상관없이 항상 실행됩니다. 이를 방지하려면 중괄호를 명시적으로 작성해야 합니다.

if (x > 0) {
    cout << "Positive number";
    cout << "This line is always executed.";
}

while (x > 0)
    cout << x;
    cout << x--;

바로 위 예시에선, 들여쓰기 때문에 마치 두 줄이 while 루프 안에 있는 것처럼 보이지만, 실제로는 한 줄만 루프에 포함됩니다. 따라서 x는 루프 내에서 줄어들지 않아서 무한 루프가 발생 가능합니다. 반복문에서도 중괄호를 명시해야합니다.

while (x > 0){
    cout << x;
    cout << x--;
}

파일 입출력

파일 입출력 (File Input/Output)

C++에서는 파일을 읽고 쓰기 위해 <fstream> 헤더를 사용합니다. 주요 클래스는 다음과 같습니다:

• ofstream: 파일에 데이터를 쓰기 위한 클래스
• ifstream: 파일에서 데이터를 읽기 위한 클래스
• fstream: 파일 읽기와 쓰기를 모두 지원하는 클래스

파일 쓰기 (Writing to a File)

파일에 데이터를 쓰기 위해 ofstream 객체를 사용합니다.

#include <fstream>
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    ofstream outFile("example.txt");
    if (outFile.is_open()) {
        outFile << "Hello, File!" << endl;
        outFile << "This is a test." << endl;
        outFile.close();
    } else {
        cout << "Unable to open file for writing." << endl;
    }
    return 0;
}

위 코드는 example.txt 파일에 데이터를 작성합니다. 파일이 성공적으로 열리지 않으면 오류 메시지를 출력합니다.

파일 읽기 (Reading from a File)

파일에서 데이터를 읽기 위해 ifstream 객체를 사용합니다.

#include <fstream>
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main() {
    ifstream inFile("example.txt");
    string line;
    if (inFile.is_open()) {
        while (getline(inFile, line)) {
            cout << line << endl;
        }
        inFile.close();
    } else {
        cout << "Unable to open file for reading." << endl;
    }
    return 0;
}

위 코드는 example.txt 파일의 내용을 한 줄씩 읽어와 출력합니다.

파일 읽기와 쓰기 (Reading and Writing)

fstream 객체를 사용하면 파일 읽기와 쓰기를 동시에 수행할 수 있습니다.

#include <fstream>
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    fstream file("example.txt", ios::in | ios::out | ios::app);
    if (file.is_open()) {
        file << "Appending this line to the file." << endl;
        file.seekg(0); // 파일의 시작으로 이동
        string line;
        while (getline(file, line)) {
            cout << line << endl;
        }
        file.close();
    } else {
        cout << "Unable to open file." << endl;
    }
    return 0;
}

위 코드는 파일에 데이터를 추가한 후, 파일의 내용을 읽어 출력합니다.

파일 열기 모드 (File Open Modes)

파일을 열 때 사용할 수 있는 모드는 다음과 같습니다:

모드	설명
ios::in	읽기 모드로 파일 열기
ios::out	쓰기 모드로 파일 열기
ios::app	파일 끝에 데이터를 추가
ios::trunc	파일 내용을 열 때 삭제
ios::binary	바이너리 모드로 파일 열기

여러 모드를 조합하여 사용할 수 있습니다. 예를 들어, ios::in | ios::out은 읽기와 쓰기를 동시에 수행합니다.

파일 스트림 상태 확인

파일 스트림의 상태를 확인하기 위해 다음 멤버 함수를 사용할 수 있습니다:

• is_open(): 파일이 성공적으로 열렸는지 확인
• eof(): 파일의 끝에 도달했는지 확인
• fail(): 파일 스트림에 오류가 발생했는지 확인
• bad(): 심각한 오류가 발생했는지 확인

ifstream file("example.txt");
if (!file.is_open()) {
    cout << "Error opening file." << endl;
} else if (file.fail()) {
    cout << "File stream failed." << endl;
}

파일 입출력은 데이터를 영구적으로 저장하거나 외부 데이터를 처리할 때 매우 유용합니다.

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해당 포스트는 서울대학교 전기정보공학부 정교민 교수님의 프로그래밍방법론 25-1학기 강의를 정리한 내용입니다.