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제어 흐름

프로그램의 실행을 제어할 수 있는 방법인 조건문, 반복문에 대해 다루고, 그 기능들을 사용하기 위한 개념들을 배웁니다.

불 대수(boolean algebra)

불 대수는 논리학에서 진리값(truth value), 즉 참과 거짓을 1과 0에 대응시키고, 이것에 대한 연산을 덧셈과 곱셈으로 바꾼 대수 체계입니다. 불 대수의 덧셈과 곱셈은 다음 성질을 만족합니다.

a	b	a + b
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	1

a	b	a × b
0	0	0
0	1	0
1	0	0
1	1	1

여기서 1 + 1 = 1이 되는 것을 제외하면 우리가 아는 덧셈, 곱셈과 큰 차이가 나지 않는 것을 알 수 있습니다. 여기서의 덧셈을 논리합(logical disjunction) 또는 OR 연산, 곱셈을 논리곱(logical conjunction) 또는 AND 연산이라고 부릅니다. 또는과 그리고라는 이름으로 불리는 이유는 0을 거짓, 1을 참으로 교체해보면 쉽게 알 수 있습니다.

불 대수에선 이것 말고도 부정(negation) 또는 NOT 연산이라고 불리는 연산이 있습니다.

a	¬a
0	1
1	0

참을 거짓으로, 거짓을 참으로 바꿔주는 연산입니다. 이외에도 여러 연산이 있지만, 나중에 다루도록 하겠습니다.

불 대수의 덧셈과 곱셈은 교환법칙과 결합법칙 분배법칙이 모두 성립합니다. 즉, 다음 성질을 모두 만족합니다.

• a + b = b + a
• a × b = b × a
• a + (b + c) = (a + b) + c
• a × (b × c) = (a × b) × c
• c(a + b) = ca + cb

또 드 모르간의 법칙(De Morgan's laws)은 불 대수에서도 성립합니다.

• ¬(a + b) = ¬a × ¬b
• ¬(a × b) = ¬a + ¬b

논리 연산자(logical operator)

위에서 배운 세 연산은 모두 C에서 연산자로 사용할 수 있습니다. 아쉽게도, 위에서 사용한 연산자와 모양이 다릅니다. C에서 논리합은 ||, 논리곱은 &&, 부정은 ! 연산자를 사용합니다.

|라는 기호는 바(bar)라는 이름이 있습니다. 키보드에서 Shift + ₩로 입력할 수 있습니다.

#include <stdio.h>

int main()
{
    printf("%d || %d = %d\n", 0, 0, 0 || 0);
    printf("%d || %d = %d\n", 0, 1, 0 || 1);
    printf("%d || %d = %d\n", 1, 0, 1 || 0);
    printf("%d || %d = %d\n", 1, 1, 1 || 1);
    printf("\n");
    printf("%d && %d = %d\n", 0, 0, 0 && 0);
    printf("%d && %d = %d\n", 0, 1, 0 && 1);
    printf("%d && %d = %d\n", 1, 0, 1 && 0);
    printf("%d && %d = %d\n", 1, 1, 1 && 1);
    printf("\n");
    printf("!%d = %d", 0, !0);
    printf("!%d = %d", 1, !1);
}

0 || 0 = 0
0 || 1 = 1
1 || 0 = 1
1 || 1 = 1

0 && 0 = 0
0 && 1 = 0
1 && 0 = 0
1 && 1 = 1

!0 = 1
!1 = 0

printf에서 \n을 사용하면 줄바꿈을 할 수 있게 됩니다. 이것에 대한 자세한 설명은 나중에 문자열에 대해 다룰 때 하겠습니다.

\라는 기호는 백슬래시(backslash)라고 불립니다. 사용하시는 폰트가 돋움같은 한국어 폰트이면 \는 ₩로 보일 수도 있습니다.

C를 포함한 대부분의 프로그래밍 언어에선 어떤 값을 논리값으로 사용하게 되면, 0을 거짓으로, 0을 제외한 모든 값을 참으로 취급합니다. 따라서 위의 예제에서 1을 2나 (-5)같은 다른 값으로 바꿔도 논리 연산자의 결과값은 같습니다.

&& 연산자는 ||보다 우선 순위가 높습니다(&&는 논리곱 연산자). 그래서 1 || 2 && 5는 1 || (2 && 5)로 번역됩니다. ! 연산자는 형변환 연산자나 sizeof 연산자처럼 산술 연산자보다 우선순위가 높습니다. 그래서 !1 + 5는 (!1) + 5가 되어 결과값이 5가 됩니다.

단락 평가(short-circuit evaluation)

이 강좌에서 ~의 결과값은 ~ is evaluated as를 번역한 것입니다.

이항 논리 연산자들은 항상 좌항의 결과값을 먼저 계산(evaluation)하고, 우항의 결과값을 계산합니다. 그런데 만약 논리합 연산자에서 좌항이 1이거나, 논리곱 연산자에서 좌항이 0이라면, 불 대수의 다음 성질에 의해, 우항을 계산할 필요가 없어집니다.

• 1 + a = 1
• 0 × a = 0

우항의 결과가 참이든 거짓이든 항상 결과값이 같기 때문입니다. C에선 성능을 위해 이런 경우 우항을 계산하지 않습니다. 이런 기능을 단락 평가(short-circuit evaluation)이라고 합니다. 그런데 단락 평가는 예상치 못한 결과를 냅니다.

#include <stdio.h>

int main()
{
    int i = 3, j;
    j = 1 || (i = 5);
    printf("%d %d", i, j);
}

3 1

(i = 5)를 통해 i에 5를 집어넣었음에도 불구하고, 값을 출력하면 3이 표시됩니다. 이것은 논리합 연산자의 좌항이 참이었기 때문에, (i = 5)가 실행되지 않았기 때문입니다.

#include <stdio.h>

int main()
{
    int i = 3, j;
    j = (1 == 2) && (i = 5);
    printf("%d %d", i, j);
}

3 0

논리곱 연산자에서도 마찬가지로 좌항의 결과가 거짓이라면 우항을 실제로 실행하지 않습니다.

비교 연산자(comparison operator)

비교 연산자(comparison operator; relational operator)는 두 수를 비교하여 결과가 진리값이 되는 이항 연산자들입니다. 총 여섯가지의 비교 연산자들이 있습니다.

C++20에선 비교 연산자가 하나 더 추가되었습니다. 나중에 다룰 예정입니다.

#include <stdio.h>

int main()
{
    printf("%d %d %d\n", 3 <  5, 4 <  4, 6 <  5);
    printf("%d %d %d\n", 3 <= 5, 4 <= 4, 6 <= 5);
    printf("%d %d %d\n", 3 >  5, 4 >  4, 6 >  5);
    printf("%d %d %d\n", 3 >= 5, 4 >= 4, 6 >= 5);
    printf("%d %d %d\n", 3 == 5, 4 == 4, 6 == 5);
    printf("%d %d %d\n", 3 != 5, 4 != 4, 6 != 5);
}

1 0 0
1 1 0
0 0 1
0 1 1
0 1 0
1 0 1

<, >, <=, >=는 모양에서 보시면 알 수 있겠지만 부등호에서 유래한 비교 연산자들입니다. 연산자에 따라 좌항이나 우항이 반대편보다 크거나, 또는 같으면 결과값이 1이, 아니면 0이 되는 것을 확인할 수 있습니다. ==는 양변의 식의 결과값이 같으면 결과값이 1, 같지 않으면 0이 되는 연산자입니다. 반대로, !=는 양변의 식의 결과값이 같지 않으면 결과값이 1, 같으면 결과값이 0이 되는 연산자입니다.

비교 연산자는 산술 연산자보다 우선순위가 낮고, 논리 연산자보다 높습니다. 그래서 식 1 + b < 3 * 5 && 6 != c / 4는 (((1 + b) < (3 * 5)) && (6 != (c / 4)))로 번역됩니다.

복합문(compound statement)

복합문(compound statement)는 여러 문장을 하나로 묶은 문장입니다. 사용 방법도 간단합니다.

{
    [<문장 1>]
    [<문장 2>]
    [<문장 3>]
    ...
    [<문장 n>]
}

모양만 보면 int main() { ... }에서 int main()만 지운 것처럼 보입니다. 다음 예시를 봐주세요.

#include <stdio.h>

int main() {
    { int i; }
    {
        int j = 5;
        printf("%d", j);
    }
    {
        int k = 6;
        {
            int l = 7;
            printf("%d", 7);
        }
    }
    {}
}

int j = 5;나 printf("%d", j);는 그 자체로 하나의 문장이지만, { int j = 5; printf("%d", j); } 자체도 하나의 문장이 됩니다. 복합문은 문장으로 이루어져있기 때문에, 복합문 안에 복합문을 집어넣는 것도 가능합니다. {}같이 빈 복합문도 있을 수 있고, { int i; }처럼 문장이 하나만 들어있는 복합문도 있을 수 있습니다. 배열의 초기화 식과 비슷하다는 것에 주의해주세요.

if문(if statement)

조건문(conditional statement)은 결과값이 논리값인 식이 주어졌을 때, 그 식의 결과에 따라 다른 문장을 수행하는 문장입니다. C의 대표적인 조건문은 if문(if statement)입니다. if문은 다음과 같이 씁니다.

if (<조건식>) <조건식이 참일 때 실행할 문장> [else <조건식이 거짓일 때 실행할 문장>]

다음 예제를 봐주세요.

#include <stdio.h>

int main()
{
    if (3 < 5)
        printf("3 is smaller than 5\n");
    else
        printf("3 is not smaller than 5\n");

    if (4 == 6)
        printf("4 is equal to 6\n");
    else
        printf("4 is not equal to 6\n");
}

3 is smaller than 5
4 is not equal to 6

if (...) 안에는 조건문이 들어가는데, 그 조건문의 결과가 결과가 참이면 <조건식이 참일 때 실행할 문장>이, 거짓이면 <조건식이 거짓일 때 실행할 문장>이 실행되는 것을 알 수 있습니다.

if문에는 복합문도 집어넣을 수 있습니다.

#include <stdio.h>

int main() {
    int i; scanf("%d", &i);
    if (1 <= i && i <= 10) {
        printf("true: ");
        printf("i is between 1 and 10");
    }
    else {
        printf("false: ");
        printf("i is not between 1 and 10");
    }
}

: 5
true: i is between 1 and 10

: 12
false: i is not between 1 and 10

1 <= i && i <= 10이라고 적은 것에 주목해주세요. 1 <= i의 결과는 논리값입니다. i <= 10도 마찬가지이고요. i가 1과 10 사이에 있으면 1, 아니면 0이 되는 식을 만들고 싶으면 1 <= i && i <= 10이라고 적어야 합니다. 1 <= i <= 10은 (1 <= i) <= 10으로 해석되기 때문에, i가 1 미만이라고 해도 0 <= 10, i가 10을 초과해도 1 <= 10이 되어 항상 참인 식이 됩니다. 비교 연산자의 결과는 논리값이라는 것을 항상 기억해주세요.

만약 조건식이 거짓일 때 아무것도 실행하고 싶지 않다면 else 자체를 생략할 수 있습니다.

#include <stdio.h>

int main()
{
    if (1)
    {
        printf("Foo\n");
    }
    printf("Bar\n");
}

Foo
Bar

식 1을 논리값으로 해석하면 참이기 때문에 if문의 조건식으로 1을 사용하면 if () { ... } 안의 문장들은 항상 실행됩니다.

if문은 그 자체로 문장이고, if문 안에는 문장이 들어가기 때문에 if문 여러개를 겹쳐 쓸 수도 있습니다.

#include <stdio.h>

int main() {
    int i; scanf("%d", &i);
    if (i < 0)
        printf("i is smaller than 0");
    else {
        if (i <= 10)
            printf("i is between 0 and 10");
        else
            printf("i is bigger than 10");
    }
}

: -2
i is smaller than 0

: 7
i is between 0 and 10

: 15
i is bigger than 10

if문 자체는 하나의 문장이기 때문에, 위 예제는 다음과 같이 복합문 없이 쓸 수 있습니다.

#include <stdio.h>

int main() {
    int i; scanf("%d", &i);
    if (i < 0)
        printf("i is smaller than 0");
    else if (i <= 10)
        printf("i is between 0 and 10");
    else
        printf("i is bigger than 10");
}

포인터 초기화하기

초기화되지 않은 변수는 정의되지 않은 행동을 유발할 수 있기 때문에, 반드시 0 등으로 초기화하는 것이 좋습니다. 지금까지의 예제에선 포인터에 이미 있는 변수나 배열의 주소를 대입하거나, 포인터를 초기화하지 않거나 둘 중 하나였는데요, 포인터도 0으로 초기화하는 것이 좋습니다.

int main()
{
    int *i = 0;
}

포인터를 0으로 초기화하면 장점이 있는데요, if문 등에서 조건식에 포인터를 사용했을 때, 포인터가 가지고 있는 주소가 0이면 그 조건식이 거짓이 된다는 것입니다. 다음 예제를 봐주세요.

#include <stdio.h>

int main()
{
    int *i = 0, j; scanf("%d", &j);

    if (j > 10) i = &j;

    if (i)
        printf("The pointer is pointing to some integer: %d", *i);
    else
        printf("The pointer is not pointing anywhere");
}

: 5
The pointer is not pointing anywhere

: 25
The pointer is pointing to some integer: 25

입력받은 값이 10 초과이면 포인터에 j의 주소를 대입하는 프로그램입니다. 맨 처음에 0으로 초기화되어있었기 때문에, 조건식으로 사용하면 i가 어떤 변수를 가리키는지, 안 가리키는지 알 수 있습니다.

C++에서도 포인터에 0을 대입할 수는 있지만 0을 직접적으로 대입하는 것은 좋지 않은 습관입니다. C++에서 빈 포인터를 초기화하는 방법은 나중에 다루도록 하겠습니다.

조건 연산자(conditional operator)

5장에서 연산자의 분류에 대해 설명했을 때, 피연산자가 세 개인 삼항 연산자(ternary operator)가 있다고 소개했습니다. 단항 연산자나 이항 연산자와 달리, C의 삼항 연산자는 딱 하나인데요, 바로 조건 연산자(conditional operator)입니다. 조건 연산자는 다음과 같이 씁니다.

<조건식> ? <조건식이 참일 때 결과값을 얻을 식> : <조건식이 거짓일 때 결과값을 얻을 식>

다음 예제를 봐주세요.

#include <stdio.h>

int main()
{
    int i; scanf("%d", &i);
    int j = (i % 2 == 0) ? 20 : 10;
    printf("%d", j);
}

: 16
20

: 27
10

i % 2 == 0라는 식은 i가 짝수이면 참, 홀수이면 거짓이 되는 식입니다. 조건 연산자의 <조건식>에 이 식을 넣으니, i의 값에 따라 j가 20 또는 10이 되는 것을 확인할 수 있습니다.

조건 연산자도 if문과 마찬가지로, <조건식이 참일 때 결과값을 얻을 식>과 <조건식이 거짓일 때 결과값을 얻을 식> 중 한 쪽만 실행합니다. 다음 예제를 봐주세요.

#include <stdio.h>

int main()
{
    int i = 5;
    int j = (1 != 2) ? 6 : (i = 7);
    printf("%d %d", i, j);
}

5 6

식 (1 != 2)가 참이기 때문에, (i = 7)은 실행되지 않습니다.

while문(while statement)

컴퓨터의 가장 강력한 점 중 하나는 주어진 일을 아주 많은 횟수로 꾸준히 할 수 있다는 점입니다. 십만명 정도를 대상으로 하는 통계를 낸다고 했을 때, 사람이 하려고 하면 몇 천명도 되지 않아 지칠 것입니다. 하지만 컴퓨터는 십만명이 아니라 십억명이라고 해도 지치지 않고 통계에 필요한 계산을 수행할 수 있습니다. 반복문(loop)은 이렇게 반복되는 작업을 수행하기 위해 사용되는 문장입니다.

while문은 C의 반복문 중 하나입니다. while문은 다음과 같이 씁니다.

while (<조건식>) <조건식이 참일 때 실행할 문장>

while문은

1. <조건식>의 결과값이 거짓이라면 문장을 종료하고, 참이라면 2로 갑니다.
2. <조건식이 참일 때 실행할 문장>을 실행합니다.
3. 1로 돌아갑니다.

다음 예제를 봐주세요.

#include <stdio.h>

int main()
{
    int i; scanf("%d", &i);
    while (i > 0)
        printf("%d ", i--);
}

: 5
5 4 3 2 1 

5 4 3 2 1 이 출력된 과정은 다음과 같습니다.

1. 사용자한테서 5를 입력받아 i에 5가 들어갑니다.
2. 5 > 0의 결과가 참이므로,
3. printf("%d ", i--);가 실행되어 5 가 출력되고 i가 4가 됩니다.
4. 4 > 0의 결과가 참이므로,
5. printf("%d ", i--);가 실행되어 4 가 출력되고 i가 3이 됩니다.
6. 3 > 0의 결과가 참이므로,
7. printf("%d ", i--);가 실행되어 3 이 출력되고 i가 2가 됩니다.
8. 2 > 0의 결과가 참이므로,
9. printf("%d ", i--);가 실행되어 2 가 출력되고 i가 1이 됩니다.
10. 1 > 0의 결과가 참이므로,
11. printf("%d ", i--);가 실행되어 1 이 출력되고 i가 0이 됩니다.
12. 0 > 0의 결과가 거짓이므로, while문이 종료됩니다.

즉, while문은 조건식 -> 실행 -> 조건식 -> 실행 -> ... -> 조건식 -> 종료의 과정을 거칩니다.

break문(break statement)

break문은 반복문 안에서 조건문의 결과에 상관없이 반복문을 종료할 수 있는 문장입니다. while문도 반복문이기 때문에 while문 안에서 break를 사용할 수 있습니다. break문은 다음과 같이 사용합니다.

break;

즉, break문은 식이 필요없는 문장입니다.

#include <stdio.h>

int main()
{
    int i; scanf("%d", &i);
    while (i > 0)
    {
        printf("%d ", i);
        if (i == 6)
        {
            printf("foo");
            break;
        }
        i -= 1;
    }
}

: 5
5 4 3 2 1 

: 8
8 7 6 foo

8을 입력했을 때 8 7 6 foo가 출력된 과정은 다음과 같습니다.

1. 사용자한테서 8를 입력받아 i에 8이 들어갑니다.
2. 8 > 0의 결과가 참이므로,
3. printf("%d ", i);가 실행되어 8 이 출력됩니다.
4. 8 == 6의 결과가 거짓이므로, if문 안쪽이 실행되지 않습니다.
5. i -= 1;에 의해 i가 7이 됩니다.
6. 7 > 0의 결과가 참이므로,
7. printf("%d ", i);가 실행되어 7 이 출력됩니다.
8. 7 == 6의 결과가 거짓이므로, if문 안쪽이 실행되지 않습니다.
9. i -= 1;에 의해 i가 6이 됩니다.
10. 6 > 0의 결과가 참이므로,
11. printf("%d ", i);가 실행되어 6 이 출력됩니다.
12. 6 == 6의 결과가 참이므로,
13. printf("foo");가 실행되어 foo가 출력됩니다.
14. break;가 실행되어 while문이 종료됩니다.

이렇게 프로그래머가 원하는 시점에 반복문의 실행을 종료할 수 있습니다.

do-while문(do-while statement)

do-while문도 C의 반복문 중 하나입니다. do-while문은 다음과 같이 씁니다.

do <실행할 문장> while (<조건식>);

do-while문 끝에 붙어있는 세미콜론에 주의해주세요. 반드시 세미콜론이 붙어야 합니다.

do-while문은

1. <실행할 문장>을 실행합니다.
2. <조건식>의 결과값이 거짓이라면 문장을 종료하고, 참이라면 3으로 갑니다.
3. <실행할 문장>을 실행합니다.
4. 2로 돌아갑니다.

즉, while문과 다르게 맨 처음이 조건문이 아니라, 실행 -> 조건식 -> 실행 -> ... -> 조건식 -> 종료의 과정을 거칩니다.

#include <stdio.h>

int main()
{
    int i; scanf("%d", &i);
    do
    {
        printf("%d ", i);
        i -= 1;
    } while (i > 5);
}

: 5
5 

: 8
8 7 6 

조건식이 i > 5임에도 불구하고 5 가 출력된 이유는 do-while문이 맨 처음에는 조건식의 결과값을 고려하지 않기 때문입니다.

do-while문도 반복문이기 때문에, break문을 사용하는 것이 가능합니다.

#include <stdio.h>

int main()
{
    int i = 5;
    do
    {
        printf("%d", i);
        break;
    } while (i > 0);
}

5

for문(for statement)

마지막으로 소개할 반복문은 for문입니다. for문은 사용하는 방법이 두 가지입니다.

for (<변수 선언문> [<조건식>]; [<반복식>]) <실행문>

for ([<초기식>]; [<조건식>]; [<반복식>]) <실행문>

for문은

1. <변수 선언문>이나 <초기식>을 실행합니다.
2. <조건식>의 결과값이 거짓이라면 문장을 종료하고, 참이라면 3으로 갑니다.
3. <실행문>을 실행합니다.
4. <반복식>을 실행합니다.
5. 2로 돌아갑니다.

즉, 양 쪽 다 다음과 같은 while문으로 치환할 수 있습니다.

{
    <변수 선언문> | <초기식>;
    while (<조건식>)
    {
        <실행문>
        <반복식>;
    }
}

앞으로 문법 설명에서 |는 또는으로 해석해주세요.

예시를 보겠습니다.

#include <stdio.h>

int main()
{
    for (int i = 0; i < 5; ++i)
        printf("%d ", i);
}

0 1 2 3 4 

이 예제에선 for문 안에서 변수 선언문을 사용했기 때문에, for문의 사용 방법 두 개 중 위의 문법이 적용됨을 알 수 있습니다. 더 쉬운 이해를 위해, 위 예제 속 for문을 while문으로 치환해보겠습니다.

#include <stdio.h>

int main()
{
    {
        int i = 0;
        while (i < 5)
        {
            printf("%d ", i);
            ++i;
        }
    }
}

0 1 2 3 4 가 출력된 과정이 보이시나요?

1. 0 < 5의 결과는 참이기 때문에,
2. printf("%d ", i);가 실행되어 0 이 출력됩니다.
3. ++i가 실행되어 i가 1이 됩니다.
4. 1 < 5의 결과는 참이기 때문에,
5. printf("%d ", i);가 실행되어 1 이 출력됩니다.
6. ++i가 실행되어 i가 2가 됩니다.
7. 2 < 5의 결과는 참이기 때문에,
8. printf("%d ", i);가 실행되어 2 가 출력됩니다.
9. ++i가 실행되어 i가 3이 됩니다.
10. 3 < 5의 결과는 참이기 때문에,
11. printf("%d ", i);가 실행되어 3 이 출력됩니다.
12. ++i가 실행되어 i가 4가 됩니다.
13. 4 < 5의 결과는 참이기 때문에,
14. printf("%d ", i);가 실행되어 4 가 출력됩니다.
15. ++i가 실행되어 i가 5가 됩니다.
16. 5 < 5의 결과는 거짓이기 때문에, while문이 종료됩니다.

동일한 프로그램을 변수 선언문 대신 초기식을 사용하여 만들어보겠습니다.

#include <stdio.h>

int main()
{
    int i;
    for (i = 0; i < 5; ++i)
        printf("%d ", i);
}

이 예제 속 for문을 while문으로 치환하면 다음과 같이 변합니다.

#include <stdio.h>

int main()
{
    int i;
    {
        i = 0;
        while (i < 5)
        {
            printf("%d ", i);
            ++i;
        }
    }
}

위 예제와 다르게 int i;가 위로 올라가긴 했지만, 실행엔 별로 차이가 없을 것입니다. 동일하게 0 1 2 3 4 를 출력한다는 것을 알 수 있습니다.

for문도 반복문이기 때문에 break문을 사용할 수 있습니다.

#include <stdio.h>

int main()
{
    for (int i = 5; i >= 0; --i)
    {
        if (i == 2)
            break;
        printf("%d ", i);
    }
}

5 4 3 

위 예제의 for문을 while문으로 치환해보겠습니다.

#include <stdio.h>

int main()
{
    {
        int i = 5;
        while (i >= 0)
        {
            if (i == 2)
                break;
            printf("%d ", i);
            --i;
        }
    }
}

5 4 3 이 왜 출력되는지 감이 잡히시나요? for문은 복잡하지만 아주 많이 사용되기 때문에, 분석하기 힘들실 땐 while문으로 치환해보시면서 for문에 익숙해지려고 노력해주세요.

for문은 배열과 함께 사용될 때 가장 강력합니다. 6장에서 sizeof 연산자로 배열의 길이를 구하는 방법을 배웠습니다. 이걸 for문과 함께 사용하면 배열의 모든 요소를 출력하는 코드를 쉽게 만들 수 있습니다.

#include <stdio.h>

int main()
{
    int arr[] = { 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, };
    printf("int arr[] = { ");
    for (int i = 0; i < sizeof arr / sizeof(int); ++i)
        printf("%d, ", arr[i]);
    printf("};");
}

int arr[] = { 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, };

사용자의 입력을 배열에 입력받을 때도 for문을 활용할 수 있습니다.

#include <stdio.h>

int main()
{
    int arr[5];
    int len = sizeof arr / sizeof(int);
    for (int i = len - 1; i >= 0; --i)
        scanf("%d", arr + i);

    for (int i = 0; i < len; ++i)
        printf("%d ", arr[i] * 2);
}

: 18 62 17 26 20
40 52 34 124 36

: 18
: 62 17
: 26 20
40 52 34 124 36

위 예제에선 arr[4], arr[3], arr[2], ... 순서대로 사용자의 입력을 받고 있습니다.

arr[i]가 *(arr + i)랑 동치라는 것을 기억해주세요. &arr[i]는 arr + i가 됩니다.

6장에서 scanf가 사용자의 입력을 스페이스나 줄바꿈으로 구분한다고 언급한 것을 기억해주세요.

for문의 초기식, 조건식, 반복식은 모두 생략이 가능합니다. 초기식이나 반복식이 생략되는 것은 쉽게 이해할 수 있습니다. for (; <조건식>;) <실행문>처럼 쓰면 while (<조건식>) <실행문>이 되는 것과 큰 차이가 없습니다.

for ([초기식]; <조건식>; [반복식]) <실행문> 

->

{
    [초기식];
    while (<조건식>)
    {
        <실행문>
        [반복식];
    }
}

여기서 [초기식]과 [반복식]만 생략하면 되니까요. 변수 선언문이 포함된 경우도 마찬가지입니다.

for (<변수 선언문> <조건식>; [반복식]) <실행문>

->

{
    <변수 선언문>
    while (<조건식>)
    {
        <실행문>
        [반복식];
    }
}

근데 여기서 조건식을 생략해버리면 while문 안에 조건식이 들어있지 않게 되어 문법 오류가 발생합니다. 그래서 조건식이 생략되면 while문으로 치환했을 때 조건식에 1이 들어있는 것으로 생각합니다. 예시를 보겠습니다.

#include <stdio.h>

int main()
{
    for (int i = 0;;i += 2)
    {
        printf("%d ", i);
    }
}

이 예제를 while문으로 치환하면 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

#include <stdio.h>

int main()
{
    {
        int i = 0;
        while (1)
        {
            printf("%d ", i);
            i += 2;
        }
    }
}

이 프로그램을 Ctrl + F5를 눌러 실행해보면

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 ...

프로그램이 멈추지 않고 끝나는 것을 확인할 수 있습니다.

continue문(continue statement)

continue문은 반복문 안에서 한 번의 반복을 종료할 수 있는 문장입니다. 한 번의 반복이라는 말이 모호하다고 느끼실 것 같은데, 정확히 어떤 의미인지 밑에서 설명하겠습니다. continue문은 break문 처럼 사용합니다.

continue;

continue문도 식이 필요하지 않습니다.

#include <stdio.h>

int main()
{
    int i = 0;
    while (i < 5)
    {
        printf("%d ", i);
        continue;
        ++i;
    }
}

0 0 0 0 0 0 ...

continue문을 사용하니 continue; 밑에 있던 ++i가 실행되지 않고 있습니다. 코드를 자세히 분석하면 다음과 같습니다.

프로그램이 시작했을 때,
    1. 적절한 공간을 i라고 이름짓고 0을 집어넣습니다.
    2. i < 5의 결과가 1이 아니라면 while문을 종료합니다.
    3. i에 들어있는 값을 출력합니다.
    4. 2로 이동합니다.
    5. i를 1 증가시킵니다.
    6. 2로 이동합니다.

4번에서 2번으로 이동한다는 것을 알 수 있습니다.

즉, 모든 반복문은 조건식 실행 -> 반복할 문장 수행의 형태를 띠는데, continue문을 사용하면 반복할 문장 수행과정을 중지하고 다시 조건식 실행과정으로 돌아갑니다. 그래서 위 예제에서 while문 대신에 do-while문을 사용해도 비슷한 일이 일어납니다.

for문에서는 약간 다릅니다. 다음 예제를 봐주세요.

#include <stdio.h>

int main()
{
    for (int i = 0; i < 3; ++i)
    {
        printf("%d ", i);
        continue;
        printf("foo ");
    }
}

0 1 2 

중간에 있는 continue;에서 바로 조건식 실행 과정으로 넘어갔다면 ++i가 실행되지 않았을 때, i가 잘 증가하는 모습을 확인할 수 있습니다. 이처럼 for문 내에서 continue문을 사용하면, 조건식 실행 과정이 아니라 반복식 실행 과정으로 넘어갑니다. 위 예제에서 0 1 2 가 출력된 과정을 분석해보겠습니다.

1. 0 < 3의 결과는 참이기 때문에,
2. printf("%d ", i);가 실행되어 0 이 출력됩니다.
3. continue;가 실행되어 <실행문>이 종료됩니다.
4. ++i;가 실행되어 i가 1이 됩니다.
5. 1 < 3의 결과는 참이기 때문에,
6. printf("%d ", i);가 실행되어 1 이 출력됩니다.
7. continue;가 실행되어 <실행문>이 종료됩니다.
8. ++i;가 실행되어 i가 2가 됩니다.
9. 2 < 3의 결과는 참이기 때문에,
10. printf("%d ", i);가 실행되어 2 가 출력됩니다.
11. continue;가 실행되어 <실행문>이 종료됩니다.
12. ++i;가 실행되어 i가 3이 됩니다.
13. 3 < 3의 결과는 거짓이기 때문에 for문이 종료됩니다.

무한 루프(infinite loop)

반복문은 조건식이 참이면 주어진 문장을 계속 수행합니다. 조건식으로 1이나 2, 20 < 100처럼 결정값이 항상 참으로 간주되는 값인 식을 사용하면 반복문은 영원히 반복되게 됩니다. 이런 반복문을 무한 루프(infinite loop)라고 부릅니다.

프로그램의 종류에 따라 무한 루프를 사용해야하는 경우도 있지만, 대부분의 프로그램의 경우엔 무한 루프를 사용할 일이 없습니다. 무한 루프에 갇히다라는 표현이 있을 정도로 무한 루프가 실행 중인 상황은 대게 버그가 발생한 경우입니다. 예를 들어, 1부터 10까지의 정수를 거꾸로 출력하는 프로그램을 만들어보려고 합니다.

#include <stdio.h>

int main()
{
    for (int i = 10; i >= 1; ++i)
        printf("%d ", i);
}

그런데, 원래 --i라고 써야 하는 걸 ++i라고 써버렸습니다. i >= 1은 항상 1이 됩니다. 반복문의 조건식이 항상 참이니 무한 루프가 됩니다. 이처럼 무한 루프가 발생한 경우엔 보통 좋지 않은 일이 일어났을 가능성이 높습니다. 그래서 조건식에 항상 참이 되는 식을 넣지는 않았는지 확인하고, 혹시 1을 꼭 넣어야 한다면 다음 예제처럼 break문을 적절히 사용할 필요가 있습니다.

#include <stdio.h>

int main()
{
    printf("Sum calculator\n");
    int sum = 0;
    while (1)
    {
        printf("Gimme a number: ");
        int i; scanf("%d", &i);
        if (!i)
            break;
        sum += i;
    }
    printf("Sum: %d", sum);
}

Sum calculator
Gimme a number: 7
Gimme a number: 18
Gimme a number: 25
Gimme a number: 16
Gimme a number: 19
Gimme a number: -34
Gimme a number: 14
Gimme a number: 0
Sum: 65

위 예제처럼 break문이 실행될 수 있는 가능성이 충분히 있으면 조건식이 1이라고 하더라도 무한 루프라고 부르지 않습니다.

식 !i에 주목해주세요. 부정 연산자는 참인 값을 거짓으로, 거짓인 값을 참으로 바꿔줍니다. 즉, 0이 아닌 식은 0으로, 0인 식은 1로 바꿔주는 연산자입니다. 그래서 i가 0이 아니면 조건식의 결과값이 0이 되어 if문 안쪽이 실행되지 않고, i가 0이면 조건식의 결과값이 1이 되어 if문 안쪽이 실행됩니다. 이렇게 사용자가 0을 입력하면 반복문을 종료하게 만들 수 있습니다.

조건문과 반복문 활용하기

반복문들도 문장이기 때문에, 반복문 안에 반복문을 집어넣는 것도 가능합니다. 반복문끼리 겹쳐쓰는 대표적인 예시가 바로 구구단 출력인데요,

#include <stdio.h>

int main()
{
    int row_num = 2;
    while (row_num <= 9)
    {
        for (int i = 1; i <= 9; ++i)
            printf("%d * %d = %d\n", row_num, i, row_num * i);
        ++row_num;
    }
}

2 * 1 = 2
2 * 2 = 4
2 * 3 = 6
2 * 4 = 8
2 * 5 = 10
2 * 6 = 12
2 * 7 = 14
2 * 8 = 16
...
9 * 3 = 27
9 * 4 = 36
9 * 5 = 45
9 * 6 = 54
9 * 7 = 63
9 * 8 = 72
9 * 9 = 81

이렇게 순식간에 구구단을 계산하는 것을 확인할 수 있습니다. 반복문뿐만 아니라 조건문도 문장이기 때문에, 반복문 안에 조건문을 넣기도 하고, 조건문 안에 반복문을 넣기도 합니다. 다음 프로그램은 주어진 정수가 10000 이하일 때, 그 정수보다 작거나 같은 소수를 출력합니다.

#include <stdio.h>

int main()
{
    int threshold; scanf("%d", &threshold);

    if (threshold > 10000)
        printf("given number is too big");
    else
        for (int num = 2; num <= threshold; ++num)
        {
            int is_prime = 1, div = 2;

            while (div * div <= num)
            {
                if (num % div == 0)
                {
                    is_prime = 0;
                    break;
                }

                ++div;
            }

            if (is_prime)
                printf("%d ", num);
        }
}

: 100
2 3 5 7 11 13 17 19 23 29 31 37 41 43 47 53 59 61 67 71 73 79 83 89 97

: 20000
given number is too big

2 이상 threshold 이하의 모든 정수 num에 대해, 2이상 루트 num이하의 모든 정수 div에 대해, 식 num % div == 0이 1인 경우가 있으면 num은 소수가 아니고, 1인 경우가 없으면 num은 소수라고 판단하는 프로그램입니다.

이렇게 조건문과 반복문을 적절히 활용하면 다양한 반복적인 계산을 쉽게 처리할 수 있게 됩니다.

반복문을 여러개 겹쳐 썼을 때, break문이 어떻게 작동하는 건지 파악할 필요가 있습니다.

다음: 함수