CHAP 3:배열, 구조체, 포인터.

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1 CHAP 3:배열, 구조체, 포인터

2 배열이란? 같은 형의 변수를 여러 개 만드는 경우에 사용 반복 코드 등에서 배열을 사용하면 효율적인 프로그래밍이 가능
int A0, A1, A2, A3, …,A9;  int A[10]; 반복 코드 등에서 배열을 사용하면 효율적인 프로그래밍이 가능 예) 최대값을 구하는 프로그램: 만약 배열이 없었다면? 1 2 3 4 5 6 7 8 9 tmp=score[0]; for(i=1;i<n;i++){ if( score[i] > tmp ) tmp = score[i]; }

3 배열 ADT 배열: <인덱스, 요소> 쌍의 집합 인덱스가 주어지면 해당되는 요소가 대응되는 구조 배열 ADT
객체: <인덱스, 요소> 쌍의 집합 연산:   ▪ create(n) ::= n개의 요소를 가진 배열의 생성.  ▪ retrieve(A, i) ::= 배열 A의 i번째 요소 반환.  ▪ store(A, i, item) ::= 배열 A의 i번째 위치에 item 저장. 요소 인덱스

4 1차원 배열 int A[6]; A[0] A[1] A[2] A[3] A[4] A[5] base+5*sizeof(int)

5 2차원 배열 int A[3][4]; A[0][0] A[0][1] A[0][0] A[0][1] A[0][2] A[0][3] A[0][2] A[1][0] A[1][1] A[1][2] A[1][3] A[0][3] A[2][0] A[2][1] A[2][2] A[2][3] A[1][0] … A[2][3] A[i][j] 주소 계산: base + i*sizeof(int)*4 + j*sizeof(int) 실제 메모리안에서의 위치

6 배열의 응용: 다항식 다항식의 일반적인 형태 프로그램에서 다항식을 처리하려면 다항식을 위한 자료구조가 필요-> 어떤 자료구조를 사용해야 다항식의 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈 연산을 할 때 편리하고 효율적일까? 배열을 사용한 방법 다항식의 모든 항의 계수를 배열에 저장

7 다항식 표현 방법 10 6 3 모든 차수에 대한 계수값을 배열로 저장 하나의 다항식을 하나의 배열로 표현 coef 1 2 4
6 3 1 2 4 5 7 8 9 #define MAX_DEGREE 101 typedef struct { int degree; float coef[MAX_DEGREE]; } polynomial; polynomial a = { 5, {10, 0, 0, 0, 6, 3} };

8 다항식 표현 방법(계속) 장점: 다항식의 각종 연산이 간단해짐 단점: 대부분의 항의 계수가 0이면 공간의 낭비가 심함.
예) 다항식의 덧셈 연산 단점: 대부분의 항의 계수가 0이면 공간의 낭비가 심함. #include <stdio.h> #define MAX(a,b) (((a)>(b))?(a):(b)) #define MAX_DEGREE 101 typedef struct { // 다항식 구조체 타입 선언 int degree; // 다항식의 차수 float coef[MAX_DEGREE]; // 다항식의 계수 } polynomial;

9 다항식 표현 방법(계속) // C = A+B 여기서 A와 B는 다항식이다.
polynomial poly_add(polynomial A, polynomial B) { polynomial C; // 결과 다항식 int Apos=0, Bpos=0, Cpos=0; // 배열 인덱스 변수 int degree_a=A.degree; int degree_b=B.degree; C.degree = MAX(A.degree, B.degree); // 결과 다항식 차수 while( Apos<=A.degree && Bpos<=B.degree ){ if( degree_a > degree_b ){ // A항 > B항 C.coef[Cpos++]= A.coef[Apos++]; degree_a--; }

10 다항식 표현 방법(계속) else if( degree_a == degree_b ){ // A항 == B항
C.coef[Cpos++]=A.coef[Apos++]+B.coef[Bpos++]; degree_a--; degree_b--; } else { // B항 > A항 C.coef[Cpos++]= B.coef[Bpos++]; degree_b--; return C; main() { polynomial a = { 5, {3, 6, 0, 0, 0, 10} }; polynomial b = { 4, {7, 0, 5, 0, 1} }; polynomial c; c = poly_add(a,b);

11 희소행렬 배열을 이용하여 행렬(matrix)를 표현하는 2가지 방법 희소행렬: 대부분의 항들이 0인 배열
(1) 2차원 배열을 이용하여 배열의 전체 요소를 저장하는 방법 (2) 0이 아닌 요소들만 저장하는 방법 희소행렬: 대부분의 항들이 0인 배열

12 희소행렬 표현방법 #1 2차원 배열을 이용하여 배열의 전체 요소를 저장하는 방법 A= B=
장점: 행렬의 연산들을 간단하게 구현할 수 있다. 단점: 대부분의 항들이 0인 희소 행렬의 경우 많은 메모리 공간 낭비 2 1 5 4 6 3 9 8 7 7 8 9 5 1 2 3 A= B=

13 희소 행렬 #1 #include <stdio.h> #define ROWS 3 #define COLS 3
// 희소 행렬 덧셈 함수 void sparse_matrix_add1(int A[ROWS][COLS], int B[ROWS][COLS], int C[ROWS][COLS]) // C=A+B { int r,c; for(r=0;r<ROWS;r++) for(c=0;c<COLS;c++) C[r][c] = A[r][c] + B[r][c]; }

14 희소 행렬 #1 main() { int array1[ROWS][COLS] = { { 2,3,0 }, { 8,9,1 },
{ 7,0,5 } }; int array2[ROWS][COLS] = { { 1,0,0 }, { 1,0,0 }, { 1,0,0 } }; int array3[ROWS][COLS]; sparse_matrix_add1(array1,array2,array3); }

15 희소행렬 표현방법 #2 0이 아닌 요소들만 저장하는 방법 A= B= 장점: 희소 행렬의 경우, 메모리 공간의 절약
단점: 각종 행렬 연산들의 구현이 복잡해진다. 행 열 값 행 열 값 2 3 7 1 2 1 2 1 1 3 1 1 9 1 2 1 2 2 1 8 2 1 5 8 1 2 1 2 A= B= 3 1 1 9 3 3 6 1 2 1 2 4 1 2 1 4 3 1 5 1 2 1 2 5 2 7 5 4 5 1 6 2 2 5 6 5 2 2

16 희소 행렬 #2 #define ROWS 3 #define COLS 3 #define MAX_TERMS 10
typedef struct { int row; int col; int value; } element; typedef struct SparseMatrix { element data[MAX_TERMS]; int rows; // 행의 개수 int cols; // 열의 개수 int terms; // 항의 개수 } SparseMatrix;

17 희소 행렬 #2 // 희소 행렬 덧셈 함수 // c = a + b
SparseMatrix sparse_matrix_add2(SparseMatrix a, SparseMatrix b) { SparseMatrix c; int ca=0, cb=0, cc=0; // 각 행렬의 data 배열의 인덱스로 사용 // 행렬 a와 행렬 b의 크기가 같은지를 확인 if( a.rows != b.rows || a.cols != b.cols ){ fprintf(stderr,"희소행렬 크기에러\n"); exit(1); } c.rows = a.rows; c.cols = a.cols; c.terms = 0; Stderr: Standard error stream The standard error stream is the default destination for error messages and other diagnostic warnings. Like stdout, it is usually also directed to the output device of the standard console (generally, the screen).

18 희소 행렬 #2 while( ca < a.terms && cb < b.terms ){
// 각 행렬에서 현재 항(element)의 상대적인 순서를 계산 int inda = a.data[ca].row * a.cols + a.data[ca].col; int indb = b.data[cb].row * b.cols + b.data[cb].col; if( inda < indb) { // a 행렬 항이 앞에 있으면 c.data[cc++] = a.data[ca++]; } else if( inda == indb ){ // a와 b가 같은 위치 c.data[cc].row = a.data[ca].row; c.data[cc].col = a.data[ca].col; c.data[cc++].value = a.data[ca++].value + b.data[cb++].value; else // b 행렬 항이 앞에 있음 c.data[cc++] = b.data[cb++];

19 희소 행렬 #2 // 행렬 a와 b에 남아 있는 항들을 행렬 c로 옮긴다. 2개의 for문 중 적어도 하나는 실행이 안됨
for(; ca < a.terms; ca++) c.data[cc++] = a.data[ca++]; for(; cb < b.terms; cb++) c.data[cc++] = b.data[cb++]; c.terms = cc; return c; } main() { SparseMatrix m1 = { {{ 1,1,5 },{ 2,2,9 }}, 3,3,2 }; SparseMatrix m2 = { {{ 0,0,5 },{ 2,2,9 }}, 3,3,2 }; SparseMatrix m3; m3 = sparse_matrix_add2(m1, m2);

20 구조체 구조체(structure): 타입이 다른 데이터들을 하나로 묶는 방법
배열(array): 타입이 같은 데이터들을 하나로 묶는 방법 구조체 배열 필드 1 char carray[100]; struct example { char cfield; int ifield; float ffield; double dfield; }; struct example s1;

21 구조체 생성예 구조체의 선언과 구조체 변수의 생성 typedef을 이용한 구조체의 선언과 구조체 변수의 생성
struct person { // person은 구조체명(구조체 식별자 또는 구조체 tag) char name[10]; // 문자배열로 된 이름 int age; // 나이를 나타내는 정수값 float height; // 키를 나타내는 실수값 }; struct person a; // 구조체 변수 선언 typedef을 이용한 구조체의 선언과 구조체 변수의 생성 typedef struct person { char name[10]; // 문자배열로 된 이름 int age; // 나이를 나타내는 정수값 float height; // 키를 나타내는 실수값 } person; // person은 구조체명인 동시에 새로운 타입이름 person a; // person 타입의 변수 선언

22 구조체의 대입과 비교 연산 구조체 변수의 대입: 가능 구조체 변수끼리의 비교: 불가능
typedef struct person { char name[10]; // 문자배열로 된 이름 int age; // 나이를 나타내는 정수값 float height; // 키를 나타내는 실수값 } person; main() { person a, b; b = a; // 가능 } 구조체 변수끼리의 비교: 불가능 main() { if( a > b ) printf("a가 b보다 나이가 많음"); // 불가능 }

23 자체참조 구조체 자체 참조 구조체(self-referential structure): 필드중에 자기 자신을 가리키는 포인터가 한 개 이상 존재하는 구조체 연결 리스트나 트리에 많이 등장 typedef struct ListNode { char data[10]; struct ListNode *link; } ListNode;

24 포인터(pointer) 포인터: 다른 변수의 주소를 가지고 있는 변수 포인터가 가리키는 변수의 값 변경: * 연산자 사용
26 ‘A’ 변수 a 주소 포인터 p 포인터: 다른 변수의 주소를 가지고 있는 변수 char a='A'; char *p; p = &a; 포인터가 가리키는 변수의 값 변경: * 연산자 사용 * : 역참조(dereferencing) 연산자 26 ‘B’ 변수 a 주소 포인터 p *p= 'B';

25 포인터와 관련된 연산자 & 연산자: 변수의 주소를 추출 * 연산자: 포인터가 가리키는 변수(의 값)를 추출 26 &a *p
int a; // 정수 변수 선언 int *p; // 정수 포인터 선언 int **pp; // 정수 포인터의 포인터 선언 p = &a; // 변수 a와 포인터 p를 연결 pp = &p; // 포인터 p와 포인터의 포인터 pp를 연결

26 다양한 포인터 포인터의 종류 void *p; // p는 가리킬 수 있는 변수의 타입이 정해져 있지 않은 포인터
int *pi; // pi는 정수 변수를 가리키는 포인터 float *pf; // pf는 실수 변수를 가리키는 포인터 char *pc; // pc는 문자 변수를 가리키는 포인터 int **pp; // pp는 포인터를 가리키는 포인터 struct test *ps; // ps는 test 타입의 구조체를 가리키는 포인터 void (*f)(int) ; // f는 함수를 가리키는 포인터 (return type: void, parameter type: int) A function pointer always points to a function with a specific signature! Thus all functions, you want to use with the same function pointer, must have the same parameters and return-type!

27 함수의 파라미터로서의 포인터 함수안에서 파라미터로 전달된 포인터를 이용하여 외부 변수의 값 변경 가능
void swap(int *px, int *py) { int tmp; tmp = *px; *px = *py; *py = tmp; } main() int a=1,b=2; printf("swap을 호출하기 전: a=%d, b=%d\n", a,b); swap(&a, &b); printf("swap을 호출한 다음: a=%d, b=%d\n", a,b);

28 배열과 포인터 배열의 이름: 사실상의 포인터와 같은 역할 컴파일러가 배열의 이름을 배열의 첫번째 주소로 대치 10 A[0] A
14 A[1] 18 A[2] 22 A[3] 26 A[4] 30 A[5] 컴파일러가 배열의 이름을 배열의 첫번째 주소로 대치

29 구조체의 포인터 구조체의 요소에 접근하는 연산자: -> 98 2 s.i = ps->i ps 3.14
s.f = ps->f main() { struct { int i; float f; } s, *ps; ps = &s; ps->i = 2; ps->f = 3.14; }

30 포인터의 포인터 56 26 ‘A’ 변수 a 포인터 p 89 포인터의 포인터 pp int a; // 정수 변수 선언
int *p; // 정수 포인터 선언 int **pp; // 정수 포인터의 포인터 선언 p = &a; // 변수 a와 포인터 p를 연결 pp = &p; // 포인터 p와 포인터의 포인터 pp를 연결

31 포인터 연산 포인터에 대한 사칙연산: 포인터가 가리키는 객체단위로 계산된다. 10 A[0] p 14 A[1] 18 A[2]
p+1 // 포인터 p가 가리키는 객체의 바로 뒤 객체 p-1 // 포인터 p가 가리키는 객체의 바로 앞 객체 10 A[0] p 14 A[1] 18 A[2] 22 A[3] 26 A[4] 30 A[5] p+1 p-1

32 포인터 사용시 주의할 점 포인터가 아무것도 가리키고 있지 않을 때는 NULL로 설정 초기화가 안된 상태에서 사용 금지
int *pi=NULL; 초기화가 안된 상태에서 사용 금지 main() { char *pc; // 포인터 pi는 초기화가 안되어 있음 *pc = 'E’; // 위험한 코드 }

33 동적 메모리 할당 프로그램이 메모리를 할당받는 방법 정적 메모리 할당 정적 메모리 동적 메모리 할당
메모리의 크기는 프로그램이 시작하기 전에 결정 프로그램의 수행 도중에 그 크기가 변경될 수는 없다. 만약 처음에 결정된 크기보다 더 큰 입력이 들어온다면 처리하지 못할 것이고 더 작은 입력이 들어온다면 남은 메모리 공간은 낭비될 것이다. (예) 변수나 배열의 선언 int buffer[100]; char name[] = “data structure"; 프로그램의 실행 도중에 메모리를 할당받는 것 필요한 만큼만 할당을 받고 또 필요한 때에 사용하고 반납 메모리를 매우 효율적으로 사용가능 메모리 200바이트가 필요한데…. 운영체제 프로그램

34 동적 메모리 할당 전형적인 동적 메모리 할당 코드 동적 메모리 할당 관련 라이브러리 함수
main() { int *pi; pi = (int *)malloc(sizeof(int)); // 동적 메모리 할당 ... … // 동적 메모리 사용 free(pi); // 동적 메모리 반납 } 동적 메모리 할당 관련 라이브러리 함수 malloc(size) // 메모리 할당 free(ptr) // 메모리 할당 해제 sizeof(var) // 변수나 타입의 크기 반환(바이트 단위)

35 동적 메모리 할당 라이브러리 malloc(int size) free(void *ptr) sizeof 연산자
(char *)malloc(100) ; /* 100 바이트 할당 */ (int *)malloc(sizeof(int));/* 정수 1개를 저장할 메모리 확보*/ (struct Book *)malloc(sizeof(struct Book))/* 하나의 구조체 생성 */ free(void *ptr) ptr이 가리키는 할당된 메모리 블록을 해제 sizeof 연산자 변수나 타입의 크기 반환(바이트 단위)

36 동적 메모리 할당 예제 struct Example { int number; char name[10]; };
void main() { struct Example *p; p=(struct Example *)malloc(2*sizeof(struct Example)); if(p==NULL){ fprintf(stderr, "can't allocate memory\n") ; exit(1) ; } p->number=1; strcpy(p->name,"Park"); (p+1)->number=2; strcpy((p+1)->name,"Kim"); free(p);