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파일 입출력

파일에 대한 두가지 입출력 수준(즉, 파일에 대한 접근을 처리하는 두가지 수준)중 어느 하나를 선택할 수 있다. 저수준 입출력(Low-level I/O)은 운영체제가 제공하는 기본적인 입출력 서비스를 사용한다. 표준 고수준 입출력(standard high - level I/O)은 C라이브러리 함수들의 표준 패키지와 stdio.h 헤더 파일정의들을 사용한다.

모든 운영체제가 동일한 저수준 입출력 모델로 표현될 수 있다는 보장이 없기 때문에, C 표준은 입출력 패키지만을 제공한다.

C프로그램은 사용자를 위해 표준 입력(standard input), 표준 출력(standard output), 표준 에러 출력(standard error output) 이라는 세개의 파일을 자동으로 연다. 표준 입력은 디폴트로, 일반적으로 시스템이 사용하는 키보드와 같은 입력 장치다. 표준 출력과 표준에러 출력은 둘다 디폴트로, 일반적으로 시스템이 사용하는 디스플레이 스크린과 같은 출력 장치이다.

표준 입력은 당연히 프로그램에 입력을 제공한다. 그것은 getchar(), gets(), scanf()가 데이터를 읽는 파일이다. 표준 출력은 프로그램의 정상적인 출력이 나타나는 곳이다. putchar(), puts(), printf()가 그 파일을 사용한다. 리다이렉션은 다른 파일들을 표준입력이나 표준 출력으로 인식되게 만든다.

표준 에러출력 파일의 목적은 에러 메시지들을 출력할, 논리적으로 구분되는 어떤 장소를 제공하는 것이다. 예를 들어, 출력을 스크린 대신에 파일로 보내는 리디렉션을 사용할 때, 표준 에러 출력으로 보내지는 에러 메시지들은 여전히 스크린에 표시된다. 에러 메시지들 마저도 파일로 보내진다면, 그 파일을 열어보기 전까지는 에러 메시지들의 존재를 알 수 없기 때문이다.

표준 입출력 패키지가 저수준 입출력에 비해 가지는 장점.

1. 다양한 입출력 문제들을 간단하게 처리하는 전문화된 많은 함수들을 제공한다. 예를 들어, printf()는 다양한 유형의 데이터를 터미널에 적합한 문자열 출력으로 변환한다.

2.입력과 출력에 버퍼(buffer)를 사용한다. 즉, 정보가 한번에 한바이트씩 전달되지 않고, 큰 덩어리(일반적으로 한번에 512바이트 또는 그이상)로 전달된다.

버퍼를 사용

프로그램이 파일을 읽을 때, 한 덩어리의 데이터가 버퍼(중간 저장영역)로 복사된다. 이와 같은 버퍼링은 데이터 전송속도를 크게 증가시킨다. 그러고 나면 프로그램은 버퍼에 들어있는 개별적인 바이트들을 조사할 수 있다. 버퍼링은 무대 뒤에서 은밀하게 이루어진다. 그래서 사용자에게는 문자 단위로 입출력이 이루어지는 것처럼 보인다.

exit()함수는 열려있는 모든 파일들을 닫으면서 프로그램을 종료시킨다. 일반적으로 프로그램이 정상적으로 종료되는 경우에는 0을 전달하고, 비정상적으로 종료되는 경우에는 0이아닌 값들을 전달한다. 실패의 여러 원인들을 서로 구별하기 위해 서로다른 종료값들을 사용할 수 있다.

ANSI C표준은 정상적인 종료를 나타내기 위해 값 0 또는 매크로 EXIT_SUCCESS 를 사용할 것과, 비정상적인 종료를 나타내기 위해 EXIT_FAILURE를 사용할 것을 요구한다. 이들 매크로는, exit() 프로토타입과 함께, stdlib.h 헤더파일에 있다.

fopen()은 파일을 여는 함수이다. 이 함수는 stdio.h에 선언되어 있다. 첫번째 전달인자는 열려고 하는 파일의 이름이다. 좀더 정확하게 말하자면 파일이름을 가지고있는 문자열의 주소이다. 두번째 전달인자는 파일을 여는데 사용할 모드를 지정하는 문자열이다. C라이브러리는 여러가지 모드 문자열을 제공한다.

fopen()의 모드 문자열

모드문자열                                                                          의미

    "r"                       읽기위해 파일을 텍스트 모드로 연다.

   "w"                       쓰기 위해 파일을 텍스트 모드로 연다. 파일이 이미 존재하면 파일 길이를 0으로 만든다.                                         파일이 없으면 새 파일을 만든다.

   "a"                       쓰기위해 파일을 텍스트 모드로 연다. 파일이 이미 존재하면 그 파일 끝에 덧붙인다. 파일이                                     없으면 새파일을 만든다.

  "r+"                      갱신하기 위해(즉, 읽고 쓰기 위해)파일을 텍스트 모드로 연다.

  "w+"                     갱신하기 위해(즉, 읽고 쓰기위해)파일을 텍스트 모드로 연다. 파일이 이미 존재하면 파일길이를                                0으로 만든다. 파일이 없으면 새 파일을 만든다.

  "a+"                     갱신하기 위해(즉, 읽고 쓰기 위해)파일을 텍스트 모드로 연다. 파일이 이미 존재하면 그 파일의                                끝에 덧붙인다. 파일이 없으면 새파일을 만든다. 읽기는 전체를 읽을 수 있지만 쓰기는 끝에                                      덧 붙일수만 있다.

"rb","wb","ab","ab+"   텍스트 모드가 아닌 바이너리 모드로 동작한다는 것을 제외하고, 앞의 모드들과 같다.

"a+b","wb+","w+b"

"rb+","r+b"

"wx","wbx","w+x",      파일이 이미 존재하면 오픈하는것을 실패한다는 것을 제외하고 non-x와 같다.

"wb+x","w+bx"

파일입출력

파일들은 프로그램, 문서, 데이터, 서식, 그래픽, 그밖에도 수없이 많은 종류의 정보를 저장하는데 사용된다.

파일(file)은 일반적으로 이름이 붙어있는 디스크 상의, 즉 솔리드 스테이트 디바이스(고체 전기가 흐르는 전자 디바이스로 된 고체 상태 장치)의 어떤 영역이다.

운영체제 입장에서 볼때 파일은 조금 복잡하다. 예를들어, 하나의 커다란 파일이 여러영역에 나뉘어 저장되어 있을 수도 있다. 또는 어떤 종류의 파일인지 운영체제가 판단할 수 있는 부가적인 데이터가 파일 안에 들어있을 수도 있다.

C는 파일을, 각 바이트를 개별적으로 읽을 수 있는, 연속적인 바이트들의 시퀀스로 인식한다. 이것은 C의 성장 배경이였던 Unix 환경에서의 파일 구조와 일치한다. 다른 환경들은 이 모델과 정확히 일치하지 않을수도 있기 때문에, ANSI C는 파일의 두가지 인식 형식을 제공한다. 즉 텍스트 인식과 바이너리 인식을 제공한다.

모든 파일 컨텐츠는 2진법의(바이너리)형태 (0과 1의)이다. 그러나 만일 파일이 C문자열만큼 많은 문자를 표현하기 위해 캐릭터용으로 2진 코드를 사용한다면 그것은 텍스트 파일이다. 텍스트 컨텐츠가 있는것이다.

파일안에 있는 2진값들이 기계어 코드 또는 수치데이터(int 값 long값 등등) 또는 이미지나 음악 인코딩을 표현한다면 컨텐츠는 바이너리이다.

Unix는 두 종류의 컨텐츠에 같은 파일 포맷을 사용한다. C와 Unix모두 텍스트에 행 바꿈을 나타낼때 \n(개행문자)를 사용한다.

텍스트 파일을 처리하기 위한 일부 규칙을 가져오기 위해, C는 파일에 엑세스하는 두가지 방식, 즉 텍스트(text)모드와  바이너리(binary)모드를 제공한다. 바이너리 모드에서, 프로그램은 파일의 각 바이트에 그리고 모든 바이트에 접근할 수 있다.

텍스트 모드에서는 프로그램이 인식하는 내용과 파일에 있는 내용이 다를 수 있다.

텍스트 파일을 반드시 텍스트 관점으로만 사용해야 하는 것은 아니다. 같은 파일을 바이너리 관점으로도 사용할 수 있다.

C가 바이너리 관점과 텍스트 관점을 모두 제공하지만 이 관점들은 이상적으로 적용될 수 있다. 언급된 바와 같이, Unix는 하나의 파일 구조만 사용하므로 Unix에서는 구현할 때 두가지 관점들이 동일해진다. 그리고 이것은 Linux도 마찬가지다.

변수 선언에서 const 키워드는 그 변수를 대입 연산, 증가 연산, 감소 연산으로 값을 변경할 수 없는 변수로 만든다.

단순한 변수나 배열을 선언할 때 const 키워드를 사용하는 것은 아주 쉽다. 포인터의 경우에는 좀더 복잡하다. 왜냐하면 포인터 자체를 const로 만드는 것과, 포인터가 가리키는 값을 const로 만드는 것을 구별해야 하기 때문이다.

const를 *의 왼쪽 어딘가에 넣으면 그 데이터를 상수로 만든다.

const를 *의 오른쪽에 넣으면 그 포인터 자체를 상수로 만든다.

헤더파일 방식의 장점은, 하나의 파일에 정의 선언들을 사용하고, 다른 파일들에 참조 선언들을 사용해야 한다는 것을 기억할 필요가 없다는 것이다. 단지 모든 파일들이 동일한 헤더파일을 포함하면 된다. 헤더파일 방식의 단점은, 데이터가 중복된다는 것이다.

volatile 한정자는, 어떤 변수가 프로그램이 아닌 대행자에 의해 그 값이 변경될 수 있다고 컴파일러에게 알린다. 일반적으로 그것은 하드웨어 주소에 또는 동시에 실행되는 여러 프로그램들이 공유하는 데이터에 사용된다.

restrict 키워드는 컴파일러가 특정 유형의 코드를 최적화 할 수 있도록 허용함으로써 계산 능력을 향상 시킨다. restrict 키워드는 포인터에만 적용할 수 있다. 그것은 그 포인터가 어떤 데이터 객체에 접근하는 유일한 최초 수단이라는 것을 나타낸다.

double stick(double ar[static 20]);

static을 이와같이 사용하는 것을, 함수 호출에 사용하는 실 전달인자가 최소한 20개의 원소를 가지는 배열의  첫번째 원소를 가리키는 포인터여야 한다는 것을 나타낸다. 이렇게 하는 목적은, 컴파일러가 그 정보를 사용하여 함수의 코드를 최적화 할 수 있도록 하기 위해서 이다.

정적 메모리의 양은 컴파일 할 때 결정되고, 정적 데이터는 프로그램이 메모리에 적재될때 함께 적재된다.

자동변수는 프로그램의 실행 도중에 할당되고 해제된다. 그래서 자동변수가 사용하는 메모리의 양은 프로그램이 실행하는 동안 수시로 변한다.

C의 저장 클래스

1.자동(Auto matic) - 저장 클래스 지정자 없이 또는 auto 저장 클래스 지정자를 사용하여 블록안에(또는 함수 머리에 있는 매개 변수로) 선언된 변수는 자동 저장 클래스에 속한다. 자동 변수는 자동 수명, 블록 범위, 무연계를 가진다. 초기화 하지 않으면, 자동 변수의 값은 결정되지 않는다.

2.레지스터(register) - register 저장 클래스 지정자를 사용하여 블록안에(또는 함수 머리에 있는 매개변수로) 선언된 변수는 레지스터 저장 클래스에 속한다. 레지스터 변수는 자동수명, 블록범위, 무연계를 가진다. 레지스터 변수의 주소는 얻을 수 없다.

정적 무연계(static, no linkage) - static 저장 클래스 지정자를 사용하여 블록안에 선언된 변수는 무연계 정적 저장 클래스에 속한다. 이 블록범위 정적 변수는 정적 수명, 블록 범위, 무연계를 가진다. 컴파일 될 때 단 한번 초기화 된다. 명시적으로 초기화 하지 않으면, 모든 바이트들이 0으로 설정된다.

정적 외부 연계(static, external linkage) - static 저장 클래스 지정자 없이 모든 함수들의 외부에 선언된 변수는 외부연계 정적 저장 클래스에 속한다. 외부연계 정적 변수는 정적 수명, 파일 범위, 외부 연계를 가진다. 컴파일 될 때 단 한번 초기화 된다. 명시적으로 초기화 하지 않으면, 모든 바이트들이 0으로 설정된다.

정적 내부 연계(static, internal linkage) - static 저장 클래스 지정자를 사용하여 모든 함수들의 외부에 선언된 변수는 내부연계 정적 저장 클래스에 속한다. 내부연계 정적 변수는 정적 수명, 파일 범위, 내부연계를 가진다. 컴파일 될 때 단 한번 초기화 된다. 명시적으로 초기화 하지 않으면, 모든 바이트들이 0으로 설정된다.

할당된 메모리는 malloc() (또는 관련 함수)에 의해 제공된다. 이 함수는 요청한 만큼의 바이트 수를 가지는 메모리 블록을 가리키는 포인터를 리턴한다. 이 메모리 블록은 free()함수를 호출하여 해제함으로써 재사용 할 수 있다. free() 함수는 그 메모리 블록의 주소를 전달인자로 사용한다.

const 데이터 형 한정자는 데이터 상수로 한정한다. 포인터에 const 한정자를 사용하면, 선언의 어느 위치에 const를 놓느냐에 따라 포인터 자체가 상수라고 나타내거나, 포인터가 가리키는 데이터가 상수라고 나타낼 수 있다.

volatile 데이터형 한정자는 프로그램이 아닌 다른 대행자에 의해 데이터가 변경될 수 있다는 것을 나타낸다. 이것을 사용하는 목적은, 사용하지 않을 경우에 컴파일러가 가정할 최적화를 피하라고 경고하는 것이다.

restrict 데이터형 한정자도 최적화를 위해서 제공된다. 포인터를 restrict로 한정하면, 그 포인터를 통해서만 데이터 블록에 접근할 수 있다.

파일 이름을 꺽쇠괄호(<>)대신 큰따옴표로 둘러싸는 것은, 컴파일러에게 그 파일을 표준 헤더파일을 찾는 위치가 지역에서 찾으라고 지시한다. "지역에서 찾는다"의 해석은 그 헤더파일을 소스코드 파일이 있는 디렉토리나 폴더에서, 또는 프로젝트 파일(컴파일러가 이것을 사용한다면)이 있는 디렉토리나 폴더에서 찾으라는 것이다.

C는 프로그램을 실행할 때 사용자가 메모리를 할당할 수 있다. 이 작업을 위해 사용하는 주요도구가 malloc()함수이다. malloc() 함수는 하나의 전달인자로 원하는 만큼의 메모리 바이트 수를 사용한다. 그러면 malloc()은 자유 메모리 공간에서 적당한 블록을 찾는다.

malloc()은 메모리를 할당하지만 거기에 이름을 붙이지 않는다. 그러나 그 블록의 첫번째 바이트의 주소를 리턴한다. 그러므로 어떤 포인터 변수에 그 주소를 대입할 수 있다. 그 포인터를 사용하여 그 메모리에 접근 할 수 있다.

malloc()함수는 배열, 구조체, 기타 등등을 가리키는 포인터를 리턴할 수 있다. 이란적으로 그 리턴값은 데이터형 캐스트를 사용하여 적당한 값으로 변환된다.

malloc()은 적당한 메모리 공간을 찾지 못하면 널 포인터를 리턴한다.

배열 생성 3가지 방법

1. 배열 크기를 지정하는 상수 표현식을 사용하여 배열을 선언하고, 배열 이름을 사용하여 각 원소에 접근한다.

2. 배열 크기를 지정하는 변수 표현식을 사용하여 가변길이 배열을 선언하고, 배열 이름을 사용하여 각 원소에 접근한다. 이 기능은 자동 메모리 일때만 가능하다.

3. 포인터를 선언하고, malloc()을 호출하고, 포인터에 리턴값을 지정하며, 그 포인터를 사용하여 각 원소에 접근한다. 포인터는 정적일 수도 있고 자동일 수도 있다.

일반적으로 malloc()은 free()와 함께 사용해야한다. free()함수는 바로전에 malloc()이 리턴했던 주소를 전달인자로 사용하여, 할당했던 메모리를 해제한다. 그래서, 할당된 메모리의 수명은 malloc()이 호출되어 메모리가 할당된 시점부터 free()가 호출되어 재사용 할 수 있도록 메모리를 해제하는 시점까지다.

malloc()과 free()가 메모리 풀을 관리한다고 생각해라. malloc()을 호출 할 때마다 프로그램이 사용할 메모리가 할당되고, free()가 호출될 때 마다 재사용할 수 있도록 메모리가 풀에 반납된다. free()가 사용하는 전달인자는 malloc에 의해 할당된 메모리 블록을 가리키는 포인터여야 한다.

배열 선언과 같은, 다른 방법으로 할당된 메모리를 해제하기 위해 free()를 사용할 수 없다. malloc()과 free()는 둘다 stdlib.h 헤더파일에 프로토타입이 들어있다.

free()함수는 malloc()이 할당한 메모리를 해제한다. free()함수는 자신의 전달 인자가 가리키는 메모리 블록만을 해제한다.

동적 할당 배열을 사용하면 프로그램이 상황에 맞게 크기를 조절할 수 있다.

정적 메모리양은 컴파일 될 때 고정된다. 그것은 프로그램이 실행 되는 동안 변하지 않는다. 자동 변수에 의해 사용되는 메모리양은, 프로그램이 자동으로 커졌다 작아졌다 한다. 그러나 할당된 메모리에 의해 사용되는 메모리 양은, 사용자가 free()를 사용하는 것을 잊으면 계속 커진다.

메모리를 할당하는 또한가지 방법은 calloc()을 사용하는 것이다. malloc()과 마찬가지로, calloc()도 void형을 가리키는 포인터를 리턴한다. 다른 데이터형을 저장하기를 원한다면 캐스트 연산자를 사용해야한다.

calloc()함수는 두개의 전달인자를 사용한다. 그들은 둘다 부호없는 정수값이어야한다. 첫번째 전달인자는 사용자가 원하는 메모리셀의 개수이다. 두번째 전달인잔느 각 셀의 바이트 수이다.

ex) long * newmam;

    newmem = (long *)calloc(100,sizeof(long));

calloc()함수는 한가지 특징이 더있다. 이 함수는 할당된 블록의 모든 비트들을 0으로 설정한다. free()함수는 calloc()에 의해 할당된 메모리를 해제하는데에도 사용할 수 있다.

가변길이 배열(VLA)는 자동저장 클래스이다. 자동저장 클래스 이기 때문에, 실행이 VLA정의 블록을 탈출할 때 VLA가 사용하는 메모리 공간은 자동으로 해제된다.

외부연계, 내부연계, 무연계 정적변수를 위한 메모리영역, 자동변수를 위한 메모리영역, 동적으로 할당되는 메모리 영역 이렇게 세가지 영역으로 사용가능한 메모리를 프로그램이 나눈다고 생각할 수 있다.

정적 수명 저장 클래스들에 필요한 메모리양은 컴파일 될 때 결정된다. 그리고 이영역에 저장되는 데이터는 프로그램이 실행되는 동안 계속 사용할 수 있다. 이 저장 클래스에 속하는 변수는, 프로그램이 시작될 때 생성되고 프로그램이 종료될 때 소멸한다.

자동변수는, 프로그램이 그 변수의 정의를 포함하고 있는 코드 블록에 진입할 때 생성되고, 프로그램이 그 코드 블록을 탈출할 때 소멸된다. 그러므로 프로그램이 함수들을 호출 할 때 그리고 함수들이 종료될 때, 자동 변수들이 사용하는 메모리양은 커졌다 작아졌다 한다. 일반적으로 이 메모리 영역은 스택으로 처리된다. 이것은 새로운 변수들이 생성되는 순서대로 메모리에 추가되고, 소멸 될때는 반대순서로 소멸된다는 것을 의미한다. FILO

보통 프로그램은 정적 객체들, 자동 객체들, 동적으로 할당된 객체들을 위한 메모리 영역을 서로 다르게 사용한다.

문자열 리터럴을 포함하는 정적 데이터는 한 영역을, 자동 데이터는 두번째 영역을, 동적으로 할당된 데이터는 세번째 영역을(메모리 힙, 프리스토어 라고 불린다.) 차지하고 있다.