C언어 스트림과 문자 단위 입출력 함수

문자와 문자열 관련 함수

스트림과 데이터의 이동

데이터의 입력과 출력은 프로그램의 흐름. 프로그램 안으로 데이터가 흘러 들어오는 것이 입력, 프로그램 밖으로 데이터가 흘러 나가는 것이 출력.

printf함수와 scanf함수로 데이터를 입출력할 수 있는 이유는 스트림(stream)이라는 다리 역할이 있기 때문이다. 스트림은 운영체제에서 제공하는 소프트웨어적인(소프트웨어로 구현되어 있는) 가상의 다리이다. 운영체제는 외부장치와 프로그램과의 데이터 송수신의 도구가 되는 스트림을 제공하고 있다.

스트림의 생성과 소멸

콘솔(일반적으로 키보드와 모니터) 입출력을 위한 '입력 스트림'과 '출력 스트림'은 프로그램이 실행되면 자동으로 생성되고, 프로그램이 종료되면 자동으로 소멸되는 스트림이다. 이 둘은 기본적으로 제공되는 '표준 스트림(standard stream)'이다. 그리고 표준 스트림에는 '에러 스트림'도 존재한다.
- stdin: 표준 입력 스트림, 키보드 대상으로 입력
- stdout: 표준 출력 스트림, 모니터 대상으로 출력
- stderr: 표준 에러 스트림, 모니터 대상으로 출력

스트림(stream)
스트림은 '한 방향으로 흐르는 데이터의 흐름'을 뜻한다. 즉 스트림이란 단어에는 단 방향으로만 데이터 전송이 이뤄진다는 뜻이 담겨있다. 실제로 입출력 스트림도 입력 스트림과 출력 스트림이 구분되어서 한 방향으로만 데이터의 흐름을 유지하고 있다.

문자 단위 입출력 함수

문자 출력 함수: putchar, fputc

모니터로 하나의 문자를 출력할 때 일반적으로 사용하는 두 함수는 다음과 같다.

#include <stdio.h>
int putchar(int c);
int fputc(int c, FILE * stream);

→ 함수 호출 성공 시 쓰여진 문자 정보가, 실패 시 EOF 반환

• putchar 함수는 인자로 전달된 문자정보를 stdout으로 표현되는 표준 출력 스트림으로 전송하는 함수. 인자로 전달된 문자를 모니터로 출력하는 함수라 할 수 있다.
• fputc함수는 문자를 전송할 스트림을 지정할 수 있다. 즉 stdout뿐만 아니라 파일을 대상으로도 전송이 가능하다. fputc함수의 두 번째 매개변수 stream은 문자를 출력할 스트림의 지정에 사용된다. 이 인자에 표준 출력 스트림을 의미하는 stdout을 전달하면 putchar함수와 동일한 함수가 된다.

fputc함수의 두 번째 인자
fputc함수의 두 번째 인자로 파일의 스트림 정보를 전달하면, 해당 파일로 문자가 전달된다(해당 파일에 문자가 저장된다).

문자 입력 함수: getchar, fgetc

키보드로부터 하나의 문자를 입력 받을 때 일반적으로 사용하는 두 함수는 다음과 같다.

#include <stdio.h>
int getchar(void);
int fgetc(FILE * stream);

→ 파일의 끝에 도달하거나 함수호출 실패 시 EOF 반환

• getchar: stdin으로 표현되는 표준 입력 스트림으로부터 하나의 문자를 입력 받아서 반환, 키보드로부터 하나의 문자를 입력 받는 함수.
• fgetc: 하나의 문자를 입력 받는다. 입력 받을 스트림을 지정할 수 있음. putchar, fputc 함수의 관계와 동일

예제

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int ch1, ch2;

    ch1 = getchar();    // 문자 입력
    ch2 = fgetc(stdin); // 엔터 키 입력

    putchar(ch1);       // 문자 출력
    fputc(ch2, stdout); // 엔터 키 출력
    return 0;
}

p
p

두 번째로 입력한 문자가 '엔터 키'이기 때문에 문자가 하나씩만 입력되고 출력된 것처럼 보인다.

문자 입출력에서의 EOF

EOP는 End Of File의 약자로, 파일의 끝을 표현하기 위해서 정의해 놓은 함수이다. 파일을 대상으로 fgetc함수가 호출되고 그 결과로 EOF가 반환되면, 이는 '파일의 끝에 도달해서 더 이상 읽을 내용이 없다.'는 뜻이 된다. 키보드를 대상으로 하는 fgetc함수와 getchar함수는 다음 두 가지 경우 중 하나가 만족되었을 때 EOF를 반환한다.
- 함수 호출의 실패
- Windows에서 CTRL+Z 키, Linux에서 CTRL+D키가 입력되는 경우
키보드의 입력에 '반환의 끝'이라는 것이 없기 때문에 EOF의 반환시기를 키 입력으로 별도로 약속해 놓은 것이다.

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int ch;

    while(1)
    {
        ch = getchar();
        if(ch == EOF)
            break;
        putchar(ch);
    }
    return 0;
}

Hi~
Hi~
I like C lang.
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^D

getchar함수가 호출된다고 해서 하나의 문자만 입력하지 않아도 된다. 문자가 아닌 공백을 포함하는 문장을 입력할 수 있다. 문장이 입력되면 문장을 구성하는 문자의 수만큼 getchar함수가 호출되면서 모든 문자를 읽어 들인다.

반환형이 int이고, int형 변수에 문자를 담는 이유는?

int getchar(void)
int fgetc(FILE * stream);

반환되는 것은 1바이트 크기의 문자인데, 반환형이 int이다. EOF는 -1로 정의된 상수인데, 반환형이 char형 이라면, 그리고 char를 unsigned char로 처리하는 컴파일러에 의해 컴파일되어버리면 엉뚱한 양의 정수로 형 변환이 되어버리고 만다. 그래서 어떠한 상황에서도 -1을 인식할 수 있는 int형으로 반환형을 정의해 놓은 것이다.

문자 단위 입출력 함수의 존재 이유
printf와 scanf함수는 본래 서식지정을 통해 새로운 입출력의 형태를 구성하는 함수라서 화려한 기능을 제공하지만 그에 대가로 메모리 공간도 크고, 해야 할 연산의 양도 많아서 상대적으로 속도가 느리다. 뿐만 아니라 별도의 서식지정을 해야 하니 문장을 구성하는 것도 번거로운 편이다. 따라서 단순히 문자 하나를 입출력 하는 것이 목적이라면 printf, scanf의 사용 보다 문자 단위 입출력 함수를 사용하는 것이 낫다.