[C] 연산자② - 관계와 논리, 조건과 비트연산자

C 2023. 4. 1. 18:57

관계와 논리, 조건과 비트연산자

관계 연산자(ralational operator)

두 피연산자의 크기를 비교하기 위한 연산자
- 비교 결과가 참이면 1, 거짓이면 0

관계연산자의 종류와 사용

연산자	연산식	의미	예제	연산(결과)값
>	x > y	x가 y 보다 큰가?	3 > 5	0 (거짓)
>=	x >= y	x가 y 보다 크거나 같은가?	5 - 4 >= 0	1(참)
<	x < y	x가 y 보다 작은가?	'a' < 'b'	1(참)
<=	x <= y	x가 y 보다 작거나 같은가?	3.43 <= 5.862	1(참)
!=	x != y	x와 y가 다른가?	5 - 4 != 3 / 2	0 (거짓)
==	x == y	x와 y 가 같은가?	'%' == 'A'	0 (거짓)

#include <stdio.h>

int main(void) {

	int speed = 80;

	printf("60 <= speed :   %d\n", (60 <= speed));
	printf("60 > spee :   %d\n\n", (60 > speed));

	printf("'a' > 'b' :   %d\n", ('a' > 'b'));
	printf("'Z' <= 'a' :   %d\n\n", ('Z' <= 'b'));

	printf("4 == 4.0 :   %d\n", (4 == 4.0));
	printf("4.0F != 4.0 :   %d", (4.0F != 4.0));

	return 0;
}

60 <= speed   : 1
60 > spee   : 0

'a' > 'b'   : 0
'Z' <= 'a'   : 1

4 == 4.0   : 1
4.0F != 4.0   : 0

논리 연산자(logical operator)

세 가지의 논리연산자 &&, ||, !을 제공 and, or, not의 논리연산
결과가 참이면 1, 거짓이면 0을 반환
C 언어에서 참과 거짓의 논리형은 따로 없음
- 0, 0.0, 'w0'은 거짓을 의미
- 0이 아닌 모든 정수와 실수, 그리고 널(null) 문자 '\0'가 아닌 모든 문자와 문자열은 모두 참을 의미

&&
- 두 피연산자가 모두 참(0이 아니여야)인면 결과가 1(참)이며 나머지 경우는 모두 0
||
- 두 피연산자 중에서 하나만 참(0이 아니여야)이면 1이고, 모두 0(거짓)이면 0
!
- 단항연산자로 피연산자가 0이면 결과는 1이고 참(0이 아닌 값)이면 결과는 0

논리연산자의 연산 결과

x	y	x && y	x \|\| y	!x
0 (거짓)	0 (거짓)	0	0	1
0 (거짓)	Ø (0이 아닌 값)	0	1	1
Ø (0이 아닌 값)	0 (거짓)	0	1	0
Ø (0이 아닌 값)	Ø (0이 아닌 값)	1	1	0

21 && 3 : 1
!2 && 'a' : 0
3>4 && 4>=2 : 0
1 || '\0' : 1
2 >=1 || 3<=0 : 1
0.0 || 2-2 : 0
!0 : 1

단축 평가(short-circuit evaluation)
- 논리연산자 &&와 ||
  - 피연산자 두 개 중에서 왼쪽 피연산자만으로 논리연산 결과가 결정된다면 오른쪽 피연산자는 평가하지 않음.
- 예를 들어 (x && y) 연산식
  - x의 값이 0(거짓)이라면 y의 값을 평가하지 않고 연산(x&&y) 결과는 0
- x || y 수식 : x가 0이 아니(참)라면 더 이상 y의 값을 평가하지 않고 연산식(x||y)는 1이라고 평가

&&의 왼쪽 (a < b)가 0이므로 오른쪽 연산을 하지 않고 0으로 판별되며, m은 변하지 않음.
||의 왼쪽 (a < b)가 1이므로 오른쪽 연산을 하지 않고 1로 판별되며, m은 변하지 않음.

#include <stdio.h>

int main(void) {

	int a = 10, b = 5, m = 1;
	int result;

	result = (a < b) && (m++ == 1);
	printf("m=%d result=%d\n", m, result);

	result = (a < b) || (--m == 0);
	printf("m=%d result=%d\n", m, result);

	return 0;
}

m=1 result=0
m=0 result=1

조건 연산자(conditional expression)

연산자 ? :
- 조건에 따라 주어진 피연산자가 결과값이 되는 삼항연산자
즉 연산식 ( x ? a : b )에서 피연산자는 x, a, b 세 개
- 피연산자인 x가 참이면(0이 아니면) 결과는 a이며, x가 0이면(거짓) 결과는 b

	max = (a > b) ? a : b;		: 최대값 반환 조건연산
	max = (a < b) ? b : a;		: 최대값 반환 조건연산
	min = (a > b) ? b : a;		: 최소값 반환 조건연산
	min = (a < b) ? a : b;		: 최소값 반환 조건연산
	absolute = (a > 0) ? a : -a;	 : 절대값 반환 조건연산
	absolute = (a < 0) ? -a : a;	 : 절대값 반환 조건연산

조건 삼항연산자의 두 번째와 세 번째 피연산자는 문장도 가능
조건 삼항연산자의 두 번째와 세 번째 피연산자는 문자열을 비롯하여 모든 자료형도 가능

#include <stdio.h>
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS

int main(void) {

	int a = 0, b = 0;

	printf("두 정수 입력>> ");
	scanf("%d%d", &a, &b);

	printf("최대값: %d ", (a > b) ? a : b);
	printf("최소값: %d\n", (a < b) ? a : b);
	printf("절대값: %d ", (a > 0) ? a : -a);
	printf("절대값: %d\n", (b > 0) ? b : -b);

	((a % 2) == 0) ? printf("짝수 ") : printf("홀수 ");
	printf("%s", ((b % 2) == 0) ? "짝수" : "홀수");

	return 0;
}

두 정수 입력>> 8 -9
최대값: 8 최소값: -9
절대값: 8 절대값: 9
짝수 홀수

비트 연산자

정수의 비트 중심(bitwise) 연산자를 제공
- 비트 논리연산자와 이동연산자가 제공
비트 논리 연산자
- 피연산자 정수값을 비트 단위로 논리 연산을 수행하는 연산자

&, |, ^, ~ 4가지
- 연산자 ~
  - ~5와 같이 연산자 ~가 피연산자인 5 앞에 위치하는 전위인 단항 연산자
- 나머지는 모두 (3 | 4)처럼 피연산자가 두 개인 이항 연산자
  - 피연산자의 자료형은 정수형에 해당하는 char, int, long, long long
  - 각 피연산자를 int 형으로 변환하여 연산하며 결과도 int 형

연산자	연산자 이름	사용	의미
&	비트 AND	op1 & op2	비트가 모두 1이면 결과는 1, 아니면 0
\|	비트 OR	op1 \| op2	비트가 적어도 하나 1이면 결과는 1, 아니면 0
^	비트 배타적 OR(XOR)	op1 ^ op2	비트가 서로 다르면 결과는 1, 같으면 0
~	비트 NOT(Negation) 또는 보수(complement)	~op1	비트가 0이면 결과는 1, 0이면 1

보수 연산자(bitwise complement operator)~
- 각 비트에서 0은 1, 1은 0이 결과

피연산자		보수 연산
수	비트표현(2진수)	보수 연산 결과	10진수
1	00000000 00000000 00000000 00000001	11111111 11111111 11111111 11111110	~1 = - 2
4	00000000 00000000 00000000 00000100	11111111 11111111 11111111 11111011	~4 = -5

컴퓨터에서 정수의 음수 표현 방법
- 보수를 이용하는 방법을 사용
- 즉 양수 정수 a에서 음수인 -a의 비트 표현은 2의 보수 표현인 (~a + 1)
- 즉 -1은 ((~1)+1)로, 정수 -1을 비트로 표현하면 32비트가 모두 1인 정수
비트 논리 연산식 x & -1
- 정수 x를 -1로 논리 and 연산을 수행하는 식으로 결과는 x
비트 논리 연산식 x | 0
- 정수 x를 0으로 논리 or 연산을 수행하는 식으로 결과는 x

연산식	설명	연산값	연산식	설명	연산값
1 & 2	0001 & 0010	0	1 & 3	0001 & 0011	1
3 \| 4	0011 \| 0100	7	3 \| 5	0011 \| 0101	7
3 ^ 4	0011 ^ 0100	7	3 ^ 5	0011 ^ 0101	6
~2	-2 == ~2 + 1	-3	~3	-3 == ~3 + 1	-4

비트 이동 연산자(shift operator) >>, <<

연산자의 방향인 왼쪽이나 오른쪽으로, 비트 단위로 줄줄이 이동시키는 연산자
실제 연산에서는 int 형의 크기인 32비트의 비트에서 연산을 수행

연산자	이름	사용	연산 방법	새로 채워지는 비트
>>	right shift	op1>>op2	op1 오른쪽으로 op2 비트만큼 이동	가장 왼쪽 비트인 부호 비트는 원래의 부호 bit로 채움
<<	left shift	op1<<op2	op1 왼쪽으로 op2 비트만큼 이동	가장 오른쪽 비트를 모두 0으로 채움

#include <stdio.h>

int main(void)
{
	int x = 16391;

	printf("%6d  →  %08x\n", x, x);		# 정수 16391은 십육진수로 4007
	
     # 정수 >> n은 정수를 n번 2로 나눈 효과
	printf("x >> 1 → %d, %08x\n", x >> 1, x >> 1);
	printf("x >> 2 → %d, %08x\n", x >> 2, x >> 2);	
	printf("x >> 2 → %d, %08x\n", x >> 3, x >> 3);
    
     # 정수 << n은 정수를 n번 2로 나눈 효과
	printf("x << 2 → %d, %08x\n", x >> 2, x >> 2);
	printf("x << 2 → %d, %08x\n", x >> 3, x >> 3);

	return 0;
}

 16391  →  00004007
x >> 1 → 8195, 00002003
x >> 2 → 4097, 00001001
x >> 2 → 2048, 00000800
x << 2 → 4097, 00001001
x << 2 → 2048, 00000800

왼쪽 이동연산자에 의해 최상위 부호 비트가 0에서 1로, 1에서 0으로 바뀔 수 있으므로 왼쪽이 이동연산자에 의해 항상 2배씩 커지지는 않음.
음수 홀수에 대한 오른쪽 이동연산자 >>도 -1을 한 짝수를 2로 나눈 결과

연산식	설명	연산값	연산식	설명	연산값
15 << 1	0000 1111 << 1 0001 1110	30	15 << 2	0000 1111 << 2 0011 1100	60
0x30000000 << 2	최상위 4비트 : 0011 0... << 2 1100 0...	- 1073741824 0XC0000000	-30 << 2	음수로 4배 커짐	-120
-30 >> 1	짝수이면 2로 나누기	-15	-30 >> 2	한 비트 이동마다. 음수 홀수는 -(a+1)한 수를 2로 나누기	-8

LAB 표준입력으로 받은 두 정수의 비트 연산 수행 출력

표준입력으로 받은 두 정수의 6개 비트 연산을 수행하여 결과를 출력하는 프로그램
- 비트 연산은 &, |, ^, ~, >>, << 연산을 수행
- 단항 연산은 첫 번째 변수에 대한 연산 수행
결과
- 비트 연산이 가능한 두 정수를 입력하세요
- 40 3
- 40 & 3 → 0
- 40 | 3 → 43
- 40 ^ 3 → 43
- ~ 40 → -41
- 40 >> 3 → 5
- 40 << 3 → 320

형변환 연산자와 연산자 우선순위

내림변환과 올림변환

자료형 변환은 크기 자료형의 범주 변화에 따른 구분

올림변환
- 작은 범주의 자료형(int)에서 보다 큰 범주인 형(double)으로의 형변환
  - 올림변환은 형 넓히기라고도 부름
- 올림변환은 정보의 손실이 없으므로 컴파일러에 의해 자동으로 수행 가능
  - 컴파일러가 자동으로 수행하는 형변환 : 묵시적 형변환(implicit type conversion)

# 다양한 올림변환의 예

'a' + 2  →  int + int	# 문자 'a'의 아스키 코드값의 int로 변환
3 * 4.1F  →  float * float
4.45F / 3.81  →  double / double
9.34 - 2  →  double - double
3 * 4.28  →  double * double

내림변환
- 큰 범주의 자료형(double)에서 보다 작은 범주인 형(int)으로의 형변환
- 대입연산 int a = 3.4에서 내림변환이 필요
  - 컴파일러가 스스로 시행하는 무시적 내림변환의 경우 정보의 손실이 일어날 수 있으므로 경고를 발생
  - 프로그래머의 명시적 형변환이 필요

형변환 연산자

명시적 형변환(explicit type conversion)
- 형변환 연산자 '(type) 피연산자'는 뒤에 나오는 피연산자의 값을 괄호에서 지정한 자료형으로 변환하는 연산자
- 내림변환에서는 형변환 연산자(type cast)를 사용하여 내림변환을 직접 수행

# 다양한 형변환연산 예

(int) 'A' → 65
(int) 3.14 → 3
(double) 9 → 9.0
(double) 3.4F → 3.4
(double) 7 / 2 → 3.5

올림변환
- 상수나 변수의 정수값을 실수로 변환하려면 올림변환을 사용
- 연산식 (double) 7의 결과는 7.0
내림변환
- 실수의 소수부분을 없애고 정수로 사용하려면 내림변환을 사용
- (int) 3.8의 결과는 3
- 단항연산자인 형변환 연산자는 모든 이항연산자보다 먼저 계산

# 다양한 형변환 연산 예

(int) 3.8 + 5.7  →  8.7
3.8 + (int) 5.7  →  8.7
(int) 3.8 + (int) 5.7  →  8
(int) (3.8 + 5.7)  →  9
7 / 2  →  3
7.0 / 2  →  3.5
7 / (double) 2  →  3.5
(double) (7 / 2)  →  3.0

연산자 sizeof

연산값 또는 자료형의 저장장소의 크기를 구하는 연산자
- 결과값은 바이트 단위의 정수
- 피연산자가 int와 같은 자료형인 경우 반드시 괄호를 사용
- 피연산자가 상수나 변수 또는 연산식이면 괄호는 생략 가능

sizeof (int) → 결과는 4
sizeof (3.14) → 결과는 8
sizeof a → 결과는 2 (short a;)

콤마연산자 ,

콤마연산자 ,는 왼쪽과 오른쪽 연산식을 각각 순차적으로 계산
- 결과값은 가장 오른쪽에서 수행한 연산의 결과
- 연산식 2, 4의 결과값은 4
- 또한 3 + 4, 2 * 5의 결과값은 10
- 콤마연산자가 연속으로 나열된 식에서는 마지막에 수행된 가장 오른쪽 연산식의 결과가 전체 식의 결과값

exp1 , exp2  → 결과값은 나중에 계산된 exp2의 결과값이다.

3 + 4, 5 - 10  → 결과는 -5 
3 + 4, 5 - 10, 2 * 3  → 결과는 6

연산자 sizeof 와 콤마연산자 , 활용

#include <stdio.h>

int main(void) {

	int a = 100, b = 50, c;

	printf("%d ", sizeof(short));	# 연산자 sizeof (자료형)에서 괄호는 필수
	printf("%d ", sizeof a);
	printf("%d ", sizeof 3.5F);
	printf("%d\n", sizeof 3.14);

	c = ++a, b++;			 # (c=++a), (b++); 이므로 변수 a, b, c에는 각각 101, 51, 101	
	printf("%d %d %d\n", a, b, c);
	c = (3 + a, b * 2);		 # 변수 c에 저장되는 값은 b * 2 이므로 102
	printf("%d %d %d\n", a, b, c);

	return 0;
}

2 4 4 8
101 51 101
101 51 102

복잡한 표현식의 계산

연산자 우선순위와 결합성
규칙 3개를 적용
- 첫 번째 규칙은 괄호가 있으면 먼저 계산
  - 괄호 우선 규칙: '괄호가 있으면 먼저 계산한다'라는 규칙
- 두 번째 규칙으로 연산의 우선순위(priority)
  - 즉 '곱하기와 나누기는 더하기와 빼기보다 먼저 계산한다.'라는 규칙
- 세 번째 규칙은 동일한 우선순위인 경우
  - 연산을 결합하는 방법인 결합성(또는 결합규칙)
    - 연산자 결합성 : '괄호가 없고 동일한 우선 순위라면, 덧셈과 뺄셈, 곱셈과 나눗셈과 같은 일반적인 연속된 연산은 왼쪽부터 오른쪽으로 차례로 계산
    - 다만 제곱승과 같은 정해진 연산은 오른쪽에서 왼쪽으로 차례로 계산한다'라는 규칙

연산자의 우선순위(priority)

우선순위가 1위
- 함수호출과 괄호로 사용되는 ()
- 후위 증감연산자 a++와 a-- 등의 단항연산자
- 여러 개 있으면 결합성에 따라 왼쪽에서 오른쪽 순으로 계산
우선순위가 2위
- 전위 증감연산자 ++a와 -a
- 주소연산자 &
- 오른쪽에서 왼쪽으로 차례로 계산
- 모든 단항연산자는 우선순위가 1, 2위
우선순위가 16위
- 콤마연산자

우선 순위	연산자	설명	분류	결합성(계산방향)
1	( ) [ ] . -> a++ a--	함수 호출 및 우선 지정 인덱스 필드 (유니온) 멤버 지정 필드 (유니온) 포인터 멤버 지정 후위 증가, 후위 감소		→ (좌에서 우로)
2	++a --a ! ~ sizeof - + & *	전위 증가, 전위 감소 논리 NOT, 비트 NOT(보수) 변수, 자료형, 상수의 바이트 단위 크기 음수 부호, 양수 부호 주소 간접, 역참조		← (우에서 좌로)
3	(형변환)	형변환		← (우에서 좌로)
4	* / %	곱하기 나누기 나머지	산술	→ (좌에서 우로)
5	+ -	더하기 빼기	산술	→ (좌에서 우로)
6	<< >>	비트 이동	이동	→ (좌에서 우로)
7	< > <= >=	대소 비교	관계	→ (좌에서 우로)
8	== !=	동등 비교	관계	→ (좌에서 우로)
9	&	비트 또는 논리	비트	→ (좌에서 우로)
10	^	비트 또는 논리		→ (좌에서 우로)
11	\|	비트 또는 논리		→ (좌에서 우로)
12	&&	논리 (단락 계산)	논리	→ (좌에서 우로)
13	\|\|	논리 (단락 계산)	논리	→ (좌에서 우로)
14	? :	조건	조건	← (우에서 좌로)
15	= += -= *= /= %= <<= >>= &= \|= ^=	대입	대입	← (우에서 좌로)
16	,	콤마	콤마	→ (좌에서 우로)

#include <stdio.h>

int main(void)
{
	int a = 4, b = 6;
	double x = 3.3, y = 4.7;

	printf("%d ", a + b > y && x < y);
	# 산수 > 관계 > 논리
    
	printf("%d ", a++ - --b * 2);
	# 단항 > 곱셈 > 뺄셈
    
	printf("%f ", a > b ? x + 1 : y * 2);
	# 산술 > 관계 > 조건
    
	printf("%f ", x += 3 && y + 2);
	# 산술 > 논리 > 대입
    
	printf("%f\n", (x = x + 1, y = y + 1));
	# 괄호 > 산술 > 대입 > 콤마

	return 0;
}

1 -6 9.400000 4.300000 5.700000

우선순위 요약

콤마 < 대입 < 조건(삼항) < 논리 < 관계 < 산술 < 단항 < 괄호와 대괄호
- 이항연산자 : 논리, 관계, 산술
- 괄호와 대괄호는 무엇보다도 가장 먼저 계산한다.
- 모든 단항연산자는 어느 이항연산자보다 먼저 계산한다.
- 산술연산자 *, /, %는 +, -보다 먼저 계산한다.
- 산술연산자는 이항연산자 중에서 가장 먼저 계산한다.
- 관계연산자는 논리연산자보다 먼저 계산한다.
- 조건 삼항연산자는 대입연산자보다 먼저 계산하나, 다른 대부분의 연산보다는 늦게 계산한다.
- 조건 > 대입 > 콤마 연산자 순으로 나중에 계산한다.

변수값	표현식	설명	해설	결과
x = 3 y = 3	x >> 1 + 1 > 1 & y	산술 > 이동 > 관계 > 비트	( ( x >> ( 1 + 1 )) > 1 ) & y	0
	x - 3 \| \| y & 2	산술 > 비트 > 논리	( x - 3 ) \| \| ( y & 2 )	1
	x & y && y >= 4	관계 > 비트 > 논리	( x & y ) && ( y >= 4 )	0
	x && x \| y++	증가 > 비트 > 논리	x && ( x \| ( y++ ) )	1

#include <stdio.h>

int main(void) {

	int m = 5, n = 10;

	# 우측에서 좌측으로 결합
    printf("%d ", n += m /= 3);
	m = 5; n = 10;
	printf("%d\n", (n += (m /= 3)));

	printf("%d ", 10 * 3 / 2);		# 좌측에서 우측으로 결합
	printf("%d\n", 10 * (3 / 2));	# 우측에서 좌측으로 결합

	# 우측에서 좌측으로 결합 (조건연산자는 결합성이 오른쪽에서 왼쪽으로)
    printf("%d ", 3 > 4 ? 3 - 4 : 3 > 4 ? 3 + 4 : 3 * 4);
	printf("%d ", 3 > 4 ? 3 - 4 : (3 > 4 ? 3 + 4 : 3 * 4));

	return 0;
}

11 11
15 10
12 12

결합성

결합법칙
- 대부분 좌에서 우로 수행
- 우에서 좌(d)로 수행
  - 우선순위가 2위인 전위의 단항 연산자, 우선 순위 14위인 조건연산자 그리고 우선순위 15위인 대입연산자
- 산술연산식 10 * 3 / 2는 ((10 *3) / 2)
  - 결과는 12
- 축약 대입연산자로 구성
  - 연산식 n += m /= 3
  - 우에서 좌(d)로 먼저 결합하여 식( n += (m /= 3))을 수행

다양한 연산식

수학이나 공학에서의 다양한 수식을 표현
- 연산의 우선순위를 고려하여 괄호의 사용이 필요
- 제곱근을 구하는 함수 sqrt()를 활용

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관계와 논리, 조건과 비트연산자

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형변환 연산자와 연산자 우선순위

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