📌 Chapter 14 - 구조체 - 함수, 중첩, 공용, 비트필드

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3. 구조체와 함수

구조체를 함수 인자로 전달

• 구조체 변수는 함수 인자로 사용할 수 있다.
• 이때 값에 의한 호출(pass by value)이 적용되어 구조체의 전체 값이 복사된다.
• 구조체 크기가 클 경우, 복사에 의한 메모리 낭비가 발생할 수 있다.

구조체 포인터를 함수 인자로 전달

• 구조체의 주소값을 함수로 전달하면, 함수 내부에서 원본 데이터를 직접 조작할 수 있다.
• 이를 통해 메모리를 효율적으로 사용할 수 있고, 함수 내 수정도 가능하다.
• 접근 시에는 -> 연산자(간접 멤버 접근 연산자)를 사용한다.

함수의 반환값으로 구조체 사용

• 함수가 구조체를 반환할 수 있다.
• 반환 시 구조체 값이 복사되어 전달된다.

💻 예제 코드 - 구조체를 함수 인자로 전달

#include <stdio.h>

#include <string.h>

 

struct Student {

    int id;

    char name[20];

};

 

// 값에 의한 호출

void printStudent(struct Student s) {

    printf("ID: %d, Name: %s\n", s.id, s.name);

}

 

// 주소에 의한 호출

void changeName(struct Student *s, const char *newName) {

    strcpy(s->name, newName); // 구조체 포인터는 -> 연산자 사용

}

 

struct Student createStudent(int id, const char *name) {

    struct Student temp;

    temp.id = id;

    strcpy(temp.name, name);

    return temp;

}

 

int main() {

    struct Student s1 = {1, "Kim"};

    printStudent(s1);

 

    changeName(&s1, "Lee");

    printStudent(s1);

 

    struct Student s2 = createStudent(2, "Park");

    printStudent(s2);

 

    return 0;

}

✅ 실행 결과:

ID: 1, Name: Kim 

ID: 1, Name: Lee 

ID: 2, Name: Park 

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4. 중첩 구조체 (Nested Structure)

• 구조체 내부에 또 다른 구조체를 포함하는 형태이다.
• 계층적인 데이터 구조를 표현할 때 유용하다.

• 점(.) 연산자를 두 번 사용하여 하위 구조체의 멤버에 접근한다.
  ⭕ 예: outer.inner.a

💻 예제 코드 - 중첩 구조체 사용

#include <stdio.h>

 

struct Position {

    int x;

    int y;

};

 

struct Rectangle {

    struct Position topLeft;

    struct Position bottomRight;

};

 

int main() {

    struct Rectangle rect = {{0, 0}, {10, 10}};

 

    printf("Top-left: (%d, %d)\n", rect.topLeft.x, rect.topLeft.y);

    printf("Bottom-right: (%d, %d)\n", rect.bottomRight.x, rect.bottomRight.y);

 

    return 0;

}

✅ 실행 결과:

Top-left: (0, 0) 

Bottom-right: (10, 10) 

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5. 공용체 (Union)

• 여러 멤버가 하나의 메모리 공간을 공유하는 사용자 정의 자료형이다.
• 메모리를 절약할 수 있으나, 하나의 멤버만 사용할 수 있다는 제약이 있다.

• 구조체는 각 멤버마다 독립적인 메모리 공간을 갖지만, 공용체는 가장 큰 멤버의 크기만큼만 메모리를 할당받는다.

⚠️ 동시에 여러 멤버를 사용하는 코드는 예기치 않은 결과를 낼 수 있다.

💻 예제 코드 - 공용체 사용

#include <stdio.h>

 

union Data {

    int i;

    float f;

    char str[10];

};

 

int main() {

    union Data data;

 

    data.i = 10;

    printf("data.i: %d\n", data.i);

 

    data.f = 3.14;

    printf("data.f: %.2f\n", data.f);

 

    // 이전 값은 덮어쓰기 됨

    printf("data.i after assigning to f: %d\n", data.i);

 

    return 0;

}

✅ 실행 결과:

data.i: 10 

data.f: 3.14 

data.i after assigning to f: 1078523331 (⚠️ 값 손상) 

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6. 열거형 (Enumeration)

• 관련 있는 상수들을 묶어서 정수형 값으로 정의한 사용자 정의 자료형이다.
• enum 키워드를 사용한다.

• 각 열거형 상수는 기본적으로 0부터 시작하여 1씩 증가한다.
• 직접 정수 값을 지정할 수도 있다.

💻 예제 코드 - 열거형 사용

#include <stdio.h>

 

enum Fruit {APPLE, BANANA, PINEAPPLE};

 

int main() {

    enum Fruit f;

 

    f = BANANA;

 

    printf("Selected fruit: %d\n", f);  // 출력 결과: 1

 

    return 0;

}

✅ 실행 결과:

Selected fruit: 1

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7. typedef

• 새로운 자료형 이름(alias)을 정의할 때 사용하는 키워드이다.
• 코드의 가독성을 높이고, **이식성(portability)**을 향상시킨다.

• 구조체 이름이 길어지는 것을 방지할 수 있다.
• 구조체 배열에도 적용할 수 있다.

💻 예제 코드 - typedef 사용

#include <stdio.h>

 

typedef int Score;

typedef struct {

    char name[20];

    int age;

} Person;

 

int main() {

    Score s = 95;

    printf("Score: %d\n", s);

 

    Person group[2] = {

        {"Kim", 25},

        {"Lee", 30}

    };

 

    for (int i = 0; i < 2; i++) {

        printf("Name: %s, Age: %d\n", group[i].name, group[i].age);

    }

 

    return 0;

}

✅ 실행 결과:

Score: 95 

Name: Kim, Age: 25 

Name: Lee, Age: 30

8. 비트 필드(Bit Field)

• 구조체 멤버의 크기를 비트 단위로 정의할 수 있게 하는 기능이다.
• 메모리를 절약하거나, 특정 비트 크기만큼 값을 저장해야 할 때 유용하게 사용한다.
• 하드웨어 레지스터, 프로토콜 플래그, 디지털 신호 제어 등에 사용된다.
•  구조체 내부의 멤버 변수에 :숫자 형식으로 비트 수를 지정한다.
• 주로 int나 unsigned int 형식을 사용하여 정의한다.
• 비트 필드는 보통 1바이트(8비트)보다 작은 데이터를 다룰 수 있다는 점에서 메모리 효율성이 있다.

• 비트 필드는 일반 구조체처럼 점(.) 연산자나 포인터를 사용할 경우 간접 참조 연산자(->)를 사용한다.

⚠️ 비트 단위로 나누었기 때문에 연산 시에는 자료형의 크기 제한과 연산자의 우선순위를 항상 주의해야 한다.

💻 예제 코드: 비트 필드를 활용한 구조체 선언과 출력

#include <stdio.h>

 

// 비트 필드를 가진 구조체 정의

struct BitField {

    unsigned int reserved : 3;  // 상위 3비트는 사용하지 않음

    unsigned int flag1 : 1;     // 1비트 크기의 플래그 변수

    unsigned int flag2 : 2;     // 2비트 크기의 상태 변수

    int value : 4;              // 4비트 정수 (음수 포함 가능)

};

 

int main() {

    struct BitField bf;

 

    // 값 할당

    bf.reserved = 0; // 사용하지 않는 상위 비트는 0으로 고정

    bf.flag1 = 1;     // 1비트: 0 또는 1

    bf.flag2 = 2;     // 2비트: 0~3

    bf.value = -5;    // 4비트 signed: -8 ~ +7

 

    // 값 출력

    printf("flag1 : %u\n", bf.flag1);   // 출력: 1

    printf("flag2 : %u\n", bf.flag2);   // 출력: 2

    printf("value : %d\n", bf.value);   // 출력: -5

 

    return 0;

}

📎 예제 설명

• unsigned int reserved : 3;는 상위 3비트를 사용하지 않도록 예약하는 역할을 한다.
• flag1, flag2, value는 각각 1, 2, 4비트로 구성되어 있어 총 10비트만으로 구성된 구조체가 된다.
• value는 부호 있는 정수(int)로 선언되어 있어 -8부터 7까지의 값을 저장할 수 있다.
• 이 구조체는 하드웨어 레지스터의 플래그 구조를 표현하는 데 적합하다.

✳️ 비트 필드는 컴파일러마다 정렬 방식이 다를 수 있으므로, 이식성 문제를 항상 고려해야 한다.
✳️ 정밀한 메모리 제어가 필요한 경우에는 디버깅이 어려울 수 있으므로 테스트를 충분히 해야 한다.

 

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✅ 마무리 정리

1️⃣ 구조체는 함수의 인자나 반환값으로 사용할 수 있다.
2️⃣ 구조체 포인터를 사용하면 원본 데이터를 직접 수정할 수 있다.
3️⃣ 중첩 구조체는 구조체 안에 또 다른 구조체를 멤버로 포함한다.
4️⃣ 공용체는 여러 멤버가 하나의 메모리를 공유하여 메모리를 절약한다.
5️⃣ 공용체는 동시에 하나의 멤버만 사용할 수 있다.
6️⃣ 열거형은 관련된 상수들을 정수값으로 표현하는 사용자 정의 자료형이다.
7️⃣ typedef는 자료형에 별칭을 부여하여 가독성과 이식성을 높인다.
8️⃣ 비트 필드는 구조체 멤버를 비트 단위로 선언하여 메모리를 효율적으로 사용한다.
9️⃣ : 기호로 각 비트 필드 멤버의 크기를 정의하며, 포인터 접근 시 -> 연산자를 사용한다.
🔟 비트 필드 사용 시 부호 처리, 오버플로우 등 자료형 연산에 주의해야 한다.