C: 정수의 범위

렉토피아 정혜경 강사님의 Secure & Generic C 강의를 듣고, 정리한 내용입니다. 
해당 내용의 저작권은 정혜경 강사님에게 있습니다.

시스템에 따른 데이터 타입의 차이

 사용하는 시스템(ARM, POSIX)에 따라 같은 데이터 타입이라고 하더라도 크기가 다를 수 있다. 이를 인지하지 못하고 코드를 작성한다면 원치 않는 결과를 초래한다. 예를 들어 64bit 리눅스 시스템에서 정상 동작하던 코드가 윈도우 32bit에서는 동작하지 않을 수 있다.

 

#include <stdio.h>

int main()
{
	unsigned int a, b;
    unsigned long c;
    
    a = 100000000;
    b = 1001;
    c = (unsigned long)a * b;
    
    printf("c = %lu\n", c);
        
     return 0;
}

 위의 코드는 64bit에서는 `overflow`가 발생하지 않지만, 32bit일 경우 `overflow`가 발생한다.

 

데이터 타입의 범위

#include <stdio.h>

int main()
{
    char i;
    
    for (i = 0; i < 50; i--) {
        //do something
    }
    
    for (i = 0; i < 150; i++) {
        //do something
    }
}

 위 코드는 데이터 타입의 범위에 따라 원치 않는 결과를 만들고, 이를 이해할 수 있는지 판단할 수 있는 간단한 코드이다. 첫 번째 반복문의 경우 `char`이 0부터 `--i`를 통해 1씩 감소하게 된다. 이는 0부터 -128까지 감소하다가 한번 더 감소하게 되면 char max값으로 바뀌어 127이 되어 중단되게 된다. 즉, 반복문은 129회 수행된다.

 이와 달리 두 번째 반복문은 char의 범위인 `-128 ~ 127`의 범위를 계속 반복하므로, 150을 넘을 수 없기에 무한 루프에 빠지게 된다.

 

정수 변환 규칙

 정수 변환은 캐스팅을 통한 명시적 변환과 자동 형변환이 있다. 또한 다음과 같은 정수 변환 규칙을 따르게 된다.

 

• 정수 승계
  • `int`보다 작은 정수형은 연산이 수행될 때 `int` 또는 `unsigned int`로 변환되어 연산된다.
  • 이는 중간에 사용되는 값의 `overflow`를 예방하기 위함이다.
• 정수 변환 순위
  • 비트수가 많은 자료 형이 순위가 높다.
  • long long int > long int > int > short > char
    • 모든 unsigned 정수형 순위는 일치하는 singed 정수형의 순위와 같다.
• 일반적인 산술 변환
  
  • 이항 연산 또는 삼항 연산 시에 적용 된다.
  • 비트수가 작은 정수형을 비트수가 큰 타입의 정수형으로 변환한다.
    • 값 손실 방지.
  • 비트 수가 큰 타입으로 확장할 때, sing이면 MSB와 동일한 값으로 빈 공간을 채운다.
  • 이와 달리 unsigned인 경우 0으로 빈 공간을 채운다.

 

정수 승계

signed char c1 = SCHAR_MAX;
unsigned char c2 = UCHAR_MAX;
signed long long c3 = c1 + c2;

 앞서 설명하였듯이, 정수 승계는 `int`보다 작은 타입의 경우 계산을 위해 형 변환이 일어나는 과정이라고 하였다. 위의 예시는 `signed char`, `unsigned char`로 서로 다른 타입의 연산을 수행하는 경우이다. 이를 계산하기 위해서 c1은 `signed int`로 변환이 되고, c2는 `unsigned int`로 변환이 된다. 두 값을 계산하기 위해, 보다 큰 값을 가지는 `unsigned int`를 기준으로 c1을 형 변환하여 계산하게 된다.

 

 정리하자면, `int` 보다 작은 타입의 경우 정수 승계가 발생하며, 승계 후 동일한 타입이 아니라면 보다 최댓값이 큰 자료형에 맞추어 다시 한번 형 변환을 한 후에 계산한다.

 

#include <stdio.h>

int main()
{
    int x = -1;
    unsigned int y = 1;
    
    if (x > y) {
    	printf("T\n");
    }
    else {
    	printf("F\n");
    }
}

 위의 코드도 형변환을 이해하지 못한다면 어떤 값이 출력되는지 알 수 없다. `int`보다 `unsinged int`의 최댓값이 더 크므로, 비교 연산 시 `unsigned int`로 형 변환이 이루어진다. 따라서 x는 `UNIT_MAX`가 되며 결과는 `T`가 출력되게 된다.