처음하시는 분들을 위한 C언어 기초강의 시즌2 - 08 [변수에 대한 추가적인 이야기]

제 8강) 변수에 대한 추가적인 이야기

사실 이 이야기는 "초보자를 위한 C언어 강좌"라는 이름에 조금은 어울리지 않을 수도 있습니다만 기초를 탄탄히 해야 좋다고 생각하기 때문에 쓰려고합니다.

 

CPU와 OS에 최적화된 변수(Integer)

C언어은 "로우 레벨" 프로그래밍(어셈블리어 사용)이 가능합니다. 

자바와는 다르게 직접 어셈블리어를 사용하여 프로그래밍이 가능하죠.

 

이 C언어에서 쓰이는 "int"라는 정수를 뜻하는 변수는 "CPU가 선호하는 자료형" 입니다.

 

CPU에는 ALU라는 "산술 논리 장치"라는 것이 있습니다. 산술연산과 논리연산을 CPU에서 담당하고 있는 건데요.

이 ALU가 int 단위로 데이터를 처리하게 됩니다. 

그래서 "CPU가 선호 하는 자료형"이라고 합니다.

 

이러한 이유로 char형이나 short형은 int형으로 가져와서 각각의 형의 크기로 쪼개서 만들어지게 됩니다.

 

 

메모리에 변수가 선언되면

각각의 변수는 개개인의 크기를 가지고 메모리상에 생성이 됩니다.

이렇게 개개인의 크기를 가지고 생성됩니다.

그 어떤 값을 갖던 간에 char는 1바이트, short는 2바이트, int는 4바이트의 크기를 가지고 생성되죠.

 

이렇게 생성된 데이터는 각각 알맞게 "스택 영역", "데이터 영역", "힙 영역(동적 데이터)"에 넣어지게 됩니다.

이 영역에 대해서는 "전역변수", "동적메모리 할당"을 배운 뒤에 다시 알아보도록 합시다.

 

 

정수의 승격(Integer Promotion)

"승격"이라는 단어를 안들어보신 분들도 계실것같습니다.

(출처 : 네이버 사전)

승격은 위와 같은 뜻이 있습니다.

즉, "레벨업!!"이라는 것이지요.

 

이 승격이 C언어 상에서도 일어납니다.

short num1 = 4;
short num2 = 14;
short result = num1 + num2; // 여기서 자동으로 num1과 num2가 int로 바뀌어 계산이 됩니다.

이렇게 short로 선언된 변수가 계산을 할때는 "short + short"가 아닌 "int + int"로 바뀌어 계산이 됩니다.

(char형도 int + int로 바뀝니다.)

 

더 자세한 내용은 "C언어 표준안(ISO/IEC 9899:1999 - TC3)" 의 "5.1.2.3.10"번 항목을 보시면 됩니다.

 

(출처 : Open-STD ISO/IEC 9899:1999 5.1.2.3.10)

 

즉, short나 char형은 int형으로 승격되어 계산이 됩니다.

 

 

계산 속도는 int가 빠르다?(char, short에 비해)

바로 앞앞에서 CPU가 선호하는 자료형이 "int"라고 했습니다.

그럼 계산속도도 int가 제일 빠를까요?

총 5번 반복하여 테스트를 했습니다.

50과 60을 더하는 연산을 총 30,000,000번 반복하는 테스트를 했습니다.

전부 int 계산이 가장 높은 것을 알 수 있습니다.

 

그런데...

 

위의 테스트는 일반적인 "x86 디버거" 즉, 32비트 디버거에서 테스트 되었습니다.

그럼 이것이 64bit 디버거에 실행되어도 똑같은 결과를 보일까요?

결과로 보시면 int가 제일 느리다는 것을 알 수 있는데요.

사실 이 부분에 대해서는 저도 잘 모르겠습니다.

검색을 해봐도 안나오고... 배운적이 없어서 사실상 잘 모르겠습니다...

(이 부분에 대해서는 추가적으로 알게되면 쓰겠습니다.)

(아마 int 자료형의 크기가 커지면서 느려지는 것 같습니다.)

 

 

테스트에 쓰인 코드

#include <stdio.h>
#include <time.h>    // time_h 자료형과 clock()함수를 위함
 
#define MAX 30000000    // 각 자료형의 계산 횟수
#define A 50            // 자료형 계산에 쓰일 변수1
#define B 60            // 자료형 계산에 쓰일 변수2
 
int main(void)
{
    // 총 5번의 테스트 반복
    for (int i = 0; i < 5; i++)
    {
        printf("자료형 계산 시간 테스트\n");
        printf("숫자1 : %d, 숫자2 : %d, 반복횟수 : %d \n", A, B, MAX);
 
        int num_i1 = A, num_i2 = B;
        int num_iresult;
        time_t startTime = clock();            // 테스트 시작 시간
        for (int i = 0; i < MAX; i++)
        {
            num_iresult = num_i1 + num_i2;
        }
        time_t endTime = clock();            // 테스트 종료 시간
        printf("int 계산 걸린 시간 : %fs \n", (float)(endTime - startTime) / CLOCKS_PER_SEC);
        // 테스트 시간을 time_t에서 float형으로 강제 형변환 후 1초 단위로 변환
        // (강제 형변환은 나중에 배워봅시다.)
 
        short num_s1 = A, num_s2 = B;
        short num_sresult;
        startTime = clock();
        for (int i = 0; i < MAX; i++)
        {
            num_sresult = num_s1 + num_s2;
        }
        endTime = clock();
        printf("short 계산 걸린 시간 : %fs \n", (float)(endTime - startTime) / CLOCKS_PER_SEC);
 
        char num_c1 = A, num_c2 = B;
        char num_cresult;
        startTime = clock();
        for (int i = 0; i < MAX; i++)
        {
            num_cresult = num_c1 + num_c2;
        }
        endTime = clock();
        printf("char 계산 걸린 시간 : %fs \n", (float)(endTime - startTime) / CLOCKS_PER_SEC);
        printf("\n");
    }
 
    return 0;
}

 

다음시간에는

다음 시간에는 "주석"과 "상수"로 만나뵙겠습니다.