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키보드 입력 및 콘솔 출력

프로그램 작성 시 키보드로 부터 수, 문자, 문자열과 같은 데이터를 입력을 받는 작업과 프로그램의 결과를 콘솔 화면에 출력하는 작업이 필요하다. 본 절에서는 키보드로 부터 데이터를 입력받는 기능과 콘솔에 데이터를 출력하는 방법에 대해서 셜명한다. 이전 절에서 "Hello World!" 를 콘솔에 출력하는 프로그램을 통해 데이터를 콘솔 화면에 출력하는 프로그램을 작성하였다.

스트림(stream)

스트림이라는 영어 단어는 흐르는 시냇물을 뜻하는 것으로 시냇물에 종이배를 올려두면 순서대로 연속해서 떠내려 간다. 컴퓨터 공학에서 스트림은 연속적인 데이터의 흐름 또는 데이터의 전송 순서가 변하지 않고 연속적으로 전송하는 소프트웨어 기능을 뜻한다.

스트림은 다음 그림과 같이 소프트웨어 프로그램과 하드웨어 장치를 연결하고 바이트 단위로 데이터를 주고 받는다. 스트림은 운영체제에 의해 만들이저는 가상의 연결(시냇물)을 의미하며 소프트웨어 프로그램과 하드웨어 간 데이터 송수신을 하는 중간자 역할을 한다.

스트림은 내부에 버퍼라는 임시 메모리 공간을 가진다. 중간에 버퍼를 사용하면 송신측에서 전달한 문자를 하나씩 전달하지 않고 묶어서 한번에 전달할 수 있어 전송효율을 높일 수 있으며 문자를 잘못 입력한 경우 수정이 가능하다는 장점이 있다.

그러나 게임과 같이 빠른 반응이 요구되는 프로그램에서는 키보드에서 문자가 입력되는 즉시 문자가 바로 소프트웨어에 전달되어야 하는데 입력 문자를 버퍼를 통해 전달하는 것은 응용에 적합하지 않다.

C++의 스트림은 입력 스트림과 출력 스트림으로 구성된다. 입력 스트림은 키보드, 네트워크 파일 등 데이터 입력 장치로 부터 입력된 데이터를 순서대로 프로그램에 입력하는 객체이며 출력 스트림은 프로그램에서 출력한 데이터를 프린터, 하드디스크, 콘솔, 네트워크, 파일 등과 같이 하드웨어 장치로 데이터로 전달하는 객체이다.

IOStreams

<출처: https://www3.ntu.edu.sg/home/ehchua/programming/>

입출력 관련 클래스

C++의 입출력 관련 클래스는 다음과 같은 클래스 계층 관계를 가진다. C++의 모든 입출력 클래스는 ios_base클래스를 부모 클래스(기반 클래스)로 가진다. ios_base 클래스는 모든 입출력 스트림 클래스의 기본 클래스로서 일반화된 클래스로 여러 종류의 데이터를 유지할 수 있다. 이는 템플릿 매개 변수에 따라 달라지지 않는 입력 및 출력 스트림에 공통된 여러 종류의 데이터를 유지한다.

iosclass

ios_base 클래스의 자식 클래스로 ios 클래스가 있다. 이 클래스에서 데이터를 입력하거나 출력하기 전에 데이터를 임시로 저장하는 스트림 버퍼(streambuf)를 초기화한다.

입출력 관련 클래스 는 표준 입출력 클래스와 파일 입출력 클래스로 구분된다.

분류 클래스들 설명
표준 입출력 클래스 istream, ostream, iostream 문자 단위의 입력, 출력, 입출력 스트림 , 키보드 입력, 모니터 출력
파일 입출력 클래스 ifstream, ofstream, fstream 파일 입력, 파일 출력

포준 입출력 클래스와 관련 객체, 기능, 관련 하드웨어는 다음과 같다.

클래스 객체 기능
istream cin 키보드로 부터 데이터 입력 스트림 객체
ostream cout 모니터로 데이터 출력 스트림 객체
ostream cerr 모니터로 오류 츌력 스트림 객체 (버퍼를 거치지 않고 출력)
ostream clog 모니터로 오류 출력 스트림 객체 (버퍼를 거쳐 출력)

데이터를 콘솔 화면에 출력

ostream의 문자출력 멤버함수

ostream& put(char ch);  // ch에 저장된 문자를 스트림에 출력
ostream& write(char* str, int n);  //str 배열에 저장된 n 개의 문자를 스트림에 출력 
ostream& flush();   // 스트림 버퍼에 저장된 데이터를 강제 출력
  • put() 메소드
cout.put('C');

put() 은 문자 단위로 출력하는 cout 객체의 멤버함수로 문자 'C'를 출력하는 코드 예이다.

cout.put(65);

다음은 ASCII 코드 값 65에 해당하는 문자인 'A'를 화면에 출력하는 코드 예이다. 다음 프로그램은 ASCII 코드 값 65 부터 69 까지의 문자를 출력하는 코드이다. 'A' 부터 'E'까지 문자를 출력한다.

/*
	File: ioPut.cc
	Author: Geun-Hyung Kim
	Description:
	ASCII 코드 값 65에서 69까지 해당되는 문자를 출력하느 프로그램
*/
#include <iostream>
using namespace std;

int main(int argc, char const *argv[])
{
	int i = 0; 			 //정수형 변수 i 선언과 0 으로 초가화

	while(i < 5){        // i의 값이 5보다 작으면 중괄호 내 코드 수행         
		cout.put(65+i);  // 65+i  값이 해당하는 문자를 콘솔화면에 출력
		i++;             // i를 1 증가
	}
	cout.put('\n');      // 줄 바꿈 문자 출력 

	return 0;
}
cout.put()

멤버 함수의 반환 자료형은 ostream& 클래스의 참조로 cout객체를 반환한다. 그러므로

cout.put('A').put('B').put('C').put('\n');

은 화면에 문자 'A', 'B', 'C' 가 연속적으로 출력한다. 이를 이용한 프로그램은 다음과 같다.

/* 
	File: putConcate.cc
	Author: Geun-Hyung Kim
	Description:
	put 함수의 결과에 새로운 put 함수를 연속해서 호출하는 프로그램 
*/

#include <iostream>
using namespace std;

int main(int argc, char const *argv[])
{
	cout.put('A').put('B').put('C').put('D').put('\n');
	return 0;
}
  • write() 메소드

write() 멤버 함수는 배열에 저장된 문자를 출력하는 함수로 예제 프로그램은 다음과 같다.

/*
	File: ioWrite.cc
	Author: Geun-Hyung Kim
	Description:
	"Hello World!" 문자열을 str 배열에 저장하고 배열에 저장된 데이터를 write 함수를 
	이용하여 콘솔화면에 출력하는 프로그램 
*/

#include <iostream>
using namespace std;

int main(int argc, char const *argv[])
{
	char str[] = "Hello World!";  // "Hello World!" 문자열을 배열에 저장

	cout.write(str, strlen(str)); // 배열에 저장한 데이터를 cout.write 함수로 콘솔에 출력 
	cout.put('\n');               // 콘솔에 줄바꿈 문자를 출력 
	
	return 0;
}

삽입 연산자

스크린(모니터)에 데이터를 출력하기위해 출력 스트림에 데이터를 출력하는 삽입 연산자(insertion operator) 또는 삽입자라 부르는 <<연산자가 사용된다.

C++ 입출력 시스템의 ostream 클래스에는 삽입 연산자인 << 를 사용하여 다양한 값을 출력할 수 있다. 다음은 ostream 클래스에서 << 연산자 오버로딩(overloading) 된 코드이다.

classs ostream : virtual public ios {
	...
public:
	ostream& operator<< (char c);
	ostream& operator<< (signed char c);
	ostream& operator<< (unsigned char c);
	ostream& operator<< (const char* s);
	ostream& operator<< (const signed char* s);
	ostream& operator<< (const unsigned char* s);
	ostream& operator<< (int n);
	ostream& operator<< (double d);
   ....
};

ostream 클래스 내의 << 연산자의 반환 자료형(함수를 참조)은 ostream 클래스 형태이며 반환 자료형은 ostream& 출력 스트림의 참조가 반환된다.

삽입 연산자의 동작 순서

다음의 << 연산자의 실행 과정은 다음과 같다.

cout << "age: " << 24 << endl;
  1. cout << "age: " 에서 연산자 함수를 호출한다. 매개변수로 전달되는 것은 "age: " 이므로 ostream operator<< (const char* s) 를 호출하고 "age: "를 매개변수로 전달한다.
ostream& operator << (const char* s) {
 	스트림 버퍼에 "age :" 를 저장한다.
 	return *this    // 이 스트림의 참조를 반환한다.
}

여기서 *this는 현재 스트림에 대한 참조이다. 현재 스트림이 cout이기 때문에 반환되는 참조도 cout을 가리킨다. 즉 cout << "age: "의 결과는 스트림 버퍼에 값이 저장된 후 cout 이 반환단다.

  1. 그 후 cout << 24 이 호출된다.
ostream& operator << (int n) {
 	스트림 버퍼에 n(24) 를 저장한다.
 	return *this    // 이 스트림의 참조를 반환한다.
}

cout << "age: " << 24

실행된 후에는 cout 스트림이 반환되고 스트림 버퍼에는 age: 24 가 저장된다.

  1. 그 후 cout << endl 이 호출된다.

스트림 버퍼에 줄바꿈 문자를 저장하고 스크린에 스트림 버퍼의 내용을 출력한다.

키보드로 부터 데이터 입력

입력스트림 istream의 객체 cin은 키보드와 C++ 응용 프로그램을 연결하는 C++ 표준 입력 스트림 객체(standard input stream object)이다. 키보드로 부터 입력되는 값은 모두 cin 객체의 스트림 버퍼에 저장되며 응용 프로그램은 cin 객체의 스트림 버퍼에 저장된 키 값을 읽는다.

추출 연산자

데이터를 키보드로 부터 입력하는 클래스인 istream의 cin과 함께 사용하는 >> 연산자를 추출 연산자(extraction operator) 또는 추출자라고 부른다. >> 연산자는 cin 으로 부터 키를 입력 받거나 파일에서 데이터를 읽을 때 사용된다. C++ 입출력 시스템은 다음과 같이 입력 스트림으로 부터 값을 입력받는 다양한 >> 연산자를 istream 클래스에 연산자 오버로딩된다.

classs istream : virtual public ios {
	...
public:
	istream& operator>> (char& c);       //문자를 입력하는 >> 연산자 
	istream& operator>> (signed char& c);
	istream& operator>> (unsigned char& c);
	istream& operator>> (const char* s);
	istream& operator>> (const signed char* s);
	istream& operator>> (const unsigned char* s);
	istream& operator>> (int& n);
	istream& operator>> (double& d);

   ....
};

추출 연산자를 이용하여 문자열을 입력받는 경우 공백 문자를 만나면 그 전까지 입력된 문자들을 하나의 문자열로 인식하는 프로그램 이다.

/*
	File: stringIn.cc
	Author: Geun-Hyung Kim
	Description:
	키보드로 부터 문자열을 입력받아 콘솔에 출력하는 프로그램 
*/
#include <iostream>
using namespace std;

int main(int argc, char const *argv[])
{
	char arr[20];				// 문자형 배열 선언
	cout << "문자열을 입력하시오:";  
 	cin >> arr;                 // 키보드로 부터 문자열을 입력 받아 arr 배열 변수에 저장
 								// 키보드에서 return에 입력되면 다음 코드로 이동
	cout << arr << endl;        // arr 배열에 저장된 문자열과 줄바꿈 문자를 콘손에 출력

	return 0;
}

공백이 포함된 문자열 입력

공백이 포함된 문자열을 입력받기 위해서는 cin객체의 getline() 멤버함수를 사용한다. getline()함수의 프로토타입(원형)은 다음과 같다.

 cin.getline(char buf[], int size, char delimitChar);
  • buf: 키보드로부터 읽은 문자열을 저장할 배열
  • size: buf[] 배열의 크기
  • delimitChar: 문자열 입력 끝을 지정하는 구분 문자

다음은 getline 멤버 함수를 사용해서 한 줄의 문자열을 입력하는 프로그램 이다.

/*
	File: strline.cc
	Author: Geun-Hyung Kim
	Description:
	키보드로 입력된 문자 14개 또는 줄 바꿈 문자까지의 문자만을 입력받는 프로그램 
*/

#include <iostream>
using namespace std;

int main(int argc, char const *argv[])
{
	char inbuf[100];     // 문자형 배열 선언 (저장공간 100개)

	cout << "문자열을 입력하시오: ";
	
	cin.getline(inbuf, 15, '\n');   // 입력 버퍼에서 14 문자 또는 (\n)까지의 문자를 읽어와서 inbuf에 저장
	cout << "length of input string: " << strlen(inbuf) <<endl;  // strlen 함수를 사용하여 inbuf에 저장된 문자열의 길이를 구해 콘솔 화면에 출력 
	cout << "input data: " << inbuf << endl; // inbuf에 저장된 문자열 콘솔화면에 출력

	return 0;
}

아래의 프로그램은 키보드로 부터 정수를 입력받아 출력하는 프로그램이다. 키보드로 부터 입력된 것이 숫자가 아닌 문자가 입력된 경우 에러가 발생하여야 한다. cin.fail() 메소드를 통해 입력 데이터가 숫자가 아닌 경우를 검증할 수 있도록 한다.

#include <iostream>
using namespace std;

int main(int argc, char const *argv[])
{
	int a;

	cout << "정수를 입력하시오: ";

	cin >> a;

	if(cin.fail()) {
		cout << "Input Error!!" << endl;
	}
	else {
		cout << a << endl;
	}
	return 0;
}