C의 상수: const, #define, enum

상수는 이름이 붙은 값이자 바뀌지 않겠다는 약속입니다. C는 그 약속을 위한 세 가지 수단을 제공하는데, 내부적으로는 서로 정말 다른 것들입니다. 하나는 변수이고, 하나는 텍스트 치환이며, 하나는 정수 타입입니다.

값에 왜 이름을 붙이나

이 두 줄을 비교해 보세요.

double area = 3.14159 * r * r;
double area = PI * r * r;

두 번째가 더 나은 이유는 세 가지이고, 모두 나중에 드러납니다. 그 숫자가 무엇을 뜻하는지 말해 줍니다. 딱 한 곳에만 나타나므로, 정밀도를 바꾸는 일이 검색이 아니라 한 번의 수정으로 끝납니다. 그리고 PI의 오타는 컴파일 오류이지만, 3.14195의 오타는 틀린 답입니다.

코드 여기저기에 흩어진 이름 없는 숫자를 매직 넘버라고 부릅니다. 이걸 없애는 것은 C 프로그램에 할 수 있는 가장 값싼 개선 중 하나입니다.

const

const 키워드는 변수를 읽기 전용으로 표시합니다.

#include <stdio.h>

int main(void) {
    const double PI = 3.14159265358979;
    const int MAX_USERS = 100;

    double r = 2.0;
    printf("Area of r=%.1f: %.4f\n", r, PI * r * r);
    printf("Capacity: %d users\n", MAX_USERS);

    /* PI = 3.0;  <- 이 줄의 주석을 풀면 프로그램이 컴파일되지 않습니다 */
    return 0;
}

대입문의 주석을 풀면 컴파일러가 거부합니다. assignment of read-only variable 'PI'. 빌드 시점에 나는 이 오류가 바로 핵심입니다.

const 변수는 진짜 변수입니다. 타입이 있으므로 컴파일러가 사용 방식을 검사합니다. 스코프를 따르므로 함수 안의 const는 밖으로 새지 않습니다. 주소가 있으므로 포인터를 잡을 수 있습니다. 그리고 디버거가 이름과 값을 보여 줄 수 있습니다.

const는 선언하는 자리에서 반드시 초기화해야 합니다. 두 번째 기회는 없습니다.

const int limit;       /* 오류(또는 영원히 쓰레기 값): 나중에 아무것도 대입할 수 없음 */
const int limit = 50;  /* 올바른 방식 */

#define

전처리기를 쓰는 대안은 매크로입니다.

#include <stdio.h>

#define PI 3.14159265358979
#define MAX_USERS 100
#define GREETING "Welcome to the system"

int main(void) {
    double r = 2.0;
    printf("%s\n", GREETING);
    printf("Area of r=%.1f: %.4f\n", r, PI * r * r);
    printf("Capacity: %d users\n", MAX_USERS);
    return 0;
}

이것은 변수가 아닙니다. 컴파일러가 실행되기 전에 전처리기가 소스에 나오는 모든 PI를 3.14159265358979라는 문자들로 바꿉니다. 컴파일러는 그 이름을 아예 본 적이 없습니다. #define에 타입이 없고 디버거에 나타나지 않는 이유가 바로 이것입니다.

세미콜론도 =도 없다는 점에 주목하세요. 매크로는 날것의 텍스트이므로, 다음과 같은 흔한 실수는

#define MAX_USERS 100;        /* 세미콜론에 주목 */

int limit = MAX_USERS + 1;    /* 확장 결과: int limit = 100; + 1;  -> 오류 */

정의와는 전혀 다르게 생긴 줄에서 오류를 냅니다. 매크로를 대문자로 쓰는 관례는 바로 치환이 일어나고 있다는 걸 읽는 사람이 알아채게 하려고 존재합니다.

매크로는 관례적으로 UPPER_CASE로 씁니다. 같은 역할을 하는 const 변수도 대개 그 관례를 따릅니다.

enum 상수

세 번째 형태는 이름 붙은 정수들의 집합을 줍니다.

#include <stdio.h>

enum { MAX_USERS = 100, BUFFER_SIZE = 256 };

enum Weekday { MON, TUE, WED, THU, FRI };

int main(void) {
    char buffer[BUFFER_SIZE];   /* 진짜 컴파일 타임 상수 */

    printf("buffer holds %zu bytes\n", sizeof(buffer));
    printf("MAX_USERS = %d\n", MAX_USERS);

    enum Weekday today = WED;
    printf("MON=%d TUE=%d WED=%d, today=%d\n", MON, TUE, WED, today);
    return 0;
}

값을 직접 지정하지 않으면 0부터 시작해 하나씩 증가하므로 MON은 0이고 FRI는 4입니다. 이름 없는 enum { ... }은 평범한 정수 상수를 만드는 데 흔히 쓰는 관용구입니다.

enum 상수에는 다른 두 방식에 없는 진짜 장점이 있습니다. 컴파일러가 이해하는 컴파일 타임 정수 상수이면서 디버거에도 보인다는 점입니다. 자세한 이야기는 C의 enum에 있습니다.

무엇을 쓸 것인가

기본값은 const여야 합니다. 값이 컴파일 전에 존재해야 할 때는 #define을, 컴파일 타임 정수나 이름 붙은 묶음이 필요할 때는 enum을 쓰세요.

이 차이가 정말로 발목을 잡는 곳은 배열 크기입니다.

#include <stdio.h>

#define DEFINED_SIZE 5
enum { ENUM_SIZE = 5 };

int global_a[DEFINED_SIZE];   /* 문제없음 */
int global_b[ENUM_SIZE];      /* 문제없음 */

int main(void) {
    const int const_size = 5;
    int local[const_size];    /* C99 가변 길이 배열 - 여기서는 동작하지만... */

    for (int i = 0; i < const_size; i++) local[i] = i * i;
    printf("local[4] = %d\n", local[4]);
    printf("globals: %zu %zu\n", sizeof(global_a), sizeof(global_b));
    return 0;
}

C에서 const int는 컴파일 타임 상수식이 아니라 읽기 전용 변수입니다. 함수 안에서는 C99가 int local[const_size]를 가변 길이 배열로 만들어 받아들이지만, 파일 스코프나 struct 안, case 라벨 자리에서는 그대로 거부됩니다. enum과 #define은 어디서나 동작합니다.

(이것은 const int가 실제로 상수식인 C++와의 진짜 차이 중 하나입니다. 두 언어를 오가는 코드가 여기서 걸려 넘어집니다.)

포인터와 함께 쓰는 const

const와 포인터는 세 가지 방식으로 결합하며, 그 의미는 서로 바꿔 쓸 수 없습니다. 선언은 이름에서 바깥쪽으로 읽으세요.

const char *p;          /* p는 수정하면 안 되는 char들을 가리킴 */
char * const q;         /* q 자체는 다른 곳을 가리킬 수 없음. char는 바꿀 수 있음 */
const char * const r;   /* 포인터도 char도 바꿀 수 없음 */

#include <stdio.h>

int main(void) {
    char text[] = "hello";

    const char *p = text;
    /* *p = 'H';  <- 오류: p를 통해서는 데이터가 const입니다 */
    p = "world";  /* 하지만 p가 가리키는 곳을 바꾸는 건 괜찮습니다 */
    printf("p now points at: %s\n", p);

    char * const q = text;
    q[0] = 'H';   /* q를 통해 데이터를 수정하는 건 괜찮습니다 */
    /* q = "world";  <- 오류: q 자체가 const입니다 */
    printf("text is now: %s\n", text);
    return 0;
}

const char * 형태를 가장 많이 쓰게 됩니다. 문자열을 바꾸지 않고 읽기만 하는 함수 매개변수에 알맞은 타입이기 때문입니다.

#include <stdio.h>

/* const는 호출자에게 약속합니다: 이 함수는 당신의 문자열을 수정하지 않습니다. */
size_t count_vowels(const char *s) {
    size_t n = 0;
    for (size_t i = 0; s[i] != '\0'; i++) {
        char c = s[i];
        if (c=='a'||c=='e'||c=='i'||c=='o'||c=='u') n++;
    }
    return n;
}

int main(void) {
    printf("vowels in \"programming\": %zu\n", count_vowels("programming"));
    return 0;
}

읽기만 하는 매개변수에 const를 붙이는 데는 아무 비용도 들지 않고, 컴파일러가 강제하는 방식으로 계약을 문서화해 줍니다. 어디서나 해 둘 만합니다.

문자열 리터럴은 사실상 const입니다

const가 존재하는 이유이기도 한 미묘한 함정입니다.

char *s = "hello";   /* 합법적인 C지만, s는 읽기 전용 메모리를 가리킵니다 */
s[0] = 'H';          /* 미정의 동작 - 보통은 크래시 */

문자열 리터럴은 실행 파일의 읽기 전용 영역에 놓입니다. 그 포인터를 통해 쓰면 대개 세그멘테이션 폴트가 납니다. 포인터를 const char *s = "hello";로 선언하면, 실행 중 크래시가 나게 두는 대신 컴파일러가 그 대입을 거부합니다.

수정 가능한 문자열이 필요하다면 배열에 복사하세요.

#include <stdio.h>

int main(void) {
    const char *literal = "hello";   /* 읽기 전용, 수정 불가 */
    char copy[] = "hello";           /* 배열: 수정 가능한 개인 사본 */

    copy[0] = 'H';
    printf("literal: %s\n", literal);
    printf("copy:    %s\n", copy);
    return 0;
}