1. C언어 자료형

signedunsignedshortlongchar
intfloatdoubleautoregister
staticexternconstvolatile

1.1. 정수형 부호 지정자

Integer Sign Modifiers: 정수형 크기 부호 지정자는 일반적으로 char 또는 int와 같은 정수형 타입과 결합하여 사용한다.

단독으로 사용될 수도 있으나, 그 경우 int가 생략된 형태로 해석된다.

signed
unsigned

signed와 unsigned는 정수형 타입이 음수를 표현할지 여부를 결정하는 키워드이다.

signed는 부호 비트를 사용하여 음수와 양수를 모두 표현한다.
unsigned는 음수를 표현하지 않고 0 이상의 값, 즉 양수만을 표현한다.

같은 1byte(8bit)라도 signed인지 unsigned인지에 따라 표현 가능한 값의 범위가 달라진다.

1.2. 정수형 크기 지정자

Integer Size Modifiers: 정수형 크기 지정자는 일반적으로 정수형 타입 int와 결합하여 사용한다.

단독으로 사용될 수도 있으나, 그 경우 int가 생략된 형태로 해석된다.

short
long

short

short는 정수형의 크기를 줄이기 위해 사용하는 지정자이다.

long

long은 정수형의 크기를 늘리기 위해 사용하는 지정자이다.
int보다 더 큰 범위의 정수를 표현할 수 있지만, 32비트 시스템에서는 int와 long int의 크기가 같을 수 있다.

1.3. 기본 자료형

Fundamental Types: C 언어에서 정수, 실수 값을 표현하는 기본적인 내장 자료형이다.

1.3.1. 정수형

정수형은 소수점이 없는 정수 값을 표현한다. char는 문자 저장용으로 사용되지만, 정수형으로 분류되는 타입이다.

char
int

자료형	비트 수	16진수 범위	값의 범위 (10진수)
(signed) char	8bit	0x80 ~ 0x7f	-128 ~ 127
unsigned char	8bit	0x00 ~ 0xff	0 ~ 255
short (int)	16bit	0x8000 ~ 0x7fff	-32,768 ~ 32,767
unsigned short (int)	16bit	0x0000 ~ 0xffff	0 ~ 65,535
(signed) int	32bit	0x80000000 ~ 0x7fffffff	-2,147,483,648 ~ 2,147,483,647
unsigned int	32bit	0x00000000 ~ 0xffffffff	0 ~ 4,294,967,295
long (int)	32bit*	0x80000000 ~ 0x7fffffff	-2,147,483,648 ~ 2,147,483,647
unsigned long (int)	32bit*	0x00000000 ~ 0xffffffff	0 ~ 4,294,967,295

일반적으로 최상위 비트(MSB, Most Significant Bit)를 부호 비트로 해석하며, 2의 보수 표현 방식을 사용해 하나의 덧셈기로 양수와 음수 연산을 처리함으로써 하드웨어를 단순화하고 연산을 일관되게 한다.

※ C90 기준에서 정수형 타입은 기본값이 signed이다. 따라서 signed를 명시하지 않아도 컴파일러는 이를 기본적으로 signed로 해석하며, 일반적으로 생략한다. short와 long도 int를 수식하는 지정자이므로, int는 기본값으로 간주되어 생략할 수 있다.

※ C99 이후에는 long long int가 도입되어 64비트 정수 표현이 가능하다.

자료형	비트 수	16진수 범위	값의 범위 (10진수)
(signed) long long int	64bit	0x8000000000000000 ~ 0x7fffffffffffffff	-9,223,372,036,854,775,808 ~ 9,223,372,036,854,775,807
unsigned long long int	64bit	0x0000000000000000 ~ 0xffffffffffffffff	0 ~ 18,446,744,073,709,551,615

1.3.2. 실수형

실수형은 소수점을 포함한 실수 값을 표현하며, 부동소수점 방식으로 근사값을 저장한다.

float
double

자료형	저장 크기	값의 범위 (10진수)	정밀도 (10진수)
float	4 bytes	1.2E-38 ~ 3.4E+38	6 decimal places
double	8 bytes	2.2E-308 ~ 1.8E+308	15 decimal places
long double	10 bytes*	3.4E-4932 ~ 1.1E+4932	19 decimal places

float와 double은 부호(Sign), 지수(Exponent), 가수(Mantissa)로 실수를 표현한다.
지수는 표현 가능한 범위를, 가수는 정밀도를 결정하며, float는 가볍고 빠른 대신 범위와 정밀도가 제한적이고 double은 더 넓은 범위와 높은 정밀도를 제공한다.

[출처] C Pocket Reference - 2003 O’Reilly

※ long double의 저장 크기와 범위는 플랫폼과 컴파일러에 따라 달라질 수 있다.

부동소수점 방식

부동소수점 방식은 실수를 저장할 때 소수점 위치를 자유롭게 옮기며, 숫자를 정확히 그대로 저장하지 않고 가장 가까운 이진수 값으로 근사 저장하는 방식이다.

#include <math.h>
double a = 0.1;
double b = 0.2;
if ((a + b) != 0.3) {
    /* condition is true due to floating-point precision error */
}
if (fabs((a + b) - 0.3) < 1e-9) {
    /* treated as equal */
}

컴퓨터는 0.1과 0.2를 정확한 값이 아니라 가장 가까운 이진수 값으로 저장한다.

그래서 a + b의 실제 내부 값은 0.30000000000000004처럼 실제값에 약간 어긋난 값이 된다.
그 결과, 사람이 보기에는 같아 보이는 0.3과 같다고 판단하지 못한다.

1.4. 저장 클래스 지정자

Storage Class Specifier: 저장 클래스 지정자는 변수의 수명과 접근 범위를 결정하는 키워드이다.

auto
register
static
extern

1.4.1. auto

블록 내부에서 선언되는 지역 변수의 기본 저장 클래스이다.
별도로 지정하지 않아도 모든 지역 변수는 기본적으로 auto이며, 일반적으로 명시하지 않는다.

C99 이후 auto는 사실상 의미 없는 키워드이다.

auto int x; /* same as int x; */

1.4.2. register

변수를 CPU 레지스터에 저장하도록 요청하는 지정자이다.

접근 속도를 빠르게 하기 위한 힌트이며, 실제로 레지스터에 저장될지는 컴파일러가 결정한다.

주소 연산자(&)를 사용할 수 없다.

register int i;

※ C11 이후 대부분의 컴파일러에서는 최적화를 자동으로 수행하므로 register 키워드는 사실상 의미가 없다.

1.4.3. static

1.4.3.1. 지역 변수

수명은 프로그램 전체, 스코프는 블록 내부이다.
함수 호출이 끝나도 값이 유지된다.

void func() {
    static int count = 0;
    count++;
}

1.4.3.2. 전역 변수

파일 내부에서만 접근 가능하게 만든다.
다른 소스 파일에서 참조할 수 없다.

static int global;

1.4.4. extern

다른 파일에 정의된 전역 변수를 참조할 때 사용한다.

실제 저장 공간을 할당하지 않고 선언만 제공한다.

extern int shared;

1.5. 타입 한정자

Type Qualifier: 타입 한정자는 변수의 의미와 동작을 제한하는 키워드이며, const는 수정 불가, volatile은 외부 변경 가능성을 나타낸다.

const
volatile

1.5.1. const

const는 변수의 값을 변경할 수 없도록 제한하는 한정자이다.

선언 이후에는 대입을 통해 값을 수정할 수 없다.

const int max = 10;
/* max = 20; // compilation error */

1.5.2. volatile

volatile은 변수의 값이 외부에 의해 변경될 있으므로, 항상 메모리에서 최신 값을 사용하게 하는 표시이다.

컴파일러에게 최적화를 하지 말고, 항상 메모리에서 값을 다시 읽도록 지시한다.

volatile const int reg;

하드웨어 레지스터나 인터럽트에 의해 변경되는 변수에 사용된다.

※ volatile은 멀티스레드 동기화를 보장하지 않으며, atomic 연산이나 뮤텍스(mutex)를 대체하지 않는다.

2. C언어 자료형 출력

2.1. 예제

다음 예제는 여러 자료형의 크기를 출력한다.

#include <stdio.h>
#include <stddef.h>
#include <stdint.h>
#include <stdbool.h>
 
#define SIZEOF_BITS(type) (sizeof(type) * 8)
 
int main(void)
{
    /* Character types */
    printf("%-19s : %zu byte (%zu bit)\n", "char", sizeof(char), SIZEOF_BITS(char));
    printf("%-19s : %zu byte (%zu bit)\n", "signed char", sizeof(signed char), SIZEOF_BITS(signed char));
    printf("%-19s : %zu byte (%zu bit)\n", "unsigned char", sizeof(unsigned char), SIZEOF_BITS(unsigned char));
    printf("\n");
 
    /* Boolean type */
    printf("%-19s : %zu byte (%zu bit)\n", "bool", sizeof(bool), SIZEOF_BITS(bool));
    printf("\n");
    /* Integer types */
    printf("%-19s : %zu byte (%zu bit)\n", "short", sizeof(short), SIZEOF_BITS(short));
    printf("%-19s : %zu byte (%zu bit)\n", "unsigned short", sizeof(unsigned short), SIZEOF_BITS(unsigned short));
    printf("%-19s : %zu byte (%zu bit)\n", "int", sizeof(int), SIZEOF_BITS(int));
    printf("%-19s : %zu byte (%zu bit)\n", "unsigned int", sizeof(unsigned int), SIZEOF_BITS(unsigned int));
    printf("%-19s : %zu byte (%zu bit)\n", "long", sizeof(long), SIZEOF_BITS(long));
    printf("%-19s : %zu byte (%zu bit)\n", "unsigned long", sizeof(unsigned long), SIZEOF_BITS(unsigned long));
    printf("%-19s : %zu byte (%zu bit)\n", "long long", sizeof(long long), SIZEOF_BITS(long long));
    printf("%-19s : %zu byte (%zu bit)\n", "unsigned long long", sizeof(unsigned long long), SIZEOF_BITS(unsigned long long));
    printf("\n");
 
    /* Floating-point types */
    printf("%-19s : %zu byte (%zu bit)\n", "float", sizeof(float), SIZEOF_BITS(float));
    printf("%-19s : %zu byte (%zu bit)\n", "double", sizeof(double), SIZEOF_BITS(double));
    printf("%-19s : %zu byte (%zu bit)\n", "long double", sizeof(long double), SIZEOF_BITS(long double));
    printf("\n");
 
    /* Fixed-width integer types from stdint.h */
    printf("%-19s : %zu byte (%zu bit)\n", "int8_t", sizeof(int8_t), SIZEOF_BITS(int8_t));
    printf("%-19s : %zu byte (%zu bit)\n", "uint8_t", sizeof(uint8_t), SIZEOF_BITS(uint8_t));
    printf("%-19s : %zu byte (%zu bit)\n", "int16_t", sizeof(int16_t), SIZEOF_BITS(int16_t));
    printf("%-19s : %zu byte (%zu bit)\n", "uint16_t", sizeof(uint16_t), SIZEOF_BITS(uint16_t));
    printf("%-19s : %zu byte (%zu bit)\n", "int32_t", sizeof(int32_t), SIZEOF_BITS(int32_t));
    printf("%-19s : %zu byte (%zu bit)\n", "uint32_t", sizeof(uint32_t), SIZEOF_BITS(uint32_t));
    printf("%-19s : %zu byte (%zu bit)\n", "int64_t", sizeof(int64_t), SIZEOF_BITS(int64_t));
    printf("%-19s : %zu byte (%zu bit)\n", "uint64_t", sizeof(uint64_t), SIZEOF_BITS(uint64_t));
    printf("\n");
 
    return 0;
}

Ubuntu 24.04(x86_64)

char                : 1 byte (8 bit)
signed char         : 1 byte (8 bit)
unsigned char       : 1 byte (8 bit)
bool                : 1 byte (8 bit)
short               : 2 byte (16 bit)
unsigned short      : 2 byte (16 bit)
int                 : 4 byte (32 bit)
unsigned int        : 4 byte (32 bit)
long                : 8 byte (64 bit)
unsigned long       : 8 byte (64 bit)
long long           : 8 byte (64 bit)
unsigned long long  : 8 byte (64 bit)
float               : 4 byte (32 bit)
double              : 8 byte (64 bit)
long double         : 16 byte (128 bit)
int8_t              : 1 byte (8 bit)
uint8_t             : 1 byte (8 bit)
int16_t             : 2 byte (16 bit)
uint16_t            : 2 byte (16 bit)
int32_t             : 4 byte (32 bit)
uint32_t            : 4 byte (32 bit)
int64_t             : 8 byte (64 bit)
uint64_t            : 8 byte (64 bit)

※ 자료형의 크기는 컴파일러 구현과 OS 및 아키텍처 환경에 따라 서로 다를 수 있다. → Fixed-width Integer Types 사용

2.2. Void Type

void는 "값이 없다"는 의미의 특수 타입이다.

함수 매개변수가 없을 때, 함수 반환 값이 없을 때 사용한다.

stdbool.h

void init(void); /* no parameters and no return value */

※ 포인터에서 void는 자료형이 정해지지 않은 범용 포인터(void *)를 의미한다.

2.3. Boolean type

C99 기준

<stdbool.h> 헤더에서 bool을 정의
true / false 매크로도 함께 제공

stdbool.h

#define bool _Bool
#define true 1
#define false 0

크기는 1 byte, 내부적으로는 정수

_Bool는 실제로 unsigned char 정수 타입

0이 아니면 참

정수 값이 0이 아니면 true, 0이면 false로 해석된다.
bool에 0이 아닌 정수를 할당할 수 있지만, 자동으로 0 또는 1로 정규화(normalize)된다.

2.4. Fixed-width Types

플랫폼과 컴파일러에 관계없이 정수의 크기를 동일하게 보장하기 위한 용도로 사용된다.

stdint.h

typedef __int8_t int8_t;
typedef __int16_t int16_t;
typedef __int32_t int32_t;
typedef __int64_t int64_t;
typedef __uint8_t uint8_t;
typedef __uint16_t uint16_t;
typedef __uint32_t uint32_t;
typedef __uint64_t uint64_t;