[C++] C++ 표준 입출력 클래스

이 글은 C++에서 가장 기본이 되는 표준 입출력 방법에 대해 정리한 글이다.

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C++ 입출력의 기본 개념

표준 라이브러리 (iostream)

• C++에서 가장 기본이 되는 입출력 기능은 iostream 헤더에 정의
• #include <iostream>을 통해 표준 입출력 객체(std::cin, std::cout, std::cerr, std::clog) 등 사용 가능

#include <iostream>  // iostream 헤더 포함
int main() {
    std::cout << "Hello, World!" << std::endl;  // 표준 출력
    return 0;
}

네임스페이스와 using 구문

• 표준 라이브러리는 std라는 네임스페이스를 사용
• 모든 표준 라이브러리 요소는 std::라는 접두사를 붙이거나, using namespace std; 구문을 통해 네임스페이스 생략 가능

// 1) std::cout 방식
std::cout << "Input a number: " << std::endl;

// 2) using namespace std 방식
using namespace std;
cout << "Input a number: " << endl;

규모가 큰 프로젝트나 협업 환경에서는 using namespace std;로 인한 네임스페이스 충돌을 방지하기 위해 std::를 명시적으로 사용하는 경우가 많다.

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표준 출력 (std::cout)

기본 사용 : 삽입 연산자

• C++에서 출력은 삽입 연산자(<<)를 이용하여 데이터를 출력 스트림(출력 장치)으로 보내는 방식
• 문자열, 정수, 실수 등 다양한 자료형을 <<로 이어 붙일 수 있음

#include <iostream>

int main() {
    int number = 10;
    std::cout << "number의 값은: " << number << std::endl;
    std::cout << "이 문장은 한 줄에 바로 이어서 "
              << "출력할 수도 있습니다." << std::endl;
    return 0;
}

 

std::endl은 줄바꿈을 수행함과 동시에 출력 버퍼를 비우는 역할(flush)을 함께 수행하기 때문에 출력 버퍼를 매번 지우는 std::endl은 성능에 영향을 줄 수 있다. 단순이 줄바꿈을 필요로 하는 경우에는 "\n"을 사용할 수도 있다.
(알고리즘 문제를 푸는 경우, std::endl 대신 "\n"을 사용하면 시간 초과를 해결할 수 있는 경우도 있다.)

다앙한 자료형 출력

• std::cout은 오버로딩된 operator<<를 통해 기본 자료형(int, float, bool 등)과 std::string 등을 편리하게 출력 가능
  • C언어 스타일로 입출력을 수행하면 printf("%d". number);와 같이 서식 지정자를 직접 맞춰야 함
  • 반면, C++에서는 std::cout << number;와 같이 따로 형식을 지정하지 않아도 연산자 오버로딩 덕분에 자동으로 int를 출력하는 함수를 호출

std::cout << 42 << std::endl;             // 정수 출력
std::cout << 3.14 << std::endl;           // 실수 출력
std::cout << std::boolalpha << true;      // boolalpha 사용 시 "true"/"false"

• std::boolalpha를 사용하면 bool 타입 변수를 1 혹은 0 대신 true 혹은 false 형태로 출력하도록 전환

입출력 조정 (manipulators)

• <iomanip> 헤더에 정의된 다양한 입출력 조정자(manipulator)가 존재
  • 고정 소수점 자릿수 지정 : std::fixed, std::setprecision
  • 필드 폭 지정 : std::setw

#include <iostream>
#include <iomanip>

int main() {
    double pi = 3.14159265;
    std::cout << std::fixed << std::setprecision(2) << pi << std::endl;  // 3.14
    std::cout << std::setw(10) << 123 << std::endl; // 폭 10칸 확보
    return 0;
}

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표준 입력 (std::cin)

기본 사용 : 추출 연산자

• std::cin은 입력 스트림(ex. 키보드 입력)에서 데이터를 읽어오는 역할
• 추출 연산자(>>)를 통해 입력 버퍼로부터 원하는 자료형의 데이터를 가져올 수 있음

#include <iostream>

int main() {
    int x;
    std::cout << "정수를 입력하세요: ";
    std::cin >> x;   // x에 사용자가 입력한 정수 값을 저장
    std::cout << "입력된 값은: " << x << std::endl;
    return 0;
}

입력을 받을 때 공백, 탭, 줄바꿈 등 구분 문자를 만나면 해당 변수로의 입력이 종료된다. 

여러 값 연속 입력

• 여러 변수를 한 줄에 입력 받거나, 여러 줄에 걸쳐 입력을 받는 경우, >> 연산자를 연속해서 사용할 수 있음

int a, b;
std::cout << "두 개의 정수를 입력하세요: ";
std::cin >> a >> b; // 공백으로 구분된 두 정수 입력
std::cout << a << " + " << b << " = " << (a + b) << std::endl;

문자열 입력

• std::cin >> str; 형태의 문자열 입력은 공백 전까지의 문자열만 입력
• 공백이 포함된 문자열을 입력받는 경우, std::getline(std::cin, str);을 사용

#include <iostream>
#include <string>

int main() {
    std::string name;
    std::cout << "이름을 입력하세요: ";
    // std::cin >> name;  // 공백 전까지 읽음
    std::getline(std::cin, name);  // 공백 포함 한 줄 전체를 읽음
    std::cout << "안녕하세요, " << name << "님!" << std::endl;
    return 0;
}

입력 버퍼 및 주의사항

• std::cin >> var;을 통해 입력을 받은 뒤, 버퍼에 남아 있는 공백 문자나 줄바꿈이 이후 입력 연산에 영향을 줄 수 있음
• std::cin.ignore()나 std::cin.clear() 등을 적절히 사용하여 방지 가능
  • std::cin.ignore() : 지정한 문자의 수 혹은 특정 구분 문자가 나올 때까지 입력 버퍼를 비우는 역할
  • std::cin.clear() : 입력 스트림의 오류 상태를 해제 (ex. 잘못된 형식이 들어간 경우)

std::cin >> x;
std::cin.ignore(std::numeric_limits<std::streamsize>::max(), '\n');
// 혹은 std::cin.ignore(100, '\n'); 처럼 충분한 길이만큼 무시

std::string line;
std::getline(std::cin, line); // 앞서 남아 있는 '\n' 버퍼 문제를 방지

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성능 관련 팁 : 동기화와 버퍼 관리

• C++ 표준 라이브러리는 C 표준 라이브러리(stdio.h)와 스트림을 동기화하여 stdio.h와 iostream 간에 혼합 사용 시 버퍼 충돌을 방지
• 입출력 성능을 극대화해야하며, C 함수(prinf(), scanf())와 혼용하지 않는다면, std::ios::sync_with_stdio(false);와 std::cin.tie(nullptr);를 통해 동기화를 해제하면 더 빠른 입출력이 가능

#include <iostream>

int main() {
    std::ios::sync_with_stdio(false); 
    std::cin.tie(nullptr);

    // 빠른 입출력 코드
    return 0;
}

위 방법은 알고리즘 문제에서 큰 데이터를 다룰 때 성능 향상을 목적으로 자주 사용되지만, stdout과 iostream을 동시에 사용하면 예상하지 못하는 문제가 발생할 수 있으므로 사용에 주의가 필요하다.

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핵심 요약

• C++에서 입출력은 가장 기초적이면서도 전역적으로 사용하는 기능
• 입력은 std::cin >> 변수;의 형태로, 출력은 std::cout << 값;의 형태로 사용