C언어로 스트림을 사용한 간단한 데이터베이스 구현 방법

C언어에서 스트림을 사용하여 간단한 데이터베이스를 구현하는 방법에 대해 소개합니다. 스트림을 활용한 데이터베이스는 파일 입출력 성능을 최적화하고, 데이터의 읽기와 쓰기를 효율적으로 관리할 수 있습니다.

스트림의 기본 개념

스트림은 데이터를 읽고 쓰는 방식으로, 파일이나 입력 장치, 네트워크 등을 통해 데이터를 흐르게 합니다. 스트림을 통해 프로그램은 데이터를 읽거나 쓸 수 있으며, 이를 활용해 간단한 데이터베이스 시스템을 구축할 수 있습니다.

스트림의 종류

스트림은 크게 두 가지로 나눌 수 있습니다.

• 입력 스트림: 데이터를 읽어들이는 데 사용됩니다. fscanf, fgets 등의 함수가 입력 스트림을 통해 데이터를 읽습니다.
• 출력 스트림: 데이터를 출력하는 데 사용됩니다. fprintf, fputs 등의 함수가 출력 스트림을 통해 데이터를 출력합니다.

스트림의 특성

스트림은 데이터를 순차적으로 처리하므로 메모리 효율성이 뛰어납니다. 데이터를 한 번에 읽거나 쓰지 않고 필요한 만큼씩 처리하므로, 대용량 데이터를 다룰 때 유리합니다.

데이터베이스의 기본 개념

간단한 데이터베이스는 데이터를 저장하고 관리하는 시스템입니다. 일반적으로 SQL을 사용하여 데이터를 관리하지만, 여기서는 C언어의 파일 입출력과 스트림을 이용한 간단한 시스템을 구현합니다.

데이터베이스의 역할

데이터베이스는 데이터를 효율적으로 저장하고, 필요할 때 빠르게 검색, 수정, 삭제할 수 있도록 설계됩니다. 간단한 데이터베이스 시스템은 파일 시스템을 이용하여 데이터의 영속성을 보장하며, 사용자는 데이터를 추가, 수정, 삭제하는 기능을 수행할 수 있습니다.

간단한 데이터베이스 시스템

간단한 데이터베이스 시스템은 크게 두 가지 작업을 수행합니다.

• 데이터 입력: 사용자가 데이터를 입력하고, 이를 파일에 저장합니다.
• 데이터 조회: 사용자가 요청한 데이터를 파일에서 읽어와 출력합니다.

이 시스템은 SQL을 사용하지 않고, C언어의 스트림을 통해 데이터를 파일에 저장하고 불러오는 방식으로 구현됩니다.

스트림을 사용한 데이터베이스 파일 형식

간단한 데이터베이스 파일 형식은 텍스트 파일이나 바이너리 파일을 사용할 수 있습니다. 텍스트 파일은 사람이 읽을 수 있어 디버깅이 용이하지만, 바이너리 파일은 성능 측면에서 더 우수합니다.

텍스트 파일 형식

텍스트 파일 형식은 데이터를 사람이 읽을 수 있는 형식으로 저장합니다. 이 방법은 주로 개발 중 디버깅이 필요할 때 유용하며, 파일의 내용을 쉽게 확인할 수 있습니다. 예를 들어, 데이터 항목을 각 줄에 텍스트로 저장하는 방식입니다.

id,name,age
1,John Doe,30
2,Jane Smith,25

바이너리 파일 형식

바이너리 파일 형식은 데이터를 이진 형식으로 저장합니다. 이 방법은 텍스트 파일보다 성능이 뛰어나며, 대용량 데이터를 처리할 때 유리합니다. 바이너리 파일은 사람이 읽을 수 없지만, 프로그램에서 빠르고 효율적으로 데이터를 처리할 수 있습니다. 예를 들어, 구조체를 파일에 직접 저장하는 방식입니다.

struct Record {
    int id;
    char name[50];
    int age;
};

파일 형식 선택

파일 형식은 프로젝트의 요구 사항에 따라 선택할 수 있습니다. 텍스트 파일은 가독성이 좋고 디버깅이 쉬운 반면, 바이너리 파일은 성능이 뛰어나고 데이터 크기를 절감할 수 있습니다.

파일 열기와 닫기

C언어에서 파일을 열 때는 fopen 함수를 사용하고, 작업이 끝난 후에는 fclose를 사용하여 파일을 닫습니다. 데이터베이스 파일을 열고 닫는 과정은 매우 중요하며, 이를 통해 데이터 손상이나 오류를 방지할 수 있습니다.

파일 열기

fopen 함수는 파일을 열 때 사용됩니다. 이 함수는 두 가지 인자를 받으며, 첫 번째 인자는 파일 이름, 두 번째 인자는 파일 열기 모드입니다. 주요 파일 열기 모드는 다음과 같습니다.

• “r”: 읽기 모드. 파일이 존재하지 않으면 오류 발생.
• “w”: 쓰기 모드. 파일이 존재하지 않으면 새로 생성하고, 존재하면 내용을 덮어씀.
• “a”: 추가 모드. 파일이 존재하지 않으면 새로 생성하고, 존재하면 파일 끝에 데이터를 추가.
• “rb”, “wb”: 바이너리 모드. 바이너리 형식으로 파일을 열 때 사용.

예시:

FILE *file = fopen("database.txt", "w");
if (file == NULL) {
    printf("파일 열기 오류\n");
    return 1;
}

파일 닫기

파일 작업이 끝난 후에는 fclose 함수를 사용하여 파일을 닫습니다. 파일을 닫지 않으면 파일이 제대로 저장되지 않거나 데이터가 손상될 수 있습니다.

fclose(file);

파일 작업 시 주의 사항

• 파일을 열 때 오류가 발생할 수 있으므로, 항상 fopen 반환값을 확인해야 합니다.
• 파일을 열고 난 후, 작업이 끝나면 반드시 fclose를 호출하여 파일을 닫아야 합니다.
• 파일 작업 중 문제가 발생하면, 오류 메시지를 출력하고 종료하는 것이 좋습니다.

데이터 쓰기

스트림을 사용하여 데이터를 파일에 저장할 때는 fprintf(텍스트 파일)나 fwrite(바이너리 파일) 함수를 사용합니다. 데이터를 효율적으로 기록하려면 스트림의 사용법을 이해하고 적절히 적용해야 합니다.

텍스트 파일에 데이터 쓰기

fprintf 함수는 텍스트 파일에 데이터를 기록할 때 사용됩니다. 이 함수는 printf와 비슷하게 형식 지정자를 사용하여 다양한 데이터 유형을 파일에 기록할 수 있습니다.
예시:

FILE *file = fopen("database.txt", "w");
if (file != NULL) {
    int id = 1;
    char name[] = "John Doe";
    int age = 30;
    fprintf(file, "%d,%s,%d\n", id, name, age); // 데이터 기록
    fclose(file);
}

위 코드는 database.txt 파일에 데이터를 기록합니다. 텍스트 파일은 사람이 읽을 수 있으므로, 파일 내용이 직관적이고 디버깅하기 쉽습니다.

바이너리 파일에 데이터 쓰기

fwrite 함수는 바이너리 파일에 데이터를 기록할 때 사용됩니다. 바이너리 파일은 데이터를 이진 형식으로 저장하므로, 텍스트 파일보다 성능이 우수하고, 대용량 데이터를 처리할 때 유리합니다.
예시:

struct Record {
    int id;
    char name[50];
    int age;
};

FILE *file = fopen("database.bin", "wb");
if (file != NULL) {
    struct Record record = {1, "John Doe", 30};
    fwrite(&record, sizeof(struct Record), 1, file); // 구조체 데이터 기록
    fclose(file);
}

위 코드는 database.bin 파일에 Record 구조체 데이터를 바이너리 형식으로 기록합니다. 바이너리 파일은 성능상 이점이 있지만 사람이 직접 읽을 수 없으므로, 디버깅할 때는 불편할 수 있습니다.

쓰기 작업 주의 사항

• 데이터를 파일에 기록할 때, 항상 파일이 정상적으로 열렸는지 확인해야 합니다.
• fprintf와 fwrite 함수 모두 파일의 끝에 도달하거나 오류가 발생할 수 있으므로, 성공 여부를 체크하는 것이 좋습니다.
• 바이너리 파일에서는 구조체나 배열을 그대로 저장할 수 있으므로, 파일 크기나 읽기 속도에서 효율적입니다.

데이터 읽기

파일에서 데이터를 읽는 과정은 fscanf(텍스트 파일) 또는 fread(바이너리 파일)를 사용합니다. 데이터를 파일에서 읽어와 구조체나 배열에 저장하고, 이를 기반으로 데이터베이스를 쿼리할 수 있습니다.

텍스트 파일에서 데이터 읽기

fscanf 함수는 텍스트 파일에서 데이터를 읽어오는 데 사용됩니다. 이 함수는 scanf와 비슷하게 형식 지정자를 사용하여 다양한 데이터 유형을 읽을 수 있습니다.
예시:

FILE *file = fopen("database.txt", "r");
if (file != NULL) {
    int id;
    char name[50];
    int age;
    while (fscanf(file, "%d,%49[^,],%d\n", &id, name, &age) != EOF) {
        printf("ID: %d, Name: %s, Age: %d\n", id, name, age); // 파일 내용 출력
    }
    fclose(file);
}

위 코드는 database.txt 파일에서 데이터를 읽어와 각 항목을 출력합니다. fscanf를 사용하여 텍스트 형식으로 데이터를 읽을 때, 형식에 맞춰 데이터를 처리할 수 있습니다.

바이너리 파일에서 데이터 읽기

fread 함수는 바이너리 파일에서 데이터를 읽어오는 데 사용됩니다. 이 함수는 지정된 크기만큼 데이터를 한 번에 읽어옵니다. 바이너리 파일에서 읽은 데이터를 구조체나 배열에 바로 저장할 수 있습니다.
예시:

struct Record {
    int id;
    char name[50];
    int age;
};

FILE *file = fopen("database.bin", "rb");
if (file != NULL) {
    struct Record record;
    while (fread(&record, sizeof(struct Record), 1, file) == 1) {
        printf("ID: %d, Name: %s, Age: %d\n", record.id, record.name, record.age); // 데이터 출력
    }
    fclose(file);
}

위 코드는 database.bin 파일에서 Record 구조체 데이터를 바이너리 형식으로 읽어와 출력합니다. 바이너리 파일에서 데이터를 읽을 때는 텍스트 파일보다 성능이 우수하며, 데이터가 이진 형식으로 저장됩니다.

읽기 작업 주의 사항

• 데이터를 읽을 때 파일이 끝에 도달하거나 오류가 발생할 수 있으므로, fscanf와 fread의 반환값을 확인하는 것이 중요합니다.
• 텍스트 파일에서는 fscanf로 데이터를 읽을 때 형식 지정자를 정확히 맞추어야 하며, 바이너리 파일에서는 구조체 크기와 일치하는 크기를 읽어야 합니다.
• 바이너리 파일에서 구조체나 배열을 직접 읽을 수 있지만, 데이터 형식에 맞지 않으면 읽은 데이터가 잘못될 수 있습니다.

구조체를 사용한 데이터 저장

데이터베이스에 저장할 데이터는 보통 구조체로 정의됩니다. 구조체를 사용하면 관련된 데이터를 하나의 단위로 묶어서 효율적으로 저장할 수 있습니다. C언어에서는 구조체와 스트림을 결합하여 간단한 데이터베이스를 구현할 수 있습니다.

구조체 정의

구조체는 여러 데이터를 하나의 데이터 단위로 묶을 수 있는 사용자 정의 타입입니다. 데이터베이스에서는 각 레코드를 구조체로 정의하여 관리합니다. 예를 들어, 사람의 정보를 저장하는 구조체는 다음과 같이 정의할 수 있습니다.

struct Person {
    int id;
    char name[50];
    int age;
};

위 구조체는 사람의 ID, 이름, 나이를 저장하는 필드를 포함하고 있습니다. 이를 통해 데이터베이스에 저장할 데이터를 효율적으로 관리할 수 있습니다.

구조체를 사용한 데이터 쓰기

구조체 데이터를 파일에 저장하려면 fwrite 함수를 사용하여 구조체를 한 번에 기록할 수 있습니다. 예를 들어, Person 구조체 데이터를 바이너리 형식으로 저장하는 코드는 다음과 같습니다.

struct Person p1 = {1, "John Doe", 30};

FILE *file = fopen("database.bin", "wb");
if (file != NULL) {
    fwrite(&p1, sizeof(struct Person), 1, file);  // 구조체를 파일에 기록
    fclose(file);
}

이 코드는 Person 구조체를 바이너리 파일로 저장합니다. 구조체를 한 번에 기록할 수 있으므로 코드가 간결하고 효율적입니다.

구조체를 사용한 데이터 읽기

파일에서 구조체 데이터를 읽을 때는 fread 함수를 사용합니다. 바이너리 파일에서 구조체를 읽어오는 예시는 다음과 같습니다.

struct Person p1;

FILE *file = fopen("database.bin", "rb");
if (file != NULL) {
    fread(&p1, sizeof(struct Person), 1, file);  // 구조체 데이터를 파일에서 읽기
    printf("ID: %d, Name: %s, Age: %d\n", p1.id, p1.name, p1.age);
    fclose(file);
}

이 코드는 바이너리 파일에서 Person 구조체 데이터를 읽고 출력합니다. 구조체를 직접 읽어올 수 있기 때문에 데이터의 일관성도 유지됩니다.

구조체 사용의 장점

• 효율적인 데이터 저장: 여러 개의 관련 데이터를 하나의 구조체로 묶을 수 있으므로 관리가 편리합니다.
• 데이터 일관성 유지: 구조체를 사용하면 데이터가 논리적으로 연결된 상태로 저장되므로 일관성을 유지할 수 있습니다.
• 파일 입출력 최적화: 구조체는 메모리에서 연속적인 공간을 차지하므로, 바이너리 파일로 저장 시 성능이 우수합니다.

기본적인 CRUD 연산 구현

간단한 데이터베이스 시스템에서 필요한 기본적인 CRUD(생성, 읽기, 수정, 삭제) 연산을 구현할 수 있습니다. 각 연산은 파일 입출력을 통해 데이터를 관리하며, C언어의 스트림을 활용하여 데이터베이스의 성능을 최적화할 수 있습니다.

생성 (Create)

새로운 데이터를 추가하는 연산으로, 파일에 데이터를 쓸 때 사용됩니다. 새로운 레코드를 추가하려면 fwrite나 fprintf를 사용하여 데이터를 파일에 기록합니다.

void create_record(FILE *file, struct Person *person) {
    fwrite(person, sizeof(struct Person), 1, file);
}

위 함수는 Person 구조체 데이터를 파일에 추가하는 기능을 수행합니다. 데이터베이스의 끝에 새로운 레코드를 추가하려면 파일을 열고 데이터를 기록합니다.

읽기 (Read)

데이터를 조회하는 연산으로, 파일에서 데이터를 읽어오는 과정입니다. fread나 fscanf를 사용하여 데이터를 파일에서 읽어와 출력합니다.

void read_record(FILE *file) {
    struct Person person;
    while (fread(&person, sizeof(struct Person), 1, file) == 1) {
        printf("ID: %d, Name: %s, Age: %d\n", person.id, person.name, person.age);
    }
}

이 함수는 파일에서 모든 레코드를 읽어와 출력합니다. 파일의 끝까지 데이터를 읽은 후 출력할 수 있습니다.

수정 (Update)

수정은 기존 레코드를 찾아서 새로운 데이터로 덮어쓰는 과정입니다. 파일을 수정할 때는 기존 데이터를 삭제하거나 덮어쓰는 방식으로 접근할 수 있습니다. 파일을 수정하기 위해서는 데이터를 읽고, 필요한 부분을 업데이트한 후 다시 파일에 기록하는 방법을 사용할 수 있습니다.

void update_record(FILE *file, int id, struct Person *new_person) {
    struct Person person;
    long pos;
    while (fread(&person, sizeof(struct Person), 1, file) == 1) {
        if (person.id == id) {
            pos = ftell(file);  // 현재 위치 저장
            fseek(file, pos - sizeof(struct Person), SEEK_SET);  // 위치로 이동
            fwrite(new_person, sizeof(struct Person), 1, file);  // 덮어쓰기
            break;
        }
    }
}

위 코드는 id에 해당하는 레코드를 찾아서 수정하는 방법을 설명합니다.

삭제 (Delete)

삭제는 특정 레코드를 제거하는 연산입니다. 파일에서 레코드를 삭제하려면 일반적으로 새로운 임시 파일을 생성하고, 삭제할 항목을 제외한 나머지 데이터를 새 파일에 기록한 후 기존 파일을 대체하는 방식으로 구현합니다.

void delete_record(FILE *file, int id) {
    FILE *temp_file = fopen("temp.dat", "wb");
    struct Person person;

    while (fread(&person, sizeof(struct Person), 1, file) == 1) {
        if (person.id != id) {
            fwrite(&person, sizeof(struct Person), 1, temp_file);
        }
    }

    fclose(file);
    fclose(temp_file);
    remove("database.bin");  // 기존 파일 삭제
    rename("temp.dat", "database.bin");  // 새 파일로 교체
}

이 코드는 id에 해당하는 레코드를 삭제하고 나머지 데이터를 임시 파일에 기록하는 방식입니다. 삭제 후 기존 파일을 제거하고 새 파일로 교체합니다.

CRUD 연산 주의 사항

• 파일 열기와 닫기: CRUD 작업을 할 때 파일을 열고 닫는 작업은 매우 중요합니다. 파일을 열 때는 반드시 오류 처리를 하고, 작업이 끝난 후에는 fclose로 파일을 닫아야 합니다.
• 동기화: 데이터베이스에서 여러 프로세스가 동시에 작업을 진행할 경우, 동기화가 필요할 수 있습니다. 이 경우 잠금(locking) 기법을 도입해야 할 수 있습니다.
• 성능: 데이터가 많을수록 파일을 읽고 쓰는 성능이 중요한데, 바이너리 파일을 사용하면 성능을 최적화할 수 있습니다.

요약

본 기사에서는 C언어를 사용하여 간단한 데이터베이스를 구현하는 방법에 대해 설명했습니다. 스트림을 활용하여 파일을 열고, 데이터를 읽고 쓰는 기본적인 방법을 소개했습니다. 텍스트 파일과 바이너리 파일의 장단점을 비교하고, 각 파일 형식에 맞춰 데이터를 처리하는 방법을 살펴보았습니다.

또한, fwrite와 fread를 사용하여 구조체 데이터를 파일에 저장하고, 파일에서 데이터를 읽는 방법을 설명했습니다. 간단한 CRUD 연산(생성, 읽기, 수정, 삭제)을 파일 입출력을 통해 구현할 수 있음을 보여주었습니다.

스트림을 활용한 파일 입출력은 데이터베이스 시스템에서 중요한 역할을 하며, C언어의 기본적인 입출력 함수들을 이해하고 활용하면 효율적인 데이터 관리가 가능합니다.