05. Selection Statements

05. Selection Statements

C에는 많은 연산자들이 있지만 구문은 상대적으로 적다. 우리는 return 구문과 표현식 구문에 대해 다뤄봤었다. 나머지 구문은 각각 어떤 영향을 주는지에 따라 세 가지로 분류할 수 있다.

• Selection statements.
  • if, switch 구문은 프로그램이 진행할 수 있는 여러 경로 (a particular execution part from a set of alternatives) 중 선택할 수 있게 해 준다.
• Iteration statements.
  • while, do, for 구문은 반복 행동(iteration)을 도와준다.
• Jump statements.
  • return, break, continue, goto 구문은 프로그램의 특정 위치로 절대적인 이동(unconditional jump)을 하게 해 준다.

몇 가지 다른 구문도 있는데, 여러 구문들을 하나의 구문로 만들어 주는 compound statements와 아무것도 하지 않는 null statements이다.

선택문에 대해 알아보기 전에 선택문의 조건으로 사용될 논리 표현식에 대해 알아볼 것이다.

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01. Logical Expressions

프로그래밍을 하다 보면 종종 if문을 포함한 여러 가지 구문에서 변수의 값이 조건에 맞는지 아닌지 확인할 일이 생긴다. 예를 들어 if 구문에서 i < j를 테스트하고 참이라면 i는 j보다 작다는 걸 의미하고 그에 따른 행동을 할 수 있다. 많은 프로그래밍 언어에서 i < j와 같은 표현식은 Boolean형식 또는 logical 형식 같은 _false_ 와 _true_만 저장할 수 있는 형식을 사용하지만, C에서는 _false_면 0이고, _true_면 1인 int형 값을 만들어낸다. 이 내용을 기억하면서 논리 표현식을 만드는 연산자에 대해 알아보자.

Relational Operators

Symbol	Meaning
<	less than
>	greater than
<=	less than or equal to
>=	greater than or equal to

위 표의 관계 연산자(relational operators)는 참이면 1을 거짓이면 0을 표현하는 표현식을 만든다. 예를 들어 10 < 11은 1이고 11 < 10은 0이다. 관계 연산자는 자료형에 관계없이 사용할 수 있고 따라서 실수와 정수 자료형의 비교가 가능하다.

printf("4 < 4.2 = %d\n", 4 < 4.2);    /* print "4 < 4.2 = 1" */
printf("4.2 < 2 = %d\n", 4.2 < 2);    /* print "4.2 < 2 = 0" */

또한 관계 연산자의 우선순위는 계산 연산자의 우선순위보다 낮고 left associative 속성을 갖고 있다. 따라서 i + j < k - 1은 (i + j) < (k - 1)과 같다. 또한 i < j < k같은 표현도 허용은 되지만 생각과는 다르게 작동한다. <가 left associative 속성을 갖고 있으므로 (i < j) < k이고 i < j가 0 또는 1의 값을 반환하므로 그 값과 k를 비교하게 된다. 따라서 j가 i와 k 사이의 값이라는 표현을 하고 싶다면 다음과 같이 하는 게 바람직하다.

i < j && j < k

Equality Operators

Symbol	Meaning
==	equal to
!=	not equal to

관계 연산자처럼 동등 연산자도 left associative이고 참이면 1 거짓이면 0을 결과로 만들어낸다. 그러나 동등 연산자는 관계 연산자보다 낮은 우선순위를 갖고 있어서 i < j == j < k는 (i < j) == (j < k)로 해석된다. 앞의 표현식은 i < j < k이거나 i > j > k면 참이고 아니면 거짓이다.

영리한 프로그래머들은 관계 연산자와 동등 연산자가 정수를 만들어낸다는 사실을 활용하기도 한다. 예를 들어 (i >= j) + (i == j)는 i가 j보다 작은지, 큰지, 같은지에 따라 0, 1, 2를 반환한다. 하지만 이런 창의적인 코딩(tricky coding)은 이해하기 어렵게 만들어서 별로 좋은 생각은 아니다.

Logical Operators

Symbol	Meaning
!	logical negation
&&	logical and
`

논리 연산자를 이용하면 더 복잡한 논리 표현식을 만들 수 있다. ! 연산자는 unary 연산자고 &&연산자와 ||연산자는 binary 연산자다. 논리 연산자도 결과로 0과 1을 만들어낸다.

논리 연산자의 피연산자는 0 또는 1이 오는데 필수적인 건 아니다. 논리 연산자는 0이 아닌 값을 참으로, 0을 거짓으로 처리한다.

! 연산자는 피연산자가 0이면 1의 값을 갖는다. && 연산자는 피연산자 둘이 0이 아닌 값이면 1의 값을 갖는다. || 연산자는 피연산자 둘 중 하나가 0이 아닌 값이거나 둘 다 0이 아닌 값이면 1의 값을 갖는다. 다른 경우에는 모두 0을 반환한다.

&& 연산자와 || 연산자는 피연산자에 대해 "short-circuit" 평가를 수행하는데, 연산자가 왼쪽 피연산자를 연산한 후 오른쪽 피연산자를 연산한다는 뜻이다.

(i != 0) && (j / i > 0)

위 표현식의 값을 연산하기 위해 우린 먼저 i != 0을 연산한다. 그 후 i가 0이 아니라면 j / i > 0을 연산하게 된다. 그러나 i가 0이라면 위 표현식은 무조건 0이므로 더 이상의 연산은 필요가 없게 된다. "short-circuit"의 장점은 확실함에 있다. "short-circuit" 규칙이 있어서 위 표현식은 0으로 나누는 연산을 하지 않는다.

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side effect가 있는 표현식을 논리 표현식에 사용할 때는 항상 주의해야 한다. short-circuit 현상 때문에 피연산자의 side effect는 항상 발생하는 것이 아니다.

i > 0 && ++j > 0

위 표현식에서 j는 항상 증가되는 게 아니다. 만약 i가 0보다 작거나 같다면 표현식 ++j > 0은 연산되지 않고 따라서 표현식의 side effect인 j = j + 1은 발생하지 않는다. 위 표현식을 연산할 때마다 j가 증가되게 하려면 피연산자의 순서를 바꿔 ++j > 0 && i > 0으로 표현하거나 더 좋은 방법은 j의 증가를 독립적으로 표현하는 것이다.

!의 우선순위는 unary plus, unary minus와 같고 &&과 ||는 관계 연산자와 동등 연산자보다 낮다. 따라서 i < j && k == m은 (i < j) && (k == m)과 같다. ! 연산자는 right associative고 &&, ||는 left associative다.

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02. The if Statement

if문은 표현식의 값에 따라 두 프로그램 진행 선택지 중 선택할 수 있는 구문이다. if는 다음 형식을 갖는다.

if ( expression ) stetement

표현식을 괄호로 감싸야한다는 것에 주의해라. 괄호는 표현식이 아니라 if문의 일부다. 그리고 몇몇 언어와는 다르게 괄호 뒤에 then도 오지 않는다.

if문이 실행되면, 괄호 안의 표현식이 연산되고 표현식이 참이라면 (0이 아닌 값이라면) 괄호 뒤 구문가 실행된다. 아래는 그 예시다.

if (line_num == MAX_LINES)
    line_num = 0;

구문인 line_num=0은 line_num == MAX_LINES가 참일 때 동작한다.

Compound Statements

if문 형식에서 구문은 복수가 아닌 단수다. 하지만 만약 복수의 구문을 사용하려면 어떻게 해야 할까? compound statements가 그 답이 될 수 있다. 복합 연산자는 다음 형식을 갖고 있다.

{ statements }

중괄호로 구문을 두르면 컴파일러에게 하나의 구문인 것처럼 해석하게 만들 수 있다.

if (line_num < MAX_LINES)
{
    line_num += 1;
    page_num += 1;
}

The else Clause

if문은 else를 가질 수 있다. else 다음의 구문은 if문의 표현식이 0이면 실행된다.

if ( expression ) statement else statement

if문에 else가 사용되면, else가 어디에 배치되어야 하는지에 대한 레이아웃 이슈가 생긴다. 많은 C 프로그래머들은 else를 if과 같이 정렬시킨다. 그 안의 구문은 보통 들여 쓰기가 된다.

if (i > j)
    max = i;
else
    max = j;

하지만 구문가 아주 짧다면 if, else와 같은 줄에 쓰기도 한다.

if (i > j)    max = i;
else        max = j;

if문 안에 어떤 구문가 오든지 제한은 없고, 종종 if문 안에 다시 if문이 오기도 한다. 다음은 i, j, k 중 가장 큰 값을 max에 저장하는 프로그램이다.

if (i > j)
    if (i > k)
        max = i;
    else
        max = k;
else
    if (j > k)
        max = j;
    else
        max = k;

if문은 몇 개든지 중첩될 수 있다. 그때 else를 if와 정렬시키는 게 보기 더 편할 것이다. 하지만 여전히 보기 어렵고 헷갈린다면 중괄호를 치는 걸 주저하면 안 된다.

if (i > j)
{
    if (i > k)
        max = i;
    else
        max = k;
}
else
{
    if (j > k)
        max = j;
    else
        max = k;
}

필요하지 않아도 중괄호를 치는 건 표현식에서 필요하지 않은 괄호를 치는 것과 같다. 프로그램을 읽기 쉽게 해 주고 우리 생각과 다른 컴파일러의 해석을 피할 수 있다. 몇몇 프로그래머들은 if문에서 가능한 많은 중괄호를 사용한다. 모든 if문과 else에 중괄호를 사용하는 프로그래머는 다음과 같이 작성한다.

if (i > j)
{
    if (i > k)
    {
        max = i;
    }
    else
    {
        max = k;
    }
}
else
{
    if (j > k)
    {
        max = j;
    }
    else
    {
        max = k;
    }
}

이런 형식은 두 가지 장점이 있다. 첫째, if와 else에 구문을 추가할 때 중괄호를 만들 필요가 없으므로 수정하기 편하다. 둘째, 중괄호를 사용하지 않아서 발생하는 오류들을 예방할 수 있다.

Cascaded if Statements

프로그래밍을 하다 보면 종종 여러 묶음의 조건을 체크하고 가장 먼저 참인 조건에서 멈춰야 하는 경우가 있다. 이때 중첩되는 (cascaded) if문이 이런 조건을 체크하기 가장 좋은 방법이 될 수도 있다. 다음 예제는 n이 0보다 큰지 0과 같은지 0보다 작은지 확인한다.

if (n < 0)
    printf("n is less than 0\n");
else
    if (n == 0)
        printf("n is equal to 0\n");
    else
        printf("n is greater than 0\n");

두 번째 if문은 첫 번째 구문의 안에 있지만 C 프로그래머들은 보통 두 번째 if문을 들여 쓰기 하지 않는다. 대신 각각의 원래 if문의 else와 같은 줄에 정렬한다.

if (n < 0)
    printf("n is less than 0\n");
else if (n == 0)
    printf("n is equal to 0\n");
else
    printf("n is greater than 0\n");

이런 배열은 중첩되는 if문을 다음과 같이 표현할 수 있다.

if (expression)
    statement
else if (expression)
    statement
...
else if (expression)
    statement
else
    statement

마지막 else는 당연히 없어도 된다. 이런 형식은 테스트 경우의 수가 많을 때 발생하는 문제를 피할 수 있다. 게다가 읽는 사람이 더 쉽게 이해할 수 있기도 하다. 중첩되는 if문을 특별한 것이라고 생각하지 말고 평범한 if문의 else 안에 들어있는 if라고 생각하자.

Program: Calculating a Broker's Commission

중개인을 통해 주식을 매각하거나 매입할 때 중개수수료는 거래된 주식의 가격에 따라 달라지는 기준을 사용하여 계산하는 경우가 많다. 중개상이 다음 표에 따라 중개수수료를 받는다고 하자.

Transaction size	Commission rate
~ $2,500	$30 + 1.7%
$2,500 ~ $6,250	$56 + 0.66%
$6,250 ~ $20,000	$76 + 0.34%
$20,000 ~ $50,000	$100 + 0.22%
$50,000 ~ $500,000	$155 + 0.11%
$500,000 ~	$255 + 0.09%

최소 수수료는 39달러라고 하자. 우리는 거래되는 주식의 가격을 입력받으면 수수료를 출력하는 프로그램을 작성할 것이다.

Enter value of trade:30000
Commission: $166.00

프로그램의 핵심은 중첩된 if문을 사용해 수수료 비율을 구하는 것이다.

/* Calculates a broker's commission */

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    float    commission, value;

    printf("Enter value of trade: ");
    scanf("%f", &value);

    if (value < 2500.00f)
        commission = 30.00f + 0.01f * 1.7f * value;
    else if (value < 6250.00f)
        commission = 56.00f + 0.01f * 0.66f * value;
    else if (value < 20000.00f)
        commission = 76.00f + 0.01f * 0.34f * value;
    else if (value < 50000.00f)
        commission = 100.00f + 0.01f * 0.22f * value;
    else if (value < 500000.00f)
        commission = 155.00f + 0.01f * 0.11f * value;
    else
        commission = 255.00f + 0.01f * 0.09f * value;

    if (commission < 39.00f)
        commission = 39.00f;
    printf("Commission: $%.2f\n", commission);

    return (0);
}

The "Dangling else" Problem

if문이 중첩될 때, 우리는 악명 높은 "dangling else"문제를 마주칠 수 있다. 다음을 고려해보자.

if (y != 0)
    if (x != 0)
        result = x / y;
else
    printf("Error: y is equal to 0\n");

마지막 else는 어떤 if에 달릴까? 들여 쓰기는 바깥쪽 if에 달린다고 말하지만 C는 else와 묶이지 않은 가장 가까운 if와 묶이기 때문에 안쪽 if와 묶이게 된다. 따라서 들여 쓰기를 다음과 같이 바꿔야 한다.

if (y != 0)
    if (x != 0)
        result = x / y;
    else
        printf("Error: y is equal to 0\n");

바깥쪽 if와 묶으려면 다음과 같이 중괄호로 묶어야 한다.

if (y != 0)
{
    if (x != 0)
        result = x / y;
}
else
    printf("Error: y is equal to 0\n");

Conditional Expressions

C는 두 구문 중 한 구문을 실행할 수 있는 if문을 제공한다. C는 또한 조건에 따라 두 값 중 한 값을 만드는 표현식을 만들 수 있는 연산자를 제공한다.

conditional operator은 ?과 :을 다음과 같이 사용하여 쓸 수 있다.

expr1 ? expr2 : expr3

expr1, expr2, expr3는 아무 형식의 표현식이 올 수 있다. 이 표현식은 conditional operator이라고 불리지만 C의 연산자 중 유일하게 피연산자를 3개 받으므로 삼항 연산자라고 불리기도 한다.

삼항 표현식 expr1 ? expr2 : expr3은 "만약 expr1이 참이라면 expr2이고 아니면 expr3이다."으로 해석된다. 연산되는 순서는 expr1이 먼저 연산되고 참이면 expr2 아니면 expr3가 연산된다. 삼항 연산자의 우선순위는 대입 연산자를 제외하면 모든 연산자 중 가장 낮다.

삼항 표현식은 프로그램을 짧게 만들지만 이해하기 어렵게 만든다. 그래서 피하는 게 가장 좋지만, 시도하면 좋은 상황이 종종 있다. 그중 하나는 return문이다.

if (i > j)
    return i;
else
    return j;

위와 같이 쓰는 것보단 다음과 같이 쓰는 게 좋다.

return i > j ? i : j;

printf에서도 비슷하게 사용할 수 있다.

if (i > j)
    printf("%d\n", i)
else
    printf("%d\n", j);

printf("%d\n", i > j ? i : j)

Boolean Values in C89

지난 수년간 C는 Boolean 형식을 지원하지 않았고 C89 표준에도 정의되어있지 않았다. 참 또는 거짓을 저장해야 하는 경우가 많은 상황에 Boolean 형식 지원의 부재는 프로그래밍을 살짝 귀찮게 만들었다. Boolean 형식을 지원하지 않으므로 프로그래머들은 int형 변수에 0과 1을 넣어 사용했다.

int flag;

flag = 0;
...
flag = 1;

이런 방식은 잘 작동하지만, 프로그램을 읽기 어렵게 만들었다. int형 변수에 값을 대입하므로 Boolean 자료형인지 아닌지 알기 어려웠고 0과 1이 참, 거짓 중 무엇을 나타내는지도 명확히 읽히지 않는다.

프로그램을 더 이해하기 쉽게 만들기 위해 C 프로그래머들은 종종 다음과 같이 매크로를 정의하기도 했다.

#define BOOL int
#define TRUE 1
#define FALSE 0

그러면 더 자연스럽게 읽을 수 있는 프로그램이 된다.

BOOL flag;

flag = FALSE;
...
flag = TRUE;

flag가 참인지를 테스트하기 위해 다음과 같이 작성할 수 있다.

if (flag == TRUE)

다음과 같이 작성할 수도 있다.

if (flag)

아래의 방법이 더 좋은데, 같은 의미로 작동하면서 더 간결하기 때문이다. flag가 거짓인지를 테스트하기 위해 다음과 같이 작성할 수 있다.

if (flag == FALSE)

이것도 마찬가지로 다음과 같이 작성할 수도 있다.

if (!flag)

Boolean Values in C99

C는 C99부터 Boolean 형식을 _Bool을 제공함으로써 지원하기 시작했다. 이 표준에서는 Boolean 형식 변수를 다음과 같이 선언한다.

_Bool flag;

_Bool은 int형 변수(정확히 unsigned int형)고 단지 겉모습만 바꾼 것에 불과하다. 하지만 다른 정수형 변수와는 다르게 _Bool에는 0과 1밖에 저장하지 못했다. 0이 아닌 값을 대입하면 모두 1로 변환해 저장한다.

flag = -42;    /* flag is assigned 1 */
if (flag)
    ...

추가로 C99는 새로운 해더 파일인 stdbool.h을 제공한다. stdbool.h는 Boolean 형식 값을 더 편하게 사용할 수 있게 해 준다. _Bool을 bool로 사용할 수 있게 매크로 정의를 하고 1, 0을 true, false로 정의하기도 했다.

bool flag;

flag = true;
...
flag = false;

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03. The switch Statement

프로그래밍을 하다 보면 표현식을 한 시리즈에 맞춰야 하는 일이 종종 있다. Section 5.2 에서는 중첩 if문을 사용했는데, 다음은 중첩 if문을 사용해 등급에 따른 문자열을 영어로 출력하는 프로그램이다.

if (grade == 4)
    printf("Excellent");
else if (grade == 3)
    printf("Good");
else if (grade == 2)
    printf("Average");
else if (grade == 1)
    printf("Poor");
else if (grade == 0)
    printf("Failing");
else
    printf("Illegal grade");

이런 중첩 if문의 대안으로 C에서는 switch문을 제공한다. 다음은 중첩 if문을 switch문으로 표현한 것이다.

switch (grade)
{
    case 4:    printf("Excellent");
            break;
    case 3:    printf("Good");
            break;
    case 2: printf("Average");
            break;
    case 1:    printf("Poor");
            break;
    case 0:    printf("Failing");
            break;
    default:printf("Illegal grade");
            break;
}

이 구문이 실행되면 grade가 4, 3, 2, 1, 0인지 비교한다. 예를 들어 만약 4라면 Excellent 를 출력하고 break구문을 따라 switch문을 종료한다. 만약 grade가 아무것도 일치하지 않는다면 Illegal grade를 출력하고 종료한다.

보통 switch는 중첩 if문 보다 읽기 편하다. 게다가 특히 다뤄야 할 case가 많은 경우에 switch는 중첩 if문보다 빠르다. 대부분 switch는 다음과 같은 형식을 갖고 있다.

switch (expression)
{
    case constant-expression : statements
    ...
    case constant-expression : statements
    default : statements
}

switch문이 조금 복잡하지만 하나하나 살펴보자.

• Controlling expression.
  • switch 다음에 나오는 표현식은 정수형 표현식만 올 수 있다.
  • 문자는 정수로 처리돼서 사용할 수 있지만, 실수나 문자열은 올 수 없다.
• Case labels.
  • 각 case는 다음과 같은 형식의 label을 통해 시작한다.
  • case constant-expression :
  • constant-expression은 보통의 표현식과 비슷하지만 변수나 함수를 포함할 수 없다. 예를 들어 4, 4 + 2는 허용되지만 n + 10은 허용되지 않는다.
  • case labels에 속한 상수 표현식은 정수만 허용된다.
• Statements.
  • case label 뒤에는 몇 줄의 구문이 와도 상관없다.
  • 중괄호로 구문을 감쌀 필요도 없다.
  • 구문의 마지막은 보통 break문으로 마무리한다.

중복되는 case는 허용되지 않는다. 그리고 case의 순서는 상관없기 때문에 default문이 가장 뒤에 올 필요도 없다.

case 뒤에는 하나의 상수 표현식만 올 수 있지만 여러 case는 같은 구문을 공유할 수 있다.

switch (grade)
{
    case 4:
    case 3:
    case 2:
    case 1:    printf("Passing");
            break;
    case 0:    printf("Failing");
            break;
    default:printf("Illegal grade");
            break;
}

안타깝게도 switch문에서는 값의 범위를 지정할 수는 없다.

default case는 switch문에 꼭 필요한 것은 아니다. switch문에 default가 없고 어떤 case와도 값이 맞지 않는다면 control은 간단하게 switch 다음 구문을 실행한다.

The Role of the break Statement

지금까지 break문은 프로그램이 switch문을 벗어나서 switch 다음의 구문을 실행할 수 있게 해 준다. 우리가 break문을 사용하는 이유는 switch문이 점프 연산(computed jump) 집합이라는 것이다. 컨트롤 표현식이 실행될 때 control은 switch문의 case label로 점프한다. case label은 switch문에서 위치를 표시해주는 것 이상의 의미를 갖지 않는다. 한 case의 마지막 구문이 실행돼 고난 뒤 control은 case label을 무시하며 다음 case의 첫 번째 구문으로 진행(falls through)한다. break문이 없다면 control은 다음 case로 계속 진행해나간다. 다음 switch문을 고려해보자.

switch (grade)
{
    case 4:    printf("Excellent");
    case 3:    printf("Good");
    case 2: printf("Average");
    case 1:    printf("Poor");
    case 0:    printf("Failing");
    default:printf("Illegal grade");
}

만약 grade가 3이라면 출력되는 문자열은 다음과 같다.

GoodAveragePoorFailingIllegal grade

의도적으로 다음 case로 흘려보내는 것은 흔치 않지만 그래야 한다면 break 대신 다음과 같이 주석을 다는 것이 좋다.

switch (grade)
{
    case 4: case 3: case 2: case 1:
            num_passing++;
            /* FALL THROUGH */
    case 0:    total_grades++;
            break;
}

주석을 남기지 않는다면 다음에 누군가 코드를 검토하면서 오류라고 생각하고 break를 추가할 수 있다.

또한 마지막 case의 break는 없어도 되지만, 코드를 수정할 때 break를 쓰지 않는 일을 방지하기 위해 보통 많이 추가한다.

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Program: Printing a Date in Legal Form

법적인 문서에는 보통 다음과 같은 날짜 표기를 한다.

Dated this XX day of X, 20XX.

날짜를 입력받아 위와 같은 형식으로 출력하는 프로그램을 만들어보자. 프로그램은 다음의 형식으로 동작한다.

Enter date (mm/dd/yy):4/2/42
Dated this 2rd day of April, 2042

형식 입출력 함수인 printf와 scanf로 이 프로그램을 작성할 수 있지만 두 가지 문제가 있다. 우선 어떻게 "st", "nd", "rd", "th"를 구분할지, 그리고 어떻게 월을 문자열로 출력할지에 대한 문제다. 다행히도 switch문을 이용한다면 두 문제를 적절하게 해결할 수 있다.

/* Prints a date in legal form */

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int month, day, year;

    printf("Enter date (mm/dd/yy):");
    scanf("%d /%d /%d", &month, &day, &year);

    printf("Dated this %d", day);
    switch(day)
    {
        case 1: case 21: case 31:    printf("st");    break;
        case 2: case 22:            printf("nd");    break;
        case 3: case 23:            printf("rd");    break;
        default:                    printf("th");    break;
    }
    printf(" day of ");

    switch (month)
    {
        case 1:        printf("January");        break;
        case 2:        printf("February");        break;
        case 3:        printf("March");        break;
        case 4:        printf("April");        break;
        case 5:        printf("May");            break;
        case 6:        printf("June");            break;
        case 7:        printf("July");            break;
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