[C++] [4] 포인터와 메모리

1. 메모리 주소(Memory address)

- 포인터를 알아가기 전에 데이터가 메모리에 저장되는 구조에 대해서 알아보자.

- 다음 예시는 각각 다른 데이터타입을 가진 변수를 선언한 코드이다.

#include <iostream>

int main(){
	char a = 'A';
    int b = '10';
    double c = '123.45';
}

 

- 해당 코드를 실행하면 메모리에서 다음과 같이 데이터가 저장이 된다. 

- 해당 프로그램이 동작할 땐, CPU가 주소를 통해 특정 메모리 공간에 접근하게 된다.

- 변수를 선언하게 되면 자료형의 크기에 맞게 공간이 확보가 되고, 해당 공간에 데이터를 기록한다.

- 데이터가 담기는 공간의 시작 메모리 주소는 실행할 때 마다 달라진다.

- 이러한 시작 메모리 주소는 데이터를 접근할 때 매우 중요한 역할을 한다. (찾게 해줌)

 

2. 포인터

2.1. 포인터?

- 포인터는 메모리 주소를 저장하는 변수를 의미한다.

- 일반적인 변수들관 다르게 변수명 앞에 '*'을 추가한다.

Datatype *Variable;

 

- 우리가 앞서 3개의 변수르 선언했던 코드에 포인터 변수를 선언하는 코드를 추가한 코드를 알아보자.

#include <iostream>

int main(){
	char a = 'A';
    int b = '10';
    double c = '123.45';

    char *pointer_a = &a;
    int *pointer_b = &b;
    double *pointer_c = &c;

    return 0;
}

 

- 포인터 변수를 선언할 때 Rvalue를 확인하면 &이 붙는걸 볼수 있는데,

- &는 피연산자의 주소를 익어오는 주소 연산자이다.

- 해당 코드를 실행하게 되면, a,b,c 각각 변수들의 시작 메모리 주소를 각각 *pointer_a,*pointer_b,*pointer_c에 저장하게 한다.

 

2.2. 포인터 변수의 크기

- 모든 포인터 변수의 크기는 같다. (8byte 공간을 차지한다.)

- 하지만 의문점이 하나가 있다. 왜 포인터 변수를 선언할 때 데이터 형식을 지정해야할까?

- 이에 대한 이유는 해당 포인터가 가리키는 데이터의 형식을 명시하기 위함이다.

 

2.3. 포인터변수를 통해 데이터 접근하는 법

- 우리는 앞서 포인터 변수를 통해 시작 메모리 주소를 저장하는 방법에 대해서 알아보았다.

- 이젠 그 시작 메모리 주소를 이용하여 데이터를 접근하는 방식에 대해 서술하고자 한다.

- 다음 코드를 살펴보자.

// Input
#include <iostream>

int main(){
	char a = 'A';
    int b = '10';
    double c = '123.45';

    char *pointer_a = &a;
    int *pointer_b = &b;
    double *pointer_c = &c;

    std::cout << '*pointer_a:' << *pointer_a << std::endl;
    std::cout << '*pointer_b:' << *pointer_b << std::endl;
    std::cout << '*pointer_c:' << *pointer_c << std::endl;

    return 0;
}

// Output

*pointer_a: A
*pointer_b: 10
*pointer_c: 123.45

 

- 다음가 같이 포인터 변수가 가리키는 데이터에 직접 접근할 수 있다는 것을 확인할 수 있다.

 

2.4. 다중 포인터

- 우리는 앞서 포인터는 메모리 주소를 저장하는 변수라고 정의하였다.

- 그렇다는건 포인터의 메모리 주소를 저장하는 포인터를 선언할 수 있을 것이다.

- 즉, Pointer to Pointer --> Multiple Point를 생각할 수 있다.

- 이를 코드를 통해 같이 알아 보자.

#include <iostream>

int main(){
	char a = 'A';
    
    char *pointer_a = &a;
    char **pointer_pointer_a = &pointer_a;
    
    return 0;
}

 

- pointer_pointer_a 를 통해 pointer_a를 알아낸다. 즉,변수 a의 메모리 주소를 알아낼 수 있고,

- 그 pointer_a를 통해 변수 a를 접근 할 수 있다.

 

2.5. 배열(Array)

- 배열은 변수가 여러 개 모인 것으로, 같은 자료형의 변수를 연속으로 늘어놓은 형태를 의미한다.

- 배열은 다음과 같이 선언이 가능하다.

Datatype Variable[size] = {value1, value2, ...}

 

- 파이썬과 마찬가지로 배열안에 있는 데이터에 접근할 때 인덱스를 사용할 수 있다. ex) Variable[4]

- Index는 0부터 시작한다.

 

- 포인터와 배열과의 관계는 두줄로 정리가 가능하다.

1. &array[0] == array + 0

2. &array[index] == array + index

 

3. 동적 메모리(Dynamic Memories)

- 배열의 크기가 고정되어 있으면, 크기보다 더 많은 원소가 필요할 땐 처리하기 힘들고,

- 크기보다 더 적은 원소가 필요할 땐 그만큼 메모리가 낭비가 된다.

- 그러면 배열의 크기를 고정시키는 것이 아니라 필요에 맞게 유동적으로 바꿀순 없을까?

3.1. new & delete

- 해당 의문을 해결하기 위해선 동적 메모리 할당을 사용하면 된다. 

- 동적 메모리 할당은 필요한 크기의 메모리를 운영체제에 요청하여 사용할 수 있는 방법이다.

- c++에선 new라는 키워드로 사용된다.

Datatype *Varaible = new Datatype;

 

- 만일 할당했던 동적 메모리가 필요가 없어지는 상황이 온다면 delete 키워드로 해제가 가능하다.

delete Variable

 

cf) 배열 형태의 동적 메모리 할당과 해제

Datatype *Variable = new Datatype[Size];
delete[] Variable;

 

3.2. 동적 할당 메모리 해제?

- 정적 배열이나 이러한 변수들은 스택(stack)이라는 메모리 영역에 할당됨

- 만약 크기가 초과된다면 바로 종료되어 버린다.

 

- 하지만 동적 배열은 힙(Heap)이라는 메모리 영역에 할당됨

- 이러한 힙은 해제하기 전까진 프로그램 종료까지 계속 유지된다. 

- 그렇기 때문에 해제하지 않는다면 메모리 누수가 누적되어버린다.