[C언어] Memory Allocation (malloc)에 관해서

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게시물ID : programmer_13292

작성자 : Haskell

추천 : 11

IP : 119.67.***.161

댓글 : 23개

등록시간 : 2015/09/14 23:42:54

http://todayhumor.com/?programmer_13292

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[C언어] Memory Allocation (malloc)에 관해서

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틀린 내용이 있을 수도 있으니, 자세한 내용은 더 검색해보시길 바랍니다...ㅎㅎ (그리고 덧글로 틀린부분 태클 걸어주시면 겸허히 고치겠습니다.) <div>오유 가입하고 처음 적는 글이 팁이네요... @_@ (이런 진지한 글 오유랑 안어울리는거 같아요... ;ㅁ;)</div> <div> <h3>들어가며...</h3> <hr><div><div>C언어를 공부하는 과정에서 배열을 배우시고 나면 이런 질문을 던지시게 됩니다. </div> <div>대표적으로 "배열의 크기를 입력받아 할당하는 방법은 없을까?" 이런 질문 말이죠...ㅎㅎ</div> <div> <div>일단 질문에 대한 답으로 다음과 같은 코드를 작성할 수 있습니다. (꽤 의미깊은 코드임)</div> <div><blockquote style="border:1px solid rgb(222,223,223);background-color:#f7f7f7;padding:5px 10px;"> #include <stdio.h> #include <string.h> int main(int argc, const char * argv[]) { int i = 0; unsigned long arr_size = 0; printf("생성할 배열의 크기를 입력해주세요: "); scanf("%lu", &arr_size); int arr[arr_size]; memset(arr, 0, arr_size); printf("\n"); for(int i = 0; i < arr_size; i++) { printf("배열에 추가할 %d번째 숫자 입력: ", i); scanf("%d", &arr[i]); } for(i = 0; i < arr_size; i++) { printf("배열에 추가할 %d번째 숫자: %d\n", i, arr[i]); } return 0; }</blockquote></div> <div>일단 어떤 목적으로 작성한 코드인지 간단히 설명해드리자면 아래와 같습니다.</div> <div> <ol><li>배열의 크기를 사용자로 부터 입력받아 arr_size에 저장</li> <li>arr 배열을 1번에서 입력받은 arr_size로 초기화</li> <li>memset을 사용하여 배열의 모든 값을 0으로 초기화</li> <li>배열에 사용자가 입력한 정수 데이터를 저장 (첫번째 for loop)</li> <li>배열에 저장된 데이터를 화면에 출력 (두번째 for loop)</li></ol></div> <div>저 코드가 약간 논란이 될 수도 있는데요, 그 이유는 컴파일러에 따라 컴파일이 될 수도 있고, 안될 수도 있기 때문입니다.</div> <div>조금더 상세히 말씀드리자면, C99 Standard를 지원하는 컴파일러는 위의 코드가 컴파일이 잘 됩니다만, C99 Standard를 아직 지원하지 않는 컴파일러는 2번과 4번에서 오류가 날거에요.</div> <div> </div> <div>2번은 Variable Length Arrays (줄여서 VLA) 라고 가변길이배열인데, 원래는 입력 받은 크기를 malloc 이라는 Memory Allocation 함수를 사용하여 크기만큼 메모리를 가변적으로 할당하여야 했습니다만 이젠 컴파일러가 해줍니다.</div> <div>4번은 타 언어처럼 For 루프 선언 부분에서도 저렇게 변수를 선언할 수 있게 되었습니다. (원래는 위에 i 선언해두고 시작했어야했죠...ㅎㅎ)</div> <div> </div> <div>뭐 C99 이후부터 C++과 비슷하게 저런 것들이 가능하니 저거 컴파일 되신다면 사실 이문서 읽지 마시고 저거 쓰시면 됩니다. (끝)</div> <div><strike>근데 교수님들이 저런거 안좋아하시고 또 잘 모르십니다... (보통 80년대 중반에 대학다니셨던 분들이셔서...)</strike></div> <div> </div> <div>일단 위의 코드는 그냥 요즘 C는 이런게 된다~ 이런걸 보여드리려고 작성해둔 것이고요ㅎㅎ</div> <div>여기에서는 일단 C99의 신기술(?)을 사용하지 않고 구현하는 방법에 대해 알아보도록 하겠습니다.</div> <div> </div> <div> <h3>일단 배열이 뭐시당가?</h3> <div> <hr></div> <div>배열은 간단히 말해서 연속된 자료형이라 할 수 있고, 내부의 처리 루틴을 기반으로 말하자면 메모리의 연속이라고 말할 수 있습니다.</div> <div>아니 그게 무슨소리요? 하실건데요, 아래 소스코드를 한번 컴파일하여 실행해보시죠..ㅎㅎ</div> <div><blockquote style="border:1px solid rgb(222,223,223);background-color:#f7f7f7;padding:5px 10px;"> #include <stdio.h> int main(int argc, const char * argv[]) { int b[5] = {0, 1, 2, 3, 4}; int i = 0; printf("b = %p = %d\n", b, *b); for(i = 0; i < 5; i++) { printf("b[%d] = %p = %d\n", i, &b[i], b[i]); } printf("\n"); for(i = 0; i < 5; i++) { printf("b[%d] = %p = %d\n", i, b+i, *b+i); } return 0; }</blockquote></div> <div>첫번째 루프는 기존 알고있었던 배열의 접근 방식으로 접근을 한 것이고, 두번째 루프는 배열을 포인터 계산을 통해 접근하는 방법입니다.</div> <div>일단 b[0]과 b는 값부터 주소까지 똑같이 나올 것입니다. 그리고 루프 2개의 출력 값 또한 동일할거에요.</div> <div> </div> <div>여기서 유의깊게 봐야하는 코드는 바로 두번째 for 루프입니다.</div> <div>요상하게도 포인터로도 배열의 값에 접근이 가능합니다. 그 이유는 바로 정수형 배열로 선언되어 있는 b가 사실은 포인터 변수이기 때문입니다.</div> <div>즉, b는 더도말고 덜도말고 그저 배열의 시작주소를 가리키고 있는 포인터 변수입니다. (아마 책에서 읽으셨을거에요. b 자체는 배열의 시작주소를 가리키고 있다고 말이죠)</div> <div>따라서 내부에서는 "int b[5]"라고 선언하는 순간 b에는 int의 크기에다가 배열의 크기(5)를 곱한 만큼의 공간이 비어있는 어느 메모리 공간의 시작주소가 저장되는 것입니다.</div> <div>그러므로 위의 코드에서는 "int b[5]"같은 경우에는 연속해서 20바이트의 공간이 비어있는 메모리 공간의 시작주소가 b에 저장된다고 볼 수 있겠습니다.</div> <div>정리해보자면 배열은 내부적으로는 두번째 루프에서와 같이 포인터로 접근 하는 것인데, 사람이 알아보기 어려우니 보기좋게 하기 위해서 b[0]과 같은 방법으로 접근할 수 있게 해둔 것이죠. (이를 Syntactic Sugaring, '달콤한 문법' 이라고 합니다) </div> <div> </div> <div>뭔가 약간의 감이 오지 않습니까?ㅎㅎ</div></div> <div> </div> <h3>그렇다면 동적할당을 어떻게 구현할 수 있을까?</h3> <div> <hr>이제 동적할당을 어떻게 구현 할 수 있을지 고민해봅시다. (저는 컴퓨터에서 문제 해결에서 방법만이 아닌 원리 또한 알아야된다 생각해서요....ㅋㅋㅋ)</div> <div>아래의 간단한 코드를 32비트 머신에서 최적화 없이 컴파일하여 실행한다고 가정해보도록 하겠습니다.</div> <div><blockquote style="border:1px solid rgb(222,223,223);background-color:#f7f7f7;padding:5px 10px;"> #include <stdio.h> int main(int argc, const char * argv[]) { int a; return 0; }</blockquote>위의 코드를 실행하면 4바이트의 정수형 변수 a가 메모리의 어느 부분에 생성이 될겁니다. 그림으로 그리자면 메모리에 다음과 같이 위치하고 있을거에요. (가정)</div> <div> </div> <div> <table border="1" width="60%" align="center" cellpadding="3" cellspacing="0" style="border-style:solid;border-collapse:collapse;"><tbody><tr><td style="text-align:center;">001</td> <td style="text-align:center;">005</td> <td style="text-align:center;">009 </td> <td style="text-align:center;"> 013</td> <td style="text-align:center;">017 </td> <td style="text-align:center;">021 </td> <td style="text-align:center;">025 </td> <td style="text-align:center;">029 </td></tr><tr><td style="text-align:center;"> a</td> <td style="text-align:center;"> </td> <td style="text-align:center;"> </td> <td style="text-align:center;"> </td> <td style="text-align:center;"> </td> <td style="text-align:center;"></td> <td style="text-align:center;"> </td> <td style="text-align:center;"> </td></tr></tbody></table></div> <div> </div> <div>이제 여기다가 정수가 5개정도 들어가는 정수형 배열을 추가적으로 선언하고 싶어요. 일단 정적배열로 선언 해본다면,</div> <div><blockquote style="border:1px solid rgb(222,223,223);background-color:#f7f7f7;padding:5px 10px;"> #include <stdio.h> int main(int argc, const char * argv[]) { int a; int b[5]; return 0; }</blockquote>그렇다면 코드가 위와같이 될 것이고, 메모리에 다음과 같이 위치하게 될 것입니다. (가정)</div> <div> </div> <div> <table border="1" width="60%" align="center" cellpadding="3" cellspacing="0" style="border-style:solid;border-collapse:collapse;"><tbody><tr><td style="text-align:center;">001</td> <td style="text-align:center;">005</td> <td style="text-align:center;">009 </td> <td style="text-align:center;"> 013</td> <td style="text-align:center;">017 </td> <td style="text-align:center;">021 </td> <td style="text-align:center;">025 </td> <td style="text-align:center;">029 </td></tr><tr><td style="text-align:center;"> a</td> <td style="text-align:center;"> b [0]</td> <td style="text-align:center;">b[1]</td> <td style="text-align:center;">b[2]</td> <td style="text-align:center;">b[3] </td> <td style="text-align:center;">b[4] </td> <td style="text-align:center;">b[5] </td> <td style="text-align:center;"> </td></tr></tbody></table> </div> <div>이말은 즉, 정적 배열 선언시 005에서 부터 4바이트씩 025까지 크기가 20바이트 만큼의 공간을 가진 배열 b가 선언되게 됩니다. 그리고 b에는 그 20바이트의 시작주소가 들어가게 되는 것이죠.</div> <div>그렇다면 동적 선언도 저렇게 해버리면 되지 않을까요? 정리해서, 자료형의 크기에서 데이터 개수 만큼의 메모리 공간을 할당받고, 그 시작주소를 변수에 저장하면 되지 않을까요?</div> <div>네 그렇게 하면 됩니다. (원리가 그거에요) 의외로 간단하쥬?</div> <div> </div> <h3>메모리 동적 할당 함수 : malloc</h3> <hr>서론이 조금 길었던 것 같은데요, 이걸 어떻게 할 수 있을까요? "malloc" 이라는 함수를 알아보도록 하죠.</div> <div> </div> <div>malloc는 이름을 보면 알 수 있듯이 Memory Allocation 의 준말로 메모리 할당에 관여하는 함수입니다. stdlib.h 라는 헤더 파일에 선언되어 있으므로 사용시에는 stdlib.h를 include 해주셔야 합니다.</div> <div>stdlib.h 내 선언되어있는 malloc의 함수명세는 다음과 같습니다.</div> <div><blockquote style="border:1px solid rgb(222,223,223);background-color:#f7f7f7;padding:5px 10px;"> void *malloc(size_t);</blockquote></div> <div>void이지만(자료형이 정해져있지 않기 때문에) 실제로는 size_t 만큼의 공간을 할당하여 그 시작주소를 반환하는 함수입니다. size_t는 간단하게 바이트 크기라고 생각하시면 됩니다.</div> <div> </div> <div>예를들어 정수형 자료 6개가 들어갈 수 있는 공간을 할당해본다고 해봅시다. 코드를 한줄 한줄 작성해나가 BOA요~</div> <div> <ol><li>먼저 include 부분과 main 함수를 작성합시다.<blockquote style="border:1px solid rgb(222,223,223);background-color:#f7f7f7;padding:5px 10px;"> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main(int argc, const char * argv[]) { return 0; }</blockquote></li> <li>그리고 정수형 자료 6개가 들어있는 공간의 시작주소를 가리켜야 할 포인터 변수 "p"를 하나 선언해봅시다. (p는 포인터 변수이니 스타가 붙어야겠죠?)<blockquote style="border:1px solid rgb(222,223,223);background-color:#f7f7f7;padding:5px 10px;"> int main(int argc, const char * argv[]) { int* p; return 0; }</blockquote></li> <li>그리고 정수형 자료의 크기를 가진 정수형 변수 "size_int"를 하나 선언해봅시다. ( sizeof 함수 다들 아시죠?)<blockquote style="border:1px solid rgb(222,223,223);background-color:#f7f7f7;padding:5px 10px;"> int main(int argc, const char * argv[]) { int *p; // sizeof(변수 또는 자료형)은 인자로 받은 변수 또는 자료형의 크기를 반환하는 함수입니다. // 여기서는 정수의 크기 (int)가 필요하므로, sizeof(int)가 되겠죠? int size_int = sizeof(int); return 0; }</blockquote></li> <li>마지막으로 정수형 자료 6개의 크기를 가진 정수형 변수 "size_int6"를 하나 선언해봅시다. (정수형 자료 6개의 크기는 size_int의 6배와 같겠죠?)<blockquote style="border:1px solid rgb(222,223,223);background-color:#f7f7f7;padding:5px 10px;"> int main(int argc, const char * argv[]) { int *p; int size_int = sizeof(int); int size_int6 = size_int * 6; return 0; }</blockquote></li> <li>이제 동적할당을 해보도록 하죠. malloc의 인자는 할당할 메모리의 크기라고 했습니다. 따라서 정수형 자료 6개의 크기를 가진 size_int6을 인자로 넣으면 되겠죠?<blockquote style="border:1px solid rgb(222,223,223);background-color:#f7f7f7;padding:5px 10px;"> int main(int argc, const char * argv[]) { int *p; int size_int = sizeof(int); int size_int6 = size_int * 6; p = malloc(size_int6); return 0; }</blockquote></li> <li>하지만 위의 코드는 뭔가 이상합니다. 찾으셨나요? 네 맞습니다! 자료형이 일치하지 않아요. malloc은 void 이지만, p는 int* 자료형이죠. 형변환을 해줍니다.<blockquote style="border:1px solid rgb(222,223,223);background-color:#f7f7f7;padding:5px 10px;"> int main(int argc, const char * argv[]) { int *p; int size_int = sizeof(int); int size_int6 = size_int * 6; p = (int *)malloc(size_int6); return 0; }</blockquote></li> <li>코드가 약간 지저분 하니 깔끔하게 바꿔볼까요?<blockquote style="border:1px solid rgb(222,223,223);background-color:#f7f7f7;padding:5px 10px;"> int main(int argc, const char * argv[]) { int *p; p = (int *)malloc(sizeof(int) * 6); return 0; }</blockquote></li></ol></div> <div> <div>즉 위와같이 malloc을 사용할 수 있습니다. 이해가 좀 되시나요?ㅎㅎ 이제 빠르게 사용할 수 있도록 일반화 시켜보도록 합시다.</div> <div><blockquote style="border:1px solid rgb(222,223,223);background-color:#f7f7f7;padding:5px 10px;"> 자료형 *p; p = (자료형 *)malloc(sizeof(자료형) * 할당크기);</blockquote> <div> </div>그렇다면 자료 접근은 어떻게 할 수 있을까요? 아실 것 같지 않나요? 네~ 배열의 자료를 접근하듯이 자료를 접근하시면 됩니다. (아래는 예제 코드입니다)</div> <div><blockquote style="border:1px solid rgb(222,223,223);background-color:#f7f7f7;padding:5px 10px;"> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main(int argc, const char * argv[]) { int* p; int i; p = (int *)malloc(sizeof(int) * 4); for(i = 0; i < 4; i++) { p[i] = i; } for(i = 0; i < 4; i++) { printf("p[%d] = %d\n", i, p[i]); } return 0; }</blockquote></div> <div> </div> <div>의외로 간단하죠?ㅎㅎ 하지만 메모리 동적할당의 단점이 있다면, 코드가 실행 된 이후에 할당된 부분이므로, 사용이 끝나면 직접 해제해주셔야 합니다.</div> <div>그렇다면 해제는 어떻게 하느냐? 이거도 진짜진짜 간단합니다. "free"라는 함수를 사용하시면 됩니다. 일단 free 함수의 명세를 살펴보도록 하죠.</div> <div><blockquote style="border:1px solid rgb(222,223,223);background-color:#f7f7f7;padding:5px 10px;"> void free(void *);</blockquote>리턴 값은 없고요, 파라메터로는 메모리에서 해제할 변수를 넘기시면 됩니다. 즉, 위의 코드에서는 다음과 같이 사용할 수 있겠습니다.</div> <div><blockquote style="border:1px solid rgb(222,223,223);background-color:#f7f7f7;padding:5px 10px;"> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main(int argc, const char * argv[]) { int* p; int i; p = (int *)malloc(sizeof(int) * 4); for(i = 0; i < 4; i++) { p[i] = i; } for(i = 0; i < 4; i++) { printf("p[%d] = %d\n", i, p[i]); } free(p); return 0; }</blockquote>하지만 위는 그렇게 좋은 코드는 아닙니다. "free(p)"를 실행하였다고 하더라도, 메모리가 반환된 이후 그 부분이 사용되기 전까지는 그 값이 남아있기 때문이죠.</div> <div>따라서 자칫하면 약간의 혼란을 가져올 수 도 있는데요, 따라서 "free(p)" 이후, p가 가지고 있는 주소 자체도 NULL로 바꿔주시는게 좋습니다...ㅎㅎ (그러면 기타 문제를 미연에 방지할 수 있음)</div> <div><blockquote style="border:1px solid rgb(222,223,223);background-color:#f7f7f7;padding:5px 10px;"> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main(int argc, const char * argv[]) { int* p; int i; p = (int *)malloc(sizeof(int) * 4); for(i = 0; i < 4; i++) { p[i] = i; } for(i = 0; i < 4; i++) { printf("p[%d] = %d\n", i, p[i]); } free(p); p = NULL; return 0; }</blockquote></div> <div> </div></div></div></div> <h3>결론</h3> <div><hr>게시판을 읽던 도중 질문을 받게되어 작성해본 글인데...., 간만에 글을 써보는 터라 어떨지 모르겠습니다. :b</div> <div>사실 지금은 C를 안한지 꽤 되어서 대부분 까먹었기도 하고 해서요....ㅋㅋㅋㅋㅋㅋ</div> <div> </div> <div>그리고 여기서는 malloc 하나만 알아보았지만, realloc 등 메모리에 대한 더 많은 함수들이 있으니 궁금하신 분들은 "C 동적 메모리 할당" 키워드로 구글링 해보시면 더 자세하고 쉽게 기술된 문서들이 많으니 참고하시면 될 것 같습니다.</div> <div>진짜 기초적인거만 쓴거라서.... =_=;;; <strike>그래도 알찬거 같기도 하고요</strike></div> <div> </div> <div>적고나니 부끄럽네요 @_@;;; 실력이 좋지도 못한데.... 이렇게 적어보니 공부 더 많이 해야되겠다고 느꼈습니다... ;ㅁ;</div> <div>열심히 해요 우리......</div> <div> </div> <div> </div>

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