💡C언어로 포인터의 기본 개념 이해하기!

개인 공부 과정을 기록합니다.

C언어로 포인터의 기본 개념 이해하기!

포인터(pointer)는 프로그래밍 언어에서 변수의 메모리 공간의 주소를 가리키는 변수를 말한다. 포인터가 가리키는 값을 가져오는 것을 역참조라고 한다.

일반적으로 포인터는 메모리 주소로 바꿀 수 있다. 포인터는 다른 변수나 함수를 가리키도록 사용된다.

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C 언어의 포인터

• 모든 변수는 메모리에 값을 저장
• const와 같은 고정값 변수 외의 모든 변수는 메모리 중에 RAM에 할당
• 이러한 메모리의 공간을 구별하는 것이 메모리 주소값이다.
• 포인터는 연산이 가능하다

:: 포인터 할당 및 해제

C언어에서 변수는 정적변수와 동적변수가 있다. 처리할 데이터의 숫자를 예측할 수 있다면 정적으로 선언하면 된다. 예시) 배열변수

그러나 데이터 처리를 미리 예측할 수 없다면 최대의 데이터 처리량을 정하고 정적으로 선언할 수 밖에 없다. 이 문제를 해결하기 위해 동적 변수를 사용한다.

C에서는 전통적으로 동적할당 변수를 잡을 경우 malloc() 함수를 사용하여 데이터 저장공간을 확보한다.

• 할당 malloc(): 힙영역으로부터 데이터 공간을 할당 받는다.
• 재할당 realloc(): 이미 할당된 메모리 공간의 크기를 조정한다.
• 해제 free(): 더 이상 쓸 필요가 없는 메모리 공간을 힙영역에 반환한다

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:: 운영 체제에서 할당하는 동적 공간

프로세서의 힙공간은 제한적이다.

MFC*(마이크로소프트 파운데이션 클래스 라이브러리(Microsoft Foundation Class Library)는 C++용 프로그램 라이브러리)*와 같은 윈도 프로그램의 경우, 필요에 따라 운영 체제의 자원을 할당 받아 동적공간을 확보할 수 있다

이것 역시 동적 할당이기 때문에 포인터 변수를 사용하여 처리한다.

프로세서에서 할당 받은 공간은 실행이 끝날 때까지 동적으로 유지되지만, 이와 관련된 할당은 운영 체제와 관련 되어 있으므로 메모리 공간을 잠금을 할 경우도 있다.

• 할당: 운영 체제로부터 메모리 공간 일부를 빌린다. 정적 메모리 할당과 동적 메모리 할당의 2가지 종류가 있다.
• 재할당: 이미 할당된 메모리 공간의 크기를 조정한다.
• 해제: 더 이상 쓸 필요가 없는 메모리 공간을 운영 체제에 반환한다.

이 작업이 제대로 이루어지지 않을 경우 운영체제는 리소스 부족, 알 수 없는 오류, 잘못된 연산 수행과 같은 오류를 일으킨다

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✔️ 포인터 변수 선언

int a = 5;
int *b = &a;

• int *b = &a; 처럼 선언할 때에는 변수명 앞에 *를 붙혀서 포인터 변수임을 명시
• 선언한 이후에 *b라고 쓰게 되면, 포인터 변수 b가 가리키는 주소의 값을 의미. 즉 5가 된다
• &a는 변수 a에 &를 붙힘으로 a의 주소값을 의미

이름	설명
주소 연산자(&)	변수 앞에 붙어서 변수의 메모리 시작 주소 값을 구함
포인터(*)	포인터 변수를 선언할 때 사용
간접 참조 연산자(*)	선언된 포인터 변수가 가리키는 변수를 구함

예제 코드

#include <stdio.h>

int main(void) {
	int a = 5;
	int *b = &a;         // (1)
	printf("%d\n", *b);  // (2)
    system("pause");
    return 0;
}

(1) 이때의 *b의 *은 포인터. 포인터 변수 b가 a를 가리키고 있다 (2) 이때의 *b의 *은 간접 참조 연산자. 포인터 변수 b가 가리키고 있는 변수 값을 가리키고 있다. 즉, 5

✔️ 다중 포인터

다중 포인터의 개념도 있다. 예시) 포인터의 포인터

int *a = 5;
int *b = &a;
int **c = &b;

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:: 포인터 배열

✔️ 포인터 배열의 구조 분석

• 배열은 포인터와 동일한 방식으로 동작한다
• 배열의 이름은 배열의 원소의 첫 번째 주소가 된다
• 유일한 차이점은, 포인터는 변수이며 배열의 이름은 상수이다
  • 즉, 포인터는 변수는 라서 바뀔 수 있지만
  • 배열의 이름은 상수라서 바뀔 수 없다

1)예제 코드

#include <stdio.h>

int main(void) {
	int a = 10;
	int b[10];   // (1)
	b = &a;      // (2)
    system("pause");
    return 0;
}

(1) 변수 b를 선언하고 10 크기의 배열이라고 지정 (2) 변수명 b는 상수이기 때문에 다른 주소값으로 변경할 수 없다. 즉 오류 발생.

2)예제 코드

하지만 반대로 포인터를 배열처럼 사용할 수도 있다

#include <stdio.h>

int main(void) {
	int a[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
	int *b = a;          // (1)
	printf("%d\n", b[2]);  // (2)
    system("pause");
    return 0;
}

(1) b라는 포인터 변수를 선언하고 a를 가리키게 함 (2) b[2]를 출력. 즉 b가 가리키고 있는 a[2]를 출력하므로 결과는 3

3)예제 코드

배열의 이름은 배열의 원소의 첫 번째 주소가 된다

#include <stdio.h>

int main(void) {
	int a[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
	int *b = &a[0];          // (1)
	printf("%d\n", b[2]);
    system("pause");
    return 0;
}

(1) 배열의 첫 번째 원소 값을 넣어도 동일하기 동작. 즉 int *b = a와 int *b = &a[0] 는 같은 의미

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:: 함수 포인터

• C언어에서는 함수의 이름을 이용해 특정한 함수를 호출
• 함수의 이름은 메모리 주소를 반환 즉, 배열의 이름이 메모리 주소값을 반환하는 것과 마찬가지로 함수 또한 내부적으로 컴퓨터의 메모리에 정보가 저장된다는 것을 의미

#include <stdio.h>

void function() {
	printf("hello world");
}

int main(void) {
	printf("%d\n", function);  //  (1)
    system("pause");
    return 0;
}

(1) function이라는 함수의 메모리 주소값이 출력

• 함수 포인터는 특정한 함수의 반환 자료형을 지정하는 방식으로 선언할 수 있다.
• 함수 포인터를 이용하면 형태가 같은 서로 다른 기능의 함수를 선택적으로 사용할 수 있다.

| 반환 자료형(*이름)(매개 변수) = 함수명; | | —————————————- |

#include <stdio.h>

void myFunction() {
	printf("hello");
}

void yourFunction() {
	printf("world");
}

int main(void) {
	void(*fp)() = myFunction;
    fp();
    fp() = yourFunction;
    system("pause");
    return 0;
}

두 개의 함수가 차례대로 실행되면서 hello world를 출력

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✨ tl;dr

• 포인터의 개념
  • 포인터는 특정한 변수 자체가 존재하는 메모리의 주소의 값을 가진다
  • 단순히 주소값만 저장하는게 아닌, 어떤 자료형인지도 포함하여 저장

• 포인터의 강력한 기능
  • 포인터는 컴퓨터 시스템의 특정한 메모리에 바로 접근할 수 있다
  • 따라서 기존에 존재하던 중요한 메모리 영역에 접근하지 않도록 해야 한다
  • 다중 포인터의 개념도 있다. 예시) 포인터의 포인터
  • 배열과 포인터는 사실 내무적으로 거의 동일하다. 배열을 선언한 이후에는 그 이름 자체를 포인터 변수처럼 사용할 수 있다.