개발괴발

C언어의 메모리 구조

프로그램을 실행시키면 운영체제는 우리가 실행시킨 프로그램을 위해 메모리 공간을 할당해준다. 

할당되는 메모리 공간은 크게 스택(Stack), 힙(Heap), 데이터(Data)영역으로 나뉘어진다. 

이러한 메모리 공간이 어떠한 용도로 언제, 어디서 할당되는지 알아보도록 하자.

데이터(Data) 영역

 - 전역 변수와 static 변수가 할당되는 영역

 - 프로그램의 시작과 동시에 할당되고, 프로그램이 종료되어야 메모리에서 소멸됨

#include <stdio.h>

int a = 10;	// 데이터 영역에 할당
int b = 20;	// 데이터 영역에 할당

int main() {

	...

	return 0;
}

위와 같은 코드에서 int형 변수 a, b는 프로그램 실행시, main 함수가 호출되기 전에 데이터 영역에 할당된다.

그렇기 때문에 프로그램이 종료될 때까지 메모리상에 존재한다.

(전역변수가 프로그램이 종료될 때 까지 존재하는 이유)

스택(Stack) 영역

 - 함수 호출 시 생성되는 지역 변수와 매개 변수가 저장되는 영역

 - 함수 호출이 완료되면 사라짐

#include <stdio.h>

void fct1(int);
void fct2(int);

int a = 10;	// 데이터 영역에 할당
int b = 20;	// 데이터 영역에 할당

int main() {

	int i = 100;	// 지역변수 i가 스택 영역에 할당

	fct1(i);
	fct2(i);

	return 0;
}

void fct1(int c) {
	int d = 30;	// 매개변수 c와 지역변수 d가 스택영역에 할당
}

void fct2(int e) {
	int f = 40;	// 매개변수 e와 지역변수 f가 스택영역에 할당
}

main함수와 fct1, fct2라는 함수를 추가하였다. 

a, b를 데이터 영역에 할당한 뒤에 main함수를 호출하면서 int형 변수 i는 지역변수로서 스택영역에 할당된다.

그 뒤에 fct1()이라는 함수를 호출하면서 fct1함수의 매개변수인 c와 d가 스택영역에 할당된다.

fct1()이라는 함수호출이 끝나면 c와 d는 스택영역에서 삭제되며, 

그 뒤 fct2()라는 함수를 호출하면서 매개변수 e와 지역변수 f가 스택영역에 할당된다.

스택영역은 그 이름그대로 스택의 성질을 띄고있다.

힙(Heap) 영역

 - 필요에 의해 동적으로 메모리를 할당 할 때 사용

지금까지 데이터영역과 스택영역을 알아보았는데, 저 두가지 영역만 있으면 코드를 문제없이 짤 수 있을것 처럼 보인다.

그럼 힙영역은 왜 필요한 것일까?

힙 영역은 왜 필요할까?

제일 첫번째 그림을 보면 힙 영역은 프로그래머가 할당한다고 되어있다. 

그럼 언제 할당을 할까? 

배열을 예를들어서 설명을 하겠다.

우리는 배열을 선언할때 상수로 선언을 한다.

int main() {

	// 정상적인 배열선언
	int arr[10];

	// 비 정상적인 배열선언
	int i = 0;
	scanf("%d", &i);
	int arr[i];

	return 0;
}

배열의 길이를 사용자가 입력한 숫자로 잡아주는 것은 비 정상적인 배열선언이다. 왜 비 정상적일까?

메모리 구조에 대해서 잘 파악하고 있다면 당연한 이야기다.

제일 첫번째 그림을 다시보자, 스택 영역에 할당될 메모리의 크기는 컴파일 타임(컴파일 하는 동안)에 결정된다고 되어있다.

정상적인 배열 선언의 경우 arr이라는 배열의 크기가 40바이트 라는것을 알 수 있다.

하지만 비 정상적인 배열선언의 경우 i의 크기가 4바이트 라는 것을 알 수 는 있으나, arr이라는 배열의 크기는 알 수 없다.

그렇다면 다음과 같이 배열을 선언할 때는 문제가 없을까?

int main() {
	
	int i = 10;
	int arr[i];

	return 0;
}

i 라는 변수가 10이기 때문에 arr이라는 배열의 크기가 10이라는 것을 알 수 있지 않을까?

결과는 아니다.

컴파일을 하는 동안 i가 4바이트의 크기라는 것을 알 수는 있으나, 그 값이 10으로 초기화 되었다는 사실은 무시하고 넘어간다. 값이 10으로 초기화 되었다는 사실은 실행되는 동안, 즉 런타임에 결정된다.

그렇기 때문에 컴파일러는 arr의 크기가 40바이트가 된다는 사실을 알 수 없다. 

사용자의 요구에 맞게 메모리를 할당해 주기 위해서는(런타임에 메모리 크기를 결정하고 싶을 때) 메모리 동적 할당을 통해 힙 영역에 메모리를 할당해야 한다.

힙 영역 : 할당해야 할 메모리의 크기를 프로그램이 실행되는 동안 결정해야 하는 경우(런 타임때) 유용하게 사용되는 공간

힙 영역을 사용하기 위해서는 동적할당에 대해서 공부하여야 한다.

switch문이란, 조건문의 일종인데, 여러 개의 if~else 문을 대신하여 간결하게 작성할 때 사용하는 것입니다. if~else 문이 중첩되어 있으면 가독성이 떨어지기 때문에 스위치문이 필요합니다.

그러나 switch문 다음의 괄호()에는 "i <= 0" 이런 식의 판단문이 들어갈 수는 없고, 정수형이나 문자형(char)의 숫자만 들어갈 수 있는 제약이 있습니다. double 등의 실수는 안되고 error C2450: switch expression of type 'double' is illegal 이런 에러가 납니다.

switch는 "함수"가 아니고 "키워드"입니다.

스위치문에서 주의해야 할 점은 각 case문 끝에 break; 를 꼭 붙여야 한다는 것입니다. break; 가 없으면, 그 아래쪽의 case문들까지 모두 실행되어 버립니다. break;를 만날 때까지 멈추지 않고 계속 실행됩니다.

의도적으로 break;를 생략한 경우가 아니라, 실수로 누락했을 때는 소스가 폭주하여 위험한 에러가 발생할 수 있습니다. 따라서 우선 무조건 break;를 붙여 놓고 소스의 흐름을 검토하는 것이 안전합니다.

default 라는 것은, 위의 case문들 중에서 어느 것도 해당되지 않을 때 실행할 코드입니다. 필요하지 않다면 default문이 없어도 됩니다.

switch문 사용 방법 예제 소스

소스 파일명: example.cpp
(※ 스크롤 박스 사용법: 박스 안을 마우스로 클릭한 후, 키보드의 좌우 화살표키를 누르면 양옆으로 움직일 수 있습니다. 박스에서 다시 나오려면, 박스 바깥의 아무곳이나 클릭하면 됩니다.)