Memory
C언어의 메모리 구조
프로그램 실행 시 운영체제에 의해 할당되는 메모리 구조는 다음과 같이 4개 영역으로 구분된다.
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코드 영역
text 영역이라고도 하는 코드 영역은 실행할 프로그램의 코드가 저장되는 메모리 공간이다. 저장된 명령어들을 CPU가 읽어와 처리한다. -
데이터 영역
data 영역은 전역변수와 static 변수가 할당된다. 프로그램 시작과 동시에 메모리 공간에 할당되어 프로그램 종료 시까지 남아있게 된다. -
스택 영역
stack 영역에는 지역변수, 매개변수가 할당된다. 이 영역의 변수들은 지역성을 지닌다. 해당된 지역을 빠져나가면 소멸된다. -
힙 영역
heap 영역은 동적인 데이터를 다룬다. 동적인 데이터라는 것은 할당되는 메모리의 크기를 컴파일러가 결정하지 않고, 프로그램 실행 중 호출되는 malloc 함수가 결정한다는 의미이다.
다음 그림을 통해 프로그램 실행에 따른 메모리 할당을 이해할 수 있다.
메모리의 동적 할당
프로그램을 작성하다 보면 원하는 시기에 생성하고, 소멸할 수있는 변수가 필요할 때가 있다. 전역변수는 프로그램 시작부터 종료까지 유지되고, 지역변수는 한 영역에 진입하고 빠져나올 때까지 유지된다.
필요한 때에 생성하고 소멸되는 변수를 힙 영역에 할당할 수 있다.
힙 영역의 메모리 공간 할당, 해제(malloc, free)
malloc 함수를 이용해 힙 영역에 메모리 공간을 할당하고, free 함수로 해제할 수 있다.
#include <stdlib.h>
void * malloc(size_t);
//호출 성공 시 메모리 주소 값, 실패 시 NULL반환
void free(void *ptr);힙 영역은 프로그래머가 관리하는 메모리 공간이다. malloc 함수호출로 할당된 메모리 공간은 free를 통해 해제하지 않으면 계속 유지된다.
따라서 다음과 같이 할당 후 해제해줘야 한다.
malloc 함수로 메모리를 할당하면 함수는 메모리 주소값을 void형 포인터 형태로 리턴한다. 따라서 다음과 같이 적절히 형 변환을 한 후 사용해야 한다.
이렇듯 malloc과 free 함수를 이용하여 힙 영역에 메모리를 할당하는 것을 동적 할당(dynamic allocation)이라 한다. 할당되는 메모리의 크기를 컴파일러가 결정하지 않고, 프로그램 실행 중 호출되는 malloc 함수가 결정한다.
동적할당을 할 때 블록단위로 할당할 수 있는데, 이 때 calloc함수를 사용하면 된다.
calloc 함수는 다음과 같이 정의되어 있다.
#include <stdlib.h>
void * calloc(size_t elt_count, size_t elt_size);
//호출 성공 시 할당된 메모리 주소값, 실패 시 NULL 반환이 함수는 elt_size 크기의 블록을 elt_count개 만큼 힙에 할당한다. 할당 방식은 malloc함수와 다르지 않다. 그러나 인자 전달 방식이 다르고 calloc 함수는 할당된 메모리 공간의 모든 비트를 0으로 초기화한다.
2023/05/22
연습문제 풀이 추가
문제 #1
프로그램 사용자로부터 문자열을 입력받아 입력받은 문자열의 단어를 역으로 출력하는 프로그램을 작성하라. 문자열의 입력에 앞서 문자열 최대 길이 정보를 입력받도록 한다.
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
void Reverse(char* string) {
int size = strlen(string);
int e = size - 2, s, i = e; // index start, end
while (i >= 0) {
if (string[i] == ' ') {
s = i + 1;
for (; s <= e; s++)
printf("%c", string[s]);
printf(" ");
e = i - 1;
}
else if (i == 0) {
for( ; i <= e; i++)
printf("%c", string[i]);
break;
}
i--;
}
}
int main(void) {
int string_size;
printf("입력할 문자열의 최대 길이는? : ");
scanf("%d", &string_size);
getchar(); //?
char* ptr = (char*)malloc(string_size + 1);
printf("문자열을 입력하시오 : ");
fgets(ptr, string_size, stdin);
Reverse(ptr);
free(ptr);
return 0;
}입력할 문자열의 최대 길이는? : 30
문자열을 입력하시오 : I am a boy
boy a am I
이 문제는 단어를 끊어 출력하기 위해 단어의 시작 인덱스인 s, 끝 인덱스인 e를 이용했다. 다만 문자열의 최대 길이를 입력받아 메모리를 동적할당 할 때 계속 정상적으로 이루어지지 않았고 여러 시도 끝에 결국 답안을 참고했다. 답안에서는 getchar() 함수를 붙여 \n 문자를 삭제하도록 했는데, 이 부분이 이해가 가지 않았다. 그런데 실제로 이렇게 해야만 정상적으로 실행됐다.
이는 개행문자를 getchar()로 받아주지 않으면 입력 버퍼에 개행문자 \n가 남아있기 때문에 다음 입력 때 그 개행문자를 받아버리고 사용자는 입력 기회가 사라진다.
전에 배웠던 기억이 있는데 완전히 잊고 있었다.
문제 #2
프로그램 사용자로부터 정수를 입력받는다. -1을 입력하면 종료되며, 종료 전 입력받은 정수를 순서대로 출력한다. 사용자가 몇개의 정수를 입력할 지 알 수 없으므로 초기 배열 길이는 5이며 배열을 초과하는 경우 길이를 3씩 증가하는 것으로 한다. 배열의 길이를 늘리려면 realloc함수를 이용하면 된다.
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void) {
int i = 0, num = 0;
int length = 5;
int *arr = (int*)malloc(20);
while (num != -1) {
if (i == length - 1) {
length += 3;
arr = (int*)realloc(arr, length * sizeof(int));
}
printf("정수를 입력하시오(종료 시 -1 입력) : ");
scanf("%d", &num);
arr[i++] = num;
}
for (int j = 0; j < i; j++) {
printf("%d ", arr[j]);
}
free(arr);
return 0;
}정수를 입력하시오(종료 시 -1 입력) : 2
정수를 입력하시오(종료 시 -1 입력) : 3
정수를 입력하시오(종료 시 -1 입력) : 4
정수를 입력하시오(종료 시 -1 입력) : -1
2 3 4 -1
정수를 입력하시오(종료 시 -1 입력) : 2
정수를 입력하시오(종료 시 -1 입력) : 3
정수를 입력하시오(종료 시 -1 입력) : 4
정수를 입력하시오(종료 시 -1 입력) : 5
정수를 입력하시오(종료 시 -1 입력) : 6
정수를 입력하시오(종료 시 -1 입력) : 9
정수를 입력하시오(종료 시 -1 입력) : 8
정수를 입력하시오(종료 시 -1 입력) : -1
2 3 4 5 6 9 8 -1
