포인터한테 맨날 지면서 살 수는 없다.

오늘은 정복해보자.

Before Starting

지금까지는 포인터가 가리키는 데이터를 사용하기 위해 포인터를 사용했으나,
오늘은 주소 값 자체를 처리할 데이터로 생각해보려 한다.

즉, 주소를 저장한 포인터도 하나의 변수이고
그 주소를 다른 포인터에 저장하고 가리키는 것도 가능하다는 것이다.

주소 안에 주소 ?

📌 이중 포인터

📖 개념

예를 들어 어떤 변수를 가리키는 포인터 pi가 있고,
할당된 메모리의 시작 위치가 200번지라고 해보자.

그럼 &pi 값을 저장할 변수는?

이 주소를 저장하는 포인터가 바로 이중 포인터이다.
즉, 포인터의 주소는 이중 포인터에 저장하며 포인터를 가리킨다.

아찬가지로, 간접 참조 연산을 수행하면 가리키는 대상인 포인터를 쓸 수 있다.

예제로 이해해보자.

#include <stdio.h>
 
int main(void)
{
	int a = 10;
	int *pi;
	int **ppi;
 
	pi = &a;
	ppi = &pi;
 
	printf("변수    변수값       &연산       *연산       **연산\n");
	printf("  a  %10d  %10u\n", a, &a);
	printf(" pi  %10u  %10u  %10d\n", pi, &pi, *pi);
	printf("ppi  %10u  %10u  %10u  %10u\n", ppi, &ppi, *ppi, **ppi);
 
	return 0;
}

이중 포인터는 7행과 같이 별(*)을 2개 붙여 선언한다.

이때 첫 번째 별은 ppi가 가리키는 자료형(int *)이 포인터 임을 뜻하고,
두 번째 별은 ppi 자신이 포인터임을 뜻한다.

메모리에 저장 공간이 할당되면 그 이후에 이중 포인터를 사용할 때는 변수명을 쓴다.

🔔 변수 a, 포인터 pi, 이중 포인터 ppi의 관계를 원칙을 적용하며 이해해보자.

1. 포인터를 변수명(r-value)으로 쓰면 그 안의 값이 된다.

pi와 ppi가 변수명으로 사용되어 그 안의 값이 된다.

2. 포인터에 & 연산을 하면 포인터 변수의 주소가 된다.

pi와 ppi에 &연산을 한 결과는 자신의 주소 값을 의미한다.

3. 포인터의 * 연산은 화살표를 따라간다.

ppi에 * 연산을 하면 ppi가 가리키는 대상 pi를 뜻한다.
ppi에 ** 연산을 하면 ppi가 가리키는 pi가 가리키는 대상이므로 변수 a가 된다.

이중 포인터의 형태

포인터에서는 포인터가 가리키는 것과 포인터 자신의 형태를 구분해야 한다.

예를 들어 int 형 변수의 주소를 저장하는 포인터는
가리키는 자료형이 int형이고, 자신의 형태는 (int *)형이다.

단일 포인터도 가리키는 자료형에 따라 다양하게 선언하듯이
이중 포인터도 가리키는 포인터의 형태에 맞춰 선언해야 한다.

다음과 같이 변수와 포인터가 선언된 경우를 생각해보자.

double a = 3.5;
double *pi = &a;
 

pi가 (double *)형 변수이므로 &pi는 (double *)형의 주소가 된다.
따라서 (double *)형을 가리키는 이중 포인터를 선언한다.

double **ppi;

🚨 주의

pi나 ppi는 메모리에서 4바이트만 차지한다.
포인터 앞에 적어주는 자료형은 가리키는 자료형에 대한 정보일 뿐이지,
포인터 자체를 의미하진 않는다.

즉, 포인터는 주소 값만을 저장하는 변수이므로
주소 값 자체의 크기에 따라 모든 포인터의 크기가 결정된다.

주소와 포인터의 차이

포인터는 변수이므로 주소 연산자를 사용하여 그 주소를 구할 수 있지만
상수인 주소에는 주소 연산자를 쓸 수 없다.

int a;
int *pi = &a;	// 주소를 포인터에 저장
π		// 포인터에 주소 연산자 사용 가능 (O)
&(&a);		// a의 주소를 다시 주소 연산자 사용 불가능 (X)

다중 포인터

단일 포인터와 마찬가지로 이중 포인터도 변수이므로
주소 연산자를 사용하면 그 주소를 구할 수 있다.

double ***ppp;

짠.

같은 방식으로 4중 이상의 포인터도 사용할 수 있으나 프로그램의 가독성을 떨어트리므로
가능하면 사용하지 말자.

📖 이중 포인터 활용

포인터 값을 바꾸는 함수의 매개변수

이중 포인터는 포인터의 값을 바꾸는 함수의 매개변수에 사용한다.

예를 들어보자.

#include <stdio.h>
 
void swap_ptr(char **ppa, char **ppb);
 
int main(void)
{
	char *pa = "success";
	char *pb = "failure";
 
	printf("pa -> %s, pb -> %s\n", pa, pb);
	swap_ptr(&pa, &pb);
	printf("pa -> %s, pb -> %s\n", pa, pb);
 
	return 0;
}
 
void swap_ptr(char **ppa, char **ppb)
{
	char *pt;
 
	pt = *ppa;
	*ppa = *ppb;
	*ppb = pt;
}

문자열 자체를 바꾸지 않고, 문자열을 연결하는 포인터의 값을 바꿨다.

두 변수의 값을 바꾸는 함수는
변수의 주소를 인수로 주고 함수가 그 주소를 간접 참조하여 변수의 값을 바꿔야 한다.

그런데 11행에서 바꾸고자 하는 변수 pa, pb는 포인터이므로
함수의 인수로 포인터 주소를 줘야 하고,
그 값을 받는 매개변수로 이중 포인터가 필요하다.

단일 포인터를 사용한 변수 값 바꿔주기 프로그램의 원리와 같다.

매개변수 ppa와 ppb를 사용하여 main 함수에 있는 포인터 pa, pb 값을 바꿔준다.
값을 바꾸는 데 사용할 임시 포인터를 pt로 선언하고 다음 3단계를 거치면 값이 바뀐다.

pt = *ppa;	// ppa가 가리키는 pa값을 pt에 저장
*ppa = *ppb;	// ppb가 가리키는 pb의 값을 ppa가 가리키는 pa에 저장
*ppb = pt;	// pt의 값을 ppb가 가리키는 pb에 저장

포인터 배열을 매개변수로 받는 함수

이중 포인터는 포인터 배열을 매개변수로 받는 함수에도 사용한다.

배열명이 첫 번째 배열 요소의 주소이므로
int형 배열의 이름은 int형 변수의 주소인 것처럼

int형 포인터 배열의 이름은 int형 포인터의 주소가 된다.

여러 개의 문자열을 출력하는 함수를 작성해보자.

#include <stdio.h>
 
void print_str(char **pps, int cnt);
 
int main(void)
{
	char *ptr_ary[] = {"eagle", "tiger", "lion", "squirrel"};
	int count;
 
	count = sizeof(ptr_ary) / sizeof(ptr_ary[0]);
	print_str(ptr_ary, count);
 
	return 0;
}
 
void print_str(char **pps, int cnt)
{
	int i;
 
	for (i = 0; i <  cnt; i++)
	{
		printf("%s\n", pps[i]);
	}
}

ptr_ary는 포인터 배열의 이름이므로 포인터의 주소이다.
따라서 배열명을 인수로 받는 함수의 매개변수는 이중 포인터!

포인터가 배열명을 저장하면 배열명처럼 사용할 수 있으므로
함수 안에서는 매개변수를 배열명처럼 사용하여 문자열을 출력한다.

배열 요소의 주소와 배열의 주소

배열의 주소 &ary가 주소로 쓰이는 ary와 어떤 차이가 있을까?

#include <stdio.h>
 
int main(void)
{
	int ary[5];
 
	printf("  ary의 값 : %u\t", ary);
	printf("ary의 주소 : %u\n", &ary);
	printf("  ary + 1 : %u\t", ary + 1);
	printf("  &ary + 1 : %u\n", &ary + 1);
 
	return 0;
}
 

ary가 주소로 쓰일 때와 &ary의 값은 모두 배열의 시작 위치 이다.

그러나 ary 자체가 주소로 쓰일 때는 첫 번째 요소를 가리키므로
주소에 1을 더한 결과는 4만큼 차이가 난다.

반면 &ary는 배열 전체를 가리키므로 주소에 1을 더한 결과는 20만큼 차이가 난다.

이 둘의 차이를 명확히 구분하려면 다음 규칙을 이해해야 한다.

규칙 1. 배열은 전체가 하나의 논리적인 변수이다.

예를 들어 다음과 같은 배열이 있다고 하면,

int ary[5];

배열 ary는 크기가 20바이트(= 메모리에 할당된 크기) 이며
int형 변수 5개(= 배열 요소의 수)의 배열이란 자료형의 정보를 가진다.

규칙 2. 배열의 주소에 정수를 더하면 배열 전체의 크기를 곱해서 더한다.

배열의 정수 연산

ary + 1 → 0000100 + (1 * sizeof(ary[0])) → 0000100 + (1 * 4) → 0000104

배열의 주소에 정수 연산

&ary + 1 → 0000100 + (1 * sizeof(ary)) → 0000100 + (1 * 20) → 0000120

이제야 이해할 것 같다

📖 2차원 배열과 배열 포인터

배열 포인터는 배열을 가리키는 포인터로 2차원 배열의 이름을 저장할 수 있다.

#include <stdio.h>
 
int main(void)
{
	int ary[3][4] = { {1,2,3,4}, {5,6,7,8}, {9,10,11,12} };
	int (*pa)[4];
	int i, j;
 
	pa = ary;
	for (i = 0; i < 3; i++)
	{
		for (j = 0; j < 4; j++)
		{
			printf("%5d", pa[i][j]);
		}
		printf("\n");
	}
 
	return 0;
}

2차원 배열의 이름을 저장할 배열 포인터의 선언할 때,
변수명 앞에 별(*)을 붙여 포인터임을 표시하고 괄호로 묶어야 한다.

괄호가 없으면 포인터 배열이 되므로 주의!

이 예제는 사실 굳이 배열 포인터를 사용하지 않아도 되지만,
2차원 배열을 출력하는 함수에는 배열 포인터가 필요하다.

#include <stdio.h>
 
void print_ary(int(*pa)[4]);
 
int main(void)
{
	int ary[3][4] = { {1,2,3,4}, {5,6,7,8}, {9,10,11,12} };
 
	print_ary(ary);
 
	return 0;
}
 
void print_ary(int(*pa)[4])
{
	int i, j;
 
	for (i = 0; i < 3; i++)
	{
		for (j = 0; j < 4; j++)
		{
			printf("%5d", pa[i][j]);
		}
		printf("\n");
	}
}

9행에서 print_ary 함수를 호출할 때 2차원 배열명을 인수로 주면
함수에는 첫 번째 부분배열의 주소가 전달된다.
따라서 이 값을 저장하기 위한 매개변수로 배열 포인터를 선언해야 한다.

printf("%5d", pa[i][j]);

22행처럼 함수 안에서 매개변수 pa를 배열처럼 사용하여 2차원 배열의 값을 출력한다.

2차원 배열 요소의 두 가지 의미

2차원 배열에서 배열 요소는

논리적으로는 1차원의 부분배열(행)을 뜻하고
물리적으로는 실제 데이터를 저장하는 부분배열의 요소를 뜻한다.