[Jungle] Week4. malloc, calloc, realloc 함수

somi·2024년 4월 12일

알고리즘 정글

[Krafton Jungle]

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C언어

벌써 알고리즘 3주차가 끝났다. 이제부터 C언어 시작,, 화이팅!!! 문과출신 비전공자라서 내가 접한 C언어는 정처기 공부할 때 공부한게 다지만 무튼 정글하면서 열심히 독파해보자
!

정적 메모리 할당(Static allocation)

컴파일 타임이 아닌 프로그램이 실행되는 중인 런타임에 필요한 만큼의 메모리 공간을 확보하는 것

동적 메모리 할당(Dynamic allocation)

컴퓨터 프로그래밍에서 실행(런타임)에 사용할 메모리 공간을 할당하는 것
-> 그때 그떄 필요한 메모리 공간 확보, 이를 다 사용했으면 free시켜 줌으로써 메모리 공간 해제 -> 메모리 공간을 효율적으로 사용.
주로 필요한 메모리의 크기가 실행시간에 결정. 메모리의 요구사항이 변할 수 있는 경우 유용 -> 메모리 할다 ㅇ이후에는 꼭 메모리 해제하여 메모리 누수(memory leak)을 방지해야 함

메모리 누수:
동적으로 할당된 메모리를 해제하지 않아 시스템의 메모리가 점차 고갈되는 상황

스택(Stack): 함수가 종료되거나 변수의 영역을 벗어나면 자동으로 메모리 해제
힙(Heap): 원시 자료형이 아닌 보다 큰 크기의 데이터를 담고자 동적으로 할당하는 메모리 공간

동적 할당(dynamic allocation): 힙 영역에 필요한 만큼의 메모리 공간 할당 -> 더 이상 필요하지 않으면 메모리 해제

상황에 따라 원하는 크기의 메모리 할당 가능(malloc, calloc), 이미 할당된 메모리라도 언제든지 크기 조정 가능(realloc)
그러나 C언어의 경우 GC(garbage collector)가 없기 때문에 개발자가 명시적으로 메모리 해제(free)해야함 (메모리 누수 방지를 위해)

int *a = malloc(5); //5 byte 메모리 공간 선언
int *b = malloc(10); //10 byte 메모리 공간 선언

b= a; // b는 a의 주소를 가리키는 상황
  
free(a); //a 메모리 할당 해제 
free(b);

free(b): 이미 해제된 메모리 주소를 다시 해제하련느 시도 -> 잘못된 메모리의 해제, 메모리 누수. b가 원래 가리키던 10바이트의 메모리는 해제되지 않은 채로 남아있게 됨. => 프로그램이 종료될 때까지 사용할 수 없는 상태로 남아있게 된다.

메모리 누수 방지 코드

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() { 
    // int 자료형 크기에 해당하는 메모리를 heap영역에 동적으로 할당
    // 할당된 메모리의 주소를 data 포인터에 저장
    int *data = (int *)malloc(sizeof(int));
    // 메모리 할당이 실패하면 malloc 은 NULL 포인터 반환
    // NULL인지 확인하여 메모리 할당이 성공적으로 이루어졌는지 검사
    if (data == NULL){
        perror("Memory allocation failed");
        return ;
    }
    //메모리 할당에 성공한 경우 프로그램 종료되기 전에 free 함수 선언하여
    //할당된 메모리 해제 

    // free: data가 가리키는 메모리 해제 - 해당 메모리 블록을 힙 영역에 반환
    free(data);
    return 0;
}

malloc(memory allocation)

단순히 요청한 크기 만큼의 메모리 블록 할당. 할당된 메모리의 시작 주소 반환. 메모리 할당에 실패하면 NULL 반환
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
	int *ptr;
  int형 변수 5개 크기만큼의 메모리 할당 
    ptr = (int*)malloc(5 * sizeof(int));

    if (ptr ==NULL) {
    	printf("메모리 할당 실패\n");
        return 1; 
    }
   	// 작업 수행 

    free(ptr);

    return 0;
}

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h> 

int main(void) {
    int arr[4] = {4, 3, 2, 1}; // 크기가 4인 배열
    int * pArr; // int 타입을 가리키는 포인터 pArr 


    //int 타입 사이즈 * 4 만큼의 메모리 할당
    pArr = (int *)malloc(sizeof(int) * 4); 

    //메모리 할당 실패시 
    if (pArr == NULL) {
        printf("malloc error")
    }


    for (int i = 0; i <4; ++i) {
        pArr[i] = arr[i];
    }

    for (int i=0; i <4; ++i) {
        printf("%d \n", pArr[i]);
    }
    
    //할당한 메모리 해제 
    free(pArr);

    system("pause");
    return 0;
}

sizeof(int) * 4: 배열의 크기가 4라서 동일한 타입인 int * 4사이즈로 메모리 할당

calloc(contiguous allocation)

할당된 메모리를 0으로 초기화
요소 수(num_elements)와 요소 크기(element_size)를 입력받아 메모리 할당
-> 할당된 메모리는 모두 비트가 0으로 초기화된다.
메모리 할당에 실패하면 NULL을 반환한다.
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    int len = 4;
    int *arr = (int *)calloc(len, sizeof(int));
    for (int i=0; i<len; i++){
        printf("%d", arr[i]);
    }
}
출력 결과는 전부 0으로 초기화했으니 0000이 나온다.


#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    int *ptr;
    int num_elements = 5;
    //int 형 변수 5개 크기 만큼의 메모리를 0으로 초기화하여 할당 
    ptr = (int *)calloc(num_elements, sizeof(int));

    if (ptr == NULL) {
        printf("메모리 할당 실패\n");
        return 1 ;
    }

    //메모리 할당 후 필요한 작업 수행

    //할당된 메모리 해제 
    free(ptr);

    return 0;
}

realloc(Re-allocation)

이미 할당된 메모리 블록의 크기를 변경하거나 새로운 크기로 재할당. ptr이 가리키는 메모리 블록을 new_size에 맞게 조정하고 이전 데이터를 새로운 크기에 맞게 유지하거나 복사
메모리 재할당에 실패하면 NULL 반환하고 원래 메모리는 변경되지 않음

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    int len = 4;
    int len2 = 10;
    int *arr = (int *)malloc(sizeof(int)*len);
    
    if (arr==NULL) {
        printf("메모리 할당 실패\n");
        return 1; 
    }

    for (int i= 0; i< len; i++){
        arr[i] = i;
    }

    arr = (int *)realloc(arr, sizeof(int)*len2);

    if (arr== NULL){
        printf("메모리 재할당 실패\n");
        return 1 ;
    }

    for (int i= len; i<len2; i++) {
        arr[i] = i;
    }

    printf("배열 요소 출력: ");
    for (int i =0; i<len2; i++) {
        printf("%d", arr[i]);
    }

    free(arr);

    return 0 ;
}

free(free memory)

malloc, calloc, realloc을 통해 할당된 메모리 해제
-> 메모리 블록 해제하고 해당 메모리는 다시 사용 가능한 상태가 된다 .

예시 코드


#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h> 

int main(void) {
    int num; //총 과목 수 
    int *pArr; //점수를 저장할 배열을 가리킬 포인터
    int average = 0; // 평균 점수

    // 저장할 과목수 num 입력 받기 
    printf("몇개의 과목을 저장할 것인가요?");
    scanf("%d", &num);

    // 입력 받은 수가 0 
    if (num ==0) {
        return 0;
    }
    
    //과목 수에 해당하는 크기의 정수 배열을 동적 할당
    pArr = (int*)malloc(sizeof(int)*num);

    //메모리 할당 실패시 오류 메시지 출력 
    if (pArr== NULL) {
        printf("malloc error");
        exit(1);
    }
    //각 과목 점수 입력 받기 
    for (int i =0; i<num; ++i){
        printf("[%d/%d] 점수 입력 : ", i + 1 ,num);
        scanf("%d", &pArr[i]);
    }
    // 입력받은 각 과목 점수 출력 
    for (int i=0; i<num; ++i) {
        printf("%d번쨰 과목의 점수: %d\n", i +1, pArr[i]);
    }
    //입력받은 점수들의 평균 계산 
    for (int i = 0; i <num; ++i) {
        average += pArr[i];
    }
    average /= num;
    
    printf("평균: %d\n", average);
    //동적으로 할당받은 배열 메모리 해제 
    free(pArr);

    system("pause");
    return 0;
}

(int*)malloc(sizeof(int) * num)을 사용하여 num개의 정수를 저장할 배열을 동적 할당