[TIL] C++ - 메모리 레이아웃

MINO·2024년 11월 2일

2024-11-02

Visual Studio 를 통해, 알고리즘 문제를 풀다가 다음과 같은 기능을 발견하였다.
구조체 타입에 마우스 커서를 올려두니
크기, 맞춤 에 대한 정보와 메모리 레이아웃 에 대해 알 수 있었다.

크기, 맞춤	메모리 레이아웃

크기(Size)와 맞춤(Allignment)

구조체나 클래스의 크기와 맞춤 은 데이터가 메모리에 배치될 때 중요한 요소이다.

컴파일러와 시스템 아키텍처에 따라 다를 수도 있다.

크기

특정 데이터 타입이나 객체가 메모리에서 차지하는 총 바이트 수를 의미

맞춤

데이터가 메모리에 어떻게 정렬되는지에 대한 기준을 의미

맞춤을 통해 CPU가 데이터를 효율적으로 읽고 쓸 수 있도록 구조체의 멤버를 배치한다.
CPU 아키텍처와 데이터 타입에 따라 결정된다.
구조체에서 메모리가 특정 바이트의 배수 주소에서 시작해야한다.

장점

CPU는 맞춤된 데이터에 대해 더 빠르게 접근할 수 있다.
- 맞춤이 맞지 않으면, CPU 가 데이터를 여러 번 읽거나 추가적인 조작을 해야해서
  성능 저하가 발생할 수 있다.
패딩을 통해 구조체의 멤버가 올바른 위치에 정렬되도록 한다.

예시

pair<int,int>

int 2개를 멤버로 가지는 구조.

각 int가 4bytes 이므로, pair<int,int> 의 크기는 4+4 = 8bytes 이다.
두 int 가 모두 4bytes 맞춤에 따라 정렬되므로, 추가적으로 패딩이 필요하지 않고 4bytes 로 맞춰진다.

pair<double,int>

double 과 int 를 멤버로 가지는 구조.

메모리 접근 효율성을 위해,
구조체의 전체 맞춤은 가장 큰 멤버의 맞춤인 double 의 크기인 8 bytes 에 맞춰진다.

따라서, int 는 8bytes 맞춤 규칙에 따라 4bytes 의 패딩이 추가되어
pair<double,int> 의 크기는 8 + 4 + 4 = 16 bytes 가 된다.

vector<int>

int 를 멤버로 가지는 자동으로 메모리가 할당되는 배열.

vector 의 기본 멤버인
1. 데이터 포인터 : 벡터가 저장하는 실제 요소(int) 를 가리키는 포인터, 8bytes
2. 크기 변수 : 현재 저장된 요소의 개수를 나타내는 변수, 8bytes
3. 용량 변수 : 벡터에 할당된 총 메모리 용량을 나타내는 변수, 8bytes
로 인해 기본적으로 8 + 8 + 8 = 24bytes 를 차지하고, 맞춤은 8bytes 가 되겠다.

내 PC 의 경우, 컴파일러의 최적화 및 메모리 정렬 규칙이 적용되어
추가적인 패딩이 이루어져 크기가 24 + 8 = 32bytes 이다.