[C] 메모리 구조 | 스택, 힙, 데이터영역 | stack, Heap, Data

전공 수업 내용을 복습하던 중 동적 메모리와 관련된 함수들이 대거 나와서 정리의 필요성을 느꼈다.

안교수님 너무 꼼꼼하시다 하 하 하 하 

 

우선 동적 할당을 이해하려면 메모리 구조를 이해할 필요가 있다. 그래서 이번 글에서는 메모리 구조를 먼저 정리하려 한다.

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.

 

할당 시기 : 프로그램이 실행될 때마다

할당 장소 : 메인 메모리(RAM)

할당 용도 : 프로그램 실행 시 필요한 메모리 공간(지역변수, 전역변수 선언을 위해) 할당

 

 

 

데이터(Data) 영역

 

 - 전역 변수와 static 변수가 할당되는 영역

 - 프로그램의 시작과 동시에 할당되고, 프로그램이 종료되어야 메모리에서 소멸된다.

 

#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 알아보았다.

아니, 그럼 이 두가지 영역만 있으면 코드를 짤 수 있는 거 아님????????????

 

그럼 힙영역은 왜 필요한 걸까?

 

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 공부해야한다. 그래서 지금부터 알아보도록 하자!