[TIL_C++]매개변수, 지역변수 / Call by Value, Ref / 메모리 할당

오늘의 기술 키워드

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매개변수 (Parameter)

 

매개변수는 함수가 외부로부터 값을 전달받기 위해 사용하는 특별한 지역변수라고 할 수 있다.

함수를 정의할 때 괄호 안에 선언하며, 함수가 호출될 때 값을 전달받는다.

• 역할: 외부 데이터를 함수 내부로 가져오는 통로 역할을 합니다.
• 생성 시기: 함수가 호출될 때 생성되고, 함수 실행이 끝나면 사라집니다.

void printSum(int a, int b) { // 여기서 a와 b가 매개변수입니다.
    int sum = a + b;
    printf("합계: %d\n", sum);
}

int main() {
    printSum(10, 20); // 10과 20이 a와 b에 전달됩니다.
    return 0;
}

 

이 예시에서 printSum 함수는 a와 b라는 매개변수를 통해 main 함수로부터 10과 20이라는 값을 전달받아 합계를 계산한다

 

 

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지역변수 (Local Variable)

지역변수는 함수나 특정 코드 블록(중괄호 {}) 내에서 선언되어 그 안에서만 사용 가능한 변수.

다른 함수에서는 접근할 수 없다.

• 역할: 함수 내부에서 필요한 데이터를 저장하고 계산하는 데 사용됩니다.
• 생성 시기: 변수가 선언된 코드 블록이 실행될 때 생성되고, 블록 실행이 끝나면 사라집니다.

void calculate() {
    int x = 10; // 여기서 x는 지역변수입니다.
    int y = 20; // y도 지역변수입니다.
    printf("x: %d, y: %d\n", x, y);
}

int main() {
    calculate();
    // printf("%d", x); // 에러! x는 calculate 함수 안에서만 유효합니다.
    return 0;
}

 

이 예시에서 x와 y는 calculate 함수 내에서만 존재하고 사용된다. main 함수에서는 x에 접근할 수 없다.

 

비유로 설명

매개변수는 "손님에게서 주문을 받는 메뉴판"이고, 지역변수는 "주방 안에서 요리를 위해 사용하는 재료나 도구"

메뉴판(매개변수)은 손님(외부)의 주문(값)을 받아 주방(함수)에 전달하고, 주방에서는 재료와 도구(지역변수)를 사용해 음식을 만듦

 

 

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Call by Value와 Call by Reference

 

함수에 데이터를 전달하는 두 가지 방식.

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Call by Value

콜 바이 밸류는 값(Value)을 복사해서 전달하는 방식. 

• 동작 방식: 함수를 호출할 때, 전달하려는 변수의 '값'을 복사해서 매개변수에 넘겨줌.
• 특징: 함수 내부에서 매개변수의 값을 변경해도, 원래 변수의 값은 변하지 않음. 왜냐하면 함수는 원본이 아닌, 복사된 값을 가지고 작업하기 때문.
• 비유 설명: 친구에게 중요한 서류의 '사본'을 주는 것과 같습니다. 친구가 그 사본에 낙서를 해도, 내가 가진 원본 서류는 그대로 깨끗한 것과 같음.

#include <stdio.h>

void increase(int num) { // num은 x의 복사본입니다.
    num = num + 1;
    printf("함수 안: %d\n", num); // 11
}

int main() {
    int x = 10;
    increase(x); // x의 값 10이 increase 함수로 복사됩니다.
    printf("함수 밖: %d\n", x); // 10 (변화 없음)
    return 0;
}

 

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Call by Reference

콜 바이 레퍼런스는 주소(Reference, Memory Address)를 전달하는 방식

• 동작 방식: 함수를 호출할 때, 변수가 저장된 '메모리 주소'를 매개변수에 넘겨준다. 함수는 이 주소를 이용해 원본 변수에 직접 접근해서 값을 변경할 수 있다.
• 특징: 함수 내부에서 매개변수를 통해 값을 변경하면, 원본 변수의 값도 함께 변경됨.
• 비유 설: 친구에게 '집 열쇠'를 주는 것과 같습니다. 친구는 그 열쇠로 집에 들어가서 가구를 마음대로 바꿀 수 있고, 내가 다시 집에 와보면 변경된 상태 그대로인 것과 같다.
• 예시 (C 언어): C 언어는 엄밀히 말해 콜 바이 레퍼런스를 직접 지원하지 않는다. 대신, 포인터(Pointer)를 사용해서 이와 같은 효과를 낼 수 있다. 이를 '콜 바이 포인터(Call by Pointer)'라고 부르기도 한다..

#include <stdio.h>

void increase(int *num) { // num은 x의 주소를 가리키는 포인터입니다.
    *num = *num + 1; // *num은 주소에 있는 원본 값에 접근합니다.
    printf("함수 안: %d\n", *num); // 11
}

int main() {
    int x = 10;
    increase(&x); // x의 주소를 increase 함수로 전달합니다.
    printf("함수 밖: %d\n", x); // 11 (값이 변경됨)
    return 0;
}

 

위 코드에서 &x는 x의 메모리 주소를 의미하고, *num은 그 주소에 저장된 값을 의미.

 

 

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메모리 할당 (Memory Allocation)

메모리 할당은 프로그램이 실행되는 동안 필요한 데이터를 저장하기 위해 컴퓨터의 메모리 공간을 확보하는 과정.

컴퓨터의 메모리는 마치 큰 창고와 같아서, 프로그램이 창고에 필요한 물건(데이터)을 보관할 공간을 요청하는 것이라고 생각할 수 있다. C언어에서 메모리 할당은 크게 두 가지 방식으로 나뉨.

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1. 정적 메모리 할당 (Static Memory Allocation)

정적 할당은 프로그램이 시작되기 전에 메모리 크기가 결정되는 방식.

• 언제 사용? 컴파일러가 변수의 크기를 미리 알 수 있을 때 사용.
• 어디에 할당? 주로 스택(Stack) 영역에 할당됨. 스택은 함수 호출과 관련된 지역 변수들이 순서대로 쌓이는 공간.
• 특징:
  • 빠르다. 미리 정해진 규칙에 따라 할당되므로 효율적.
  • 크기 변경이 불가능. 프로그램 실행 중에 할당된 메모리 크기를 바꿀 수 없다.
  • 자동으로 해제됨. 함수 실행이 끝나면 할당된 메모리가 자동으로 정리됨.

int number = 10; // 4바이트 정수 공간이 미리 할당됩니다.
int arr[10];      // 40바이트 배열 공간이 미리 할당됩니다.

 

위 변수들은 main 함수가 시작될 때 스택에 필요한 공간이 마련되고, main 함수가 종료될 때 자동으로 사라짐.

 

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2. 동적 메모리 할당 (Dynamic Memory Allocation)

동적 할당은 프로그램이 실행되는 동안 필요한 만큼 메모리 크기를 결정하는 방식.

• 언제 사용? 컴파일러가 변수의 크기를 미리 알 수 없을 때 사용됨. 예를 들어, 사용자의 입력에 따라 배열의 크기가 달라져야 할 때 유용함.
• 어디에 할당? 힙(Heap) 영역에 할당됨. 힙은 사용자가 원하는 크기만큼 자유롭게 메모리를 할당하고 해제할 수 있는 공간임.
• 특징:
  • 느립니다. 메모리를 할당하고 해제하는 과정이 추가적으로 필요.
  • 크기 변경이 가능합니다. 프로그램 실행 중에 메모리 크기를 조절할 수 있다.
  • 수동으로 해제해야 합니다. 사용자가 free() 함수를 이용해 직접 메모리를 해제하지 않으면, 메모리가 계속 쌓여서 프로그램이 비정상적으로 종료될 수 있다. 이를 메모리 누수(Memory Leak)라고 한다.

#include <stdlib.h> // malloc, free 함수 사용을 위해 필요

int main() {
    int* arr;
    int size = 10;

    // 10개의 정수(40바이트)를 힙에 동적으로 할당
    arr = (int*)malloc(sizeof(int) * size);

    // 할당된 메모리 사용
    // ...

    // 사용이 끝난 메모리 해제
    free(arr);

    return 0;
}

 

이 예시에서 malloc() 함수는 힙 영역에 원하는 크기만큼 메모리를 할당하고, 그 주소를 반환함. 할당된 메모리는 free() 함수를 호출해야만 해제된다.

 

 

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질문 & 깨달음

 

1. 매개변수 vs. 지역변수: 왜 따로 존재할까?

의문 포인트: main 함수에서 변수 선언하고 다른 함수에서 쑬 수 없나? 매개변수라는 걸 굳이 써야 하나요?

깨달음 포인트: 함수의 독립성을 위해.

• 모든 함수가 다른 함수의 변수를 마음대로 가져다 쓸 수 있다면, 프로그램이 복잡해질수록 어떤 변수가 어디서 변경되었는지 추적하기가 매우 어려워진다.
• 매개변수는 함수가 외부로부터 필요한 데이터만 "정해진 통로"로 전달받게 하는 규칙. 마치 주문받은 재료만으로 요리하는 주방처럼, 함수는 자신에게 전달된 데이터만 가지고 작업을 수행한다.
• 지역변수는 함수 내부에서만 사용되는 "작업대"와 같다(?). 이 작업대 위에 놓인 도구들은 다른 작업실(다른 함수)에 영향을 주지 않는다.
• 이러한 독립성 덕분에 함수는 재사용하기 쉽고, 버그를 찾기도 훨씬 수월해진다.

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2. 콜 바이 밸류 vs. 콜 바이 레퍼런스: 언제 어떤 걸 써야 할까?

의문 포인트: 함수에 변수를 넘겼는데 왜 값이 안 바뀌는가? 혹은 값이 바뀌었는데 왜 이렇게 되는 거지?

깨달음 포인트: 함수의 목적에 따라 다른 방식을 사용함.

• 콜 바이 밸류 (Call by Value): 원본 보호가 목적일 때 사용함. 함수가 전달받은 값으로 계산만 하고, 원래의 데이터는 건드리지 않아야 할 때 유용하다다.
  • 예: 두 숫자의 합을 계산해서 반환하는 함수. 원본 값은 그대로 두고, 결과만 알려주면 된다.
• 콜 바이 레퍼런스 (Call by Reference): 원본 변경이 목적일 때 사용함. 함수가 여러 변수의 값을 한 번에 변경해야 하거나, 함수의 결과로 여러 값을 반환해야 할 때 사용함. (C에서는 포인터를 이용)
  • 예: 두 변수의 값을 서로 바꾸는 함수. swap 함수는 두 변수의 주소를 받아와서 직접 값을 변경해야 한다.

이 두 가지 방식의 차이를 이해하는 것은 메모리(주소)의 개념을 이해하는 것과 직결되므로 잘 공부해야한다고 느꼈다.

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3. 메모리 할당 (정적 vs. 동적): 왜 복잡하게 해야 할까?

의문 포인트: int arr[10]; 이렇게 배열을 쓰면 편한데, 왜 malloc 같은 걸 써서 복잡해지는가?

깨달음 포인트: 프로그램의 유연성을 확보하기 위해서.

• 정적 할당: 컴파일 시점에 크기가 정해져 있다. 프로그램이 실행되기 전에 "10칸짜리 창고"를 미리 만들어 놓는 것과 같다. 빠르고 편리하지만, 10칸보다 더 많이 필요하거나 적게 필요할 때 낭비가 발생함.
• 동적 할당: 프로그램 실행 중에 "필요할 때, 필요한 만큼의 창고"를 만드는 것과 같다. 사용자의 입력에 따라 배열의 크기가 달라질 때, 정적 할당으로는 불가능한 작업을 수행할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 100개의 데이터를 입력할지, 10,000개의 데이터를 입력할지 모를 때 매우 유용하다.
• 이때 malloc 함수는 힙(Heap)이라는 자유로운 메모리 공간에서 창고를 만들어주고, 그 창고의 시작 주소를 알려준다. 이 주소를 저장하기 위해 포인터가 필수적으로 사용된다. 따라서 포인터, 동적 할당은 떼려야 뗄 수 없는 관계다.

 

오늘 좀 헷갈렸던 이 세 가지 개념은 각각 독립된 것처럼 보이지만, '메모리'라는 공통된 기반 위에서 서로 연결되어 작동하는 것을 알게 됐다. 기초를 제대로 해두지 않으면 이후에 더 힘들 것으로 보여 꼼꼼히 채워야겠다는 생각을 했다.

 

 

 

 

오늘의 연결 태그

#C언어 #메모리 #변수 #포인터 #함수

 

 

오늘의 메모 한 줄

포인터, 매개변수, 메모리 할당은 결국 데이터를 효율적으로 다루기 위해 '주소'를 활용하는 것들로, 잘 배워두자.