C: 동적 할당과 활용

렉토피아 정혜경 강사님의 Secure & Generic C 강의를 듣고, 정리한 내용입니다. 
해당 내용의 저작권은 정혜경 강사님에게 있습니다.

동적 할당

 user level에서 사용할 수 있는 동적 할당으로는 대표적으로 `malloc`과 `calloc`이 있다. `malloc`은 사용하고자 하는 메모리 공간을 할당 후 별도의 초기화가 없어 쓰레기 값을 같는다. 이와 달리 `calloc`은 메모리 공간 할당 후에 할당된 공간을 모두 0으로 초기화 한다.

 

malloc

 malloc은 parameter로 할당하고자 하는 크기를 받는다. 보통은 할당하고자 하는 공간의 데이터 타입에 따라 `sizeof(데이터 타입)` 연산을 통해 할당한다. 만약 malloc을 사용하여 크기가 5인 int 1차원 배열을 할당한다면  `int * p = (int *)malloc(5 * sizeof(int))`와 같이 선언할 수 있다.

 

calloc

 calloc은 malloc과 달리 parameter가 `(할당하고자 하는 개수,  데이터 타입의 크기)`로 나뉜다. return type은 malloc과 마찬가지로 `(void *)`이다. 위의 예시와 동일한 조건을 calloc으로 표현한다면, `int * pointer = (int *)calloc(5, sizeof(int))`로 선언할 수 있다.

 

포인터의 활용

 동적 할당을 통해 메모리 관리를 하기 위해서는 포인터의 이해가 필요하다. `&`, `*`가 어떤식으로 동작하는지에 대한 이해가 필요하다. 예를 들어 1차원 배열을 동적할당하면 왜 `int *` 타입으로 선언된 변수에 받는다. 이는 동적으로 할당된 메모리의 주소를 가르키기 위해 1차원 포인터로 받는다.

 즉, `int a = 10`이 있을 때 `&a`의 주소를 받기 위해서는 `int * b`와 같이 싱글 포인터가 필요하다. 만약 `b`를 받기 위한 parameter를 선언하기 위해서는 어떻게 하여야할까? 마찬 가지로 `&b`의 주소를 받아야 하기에 `int **c`와 같은 더블 포인터가 필요하다. 이는 `c → b → a`와 같이 포인팅하게 된다. 이 개념을 바탕으로 2차원 배열을 동적 할당 하므로 충분히 이해하여야 한다.

 

2차원 배열 동적 할당

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#pragma warring (disalbe:4996)
int** alloc(int row, int col);
void input(int** p, int row, int col);
void output(int** p, int row, int col);
void clear(int** p, int row);

int main()
{
	int** ip;
	int  col, row;

	printf("row : ");
	scanf("%d", &row);

	printf("column : ");
	scanf("%d", &col);


	ip = alloc(row, col);

	if (ip == NULL)
		return 1;

	input(ip, row, col);
	output(ip, row, col);
	clear(ip, row);

	return 0;
}

int** alloc(int row, int col) {
	int** arr = NULL;

	/*
	* int *를 담을 수 있는 연속된 메모리 할당.
	* 따라서 row pointer는 더블포인터
	* [ int * ][int * ] ... [int *] --> 
	* 각 주소에 col을 할당함
	* 연속된 int *를 가진 공간의 주소는 int **이 됨.
	*/
	arr = (int**)malloc(row * sizeof(int*));

	if (arr == NULL) {
		return NULL;
	}


	for (int i = 0; i < row; i++) {
		arr[i] = (int*)malloc(col * sizeof(int));

		if (arr[i] == NULL) {
			clear(arr, i);
			free(arr);
			return NULL;
		}
	}

	return arr;
}

void input(int** p, int row, int col) {
	for (int i = 0; i < row; i++) {
		for (int j = 0; j < col; j++) {
			p[i][j] = i + j;
		}
	}
}

void output(int** p, int row, int col) {
	for (int i = 0; i < row; i++) {
		for (int j = 0; j < col; j++) {
			printf("%d ", p[i][j]);
		}
		printf("\n");
	}
}

void clear(int** p, int row) {
	if (p == NULL)
		return;

	for (int i = 0; i < row; i++) {
		free(p[i]);
	}
	free(p);
}

 2차원 배열을 선언하기 위해서는 `int *`의 공간을 연속으로 할당하여야 한다. 또한 `int *`로 연속 할당된 공간의 주소를 받기 위한 변수는 위에서 설명하였듯이 `int **`이 된다.

 

• row 만큼의 특정 데이터 타입 포인터 공간을 연속 할당
• 각 데이터 타입 포인터에 col 만큼의 데이터 타입 공간을 연속 할당

 즉, 위의 그림과 같이 연속된 row만큼에 할당 된 공간에 col 만큼 할당하게 되는 것이다. 이런 작업을 한번 더 하게 되면 3차원 배열이 될 것이고, 한번 더 하게 되면 4차원 배열이 된다.

 

메모리 할당 해제

 row 크기 만큼 할당한 공간을 먼저 해제 하게 되면, col 크기 만큼 할당된 메모리 공간은 프로그램이 종료 될때 까지 해제 되지 않는다. 따라서 해제는 할당의 역순으로 진행하여야 한다.

 

shallow copy vs deep copy

void copy(int** p1, int** p2, int row, int col) {
	if (p1 == NULL || p2 == NULL)
		return;

	for (int i = 0; i < row; i++) {
		for (int j = 0; j < col; j++) {
			p1[i][j] = p2[i][j];
		}
	}
}

 다차원 배열 또는 구조체 멤버에 동적 할당을 하게 되면 `shallow copy`와 `deep copy`를 이해하여야 메모리 누수를 막을 수 있다. 예를 들어 2차원 배열을 동적할당한 arr1, arr2가 있다고 하면 arr2의 값을 arr1로 복사하기 위해 `arr1 = arr2`를 하면 어떤 일이 발생할까? 포인터가 가르키고 있는 부분만 변경되고 동적할당 된 메모리가 할당되지 않는 상태가 발생한다. 따라서 아래와 같은 코드를 작성하여 값을 복사하여 복사한 곳의 메모리 공간도 해제할 수 있도록 하여야 한다.