[C] Study: 동적 메모리 - (2) malloc()과 free()

 

 

 

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(2) malloc()과 free()

 

 

• 동적 메모리 할당 절차에 대해 알아보자.

 

• 동적 메모리 할당은 도서관에서 책을 빌리는 절차와 비슷하다. 도서관에서는 필요한 책을 신청하고 책이 준비되면 받아오는 단계가 필요하다. 책의 사용이 끝나면 책을 다시 도서관으로 반납하는 단계가 필요하다.

 

• 동적 메모리 할당도 마찬가지이다.

 

• 먼저 얼마나 할당을 받을 것인지를 결정하고 라이브러리 함수를 호출하여  운영 체제에게 메모리를 요청하는 단계가 필요하다. 만약 충분한 메모리가 존재하면 그 요청은 승인되고 메모리가 할당된다. 프로그램은 할당된 메모리를 사용한다. 사용이 끝나면 메모리를 다시 운영체제에게 반납하는 단계가 필요하다. 만약 메모리를 반납하지 않으면 다른 프로그램이 동적 메모리를 사용할 수 없게 될 것이다. 따라서 반드시 동적 메모리는 명시적으로 반납을 해주어야 한다.

 

 

① 동적 메모리 할당

• 동적 메모리를 할당하는 가장 기본적인 함수인 malloc()은 헤더 파일 <stdlib.h>에 원형이 정의되어 있으며 바이트 단위로 메모리를 할당한다.

 

 

 

• malloc() 함수는 요청된 크기만큼의 메모리 공간을 찾아서 메모리의 주소를 반환한다. 단위는 바이트이다.

 

• 따라서 malloc(100)이라고 하면 100바이트의 공간을 요청하는 것이다.

 

• 만약 요청한 메모리 공간을 할당할 수 없는 경우에는 NULL 값을 반환한다.

 

• 여기서 반환하는 것은 void를 가리키는 포인터이다. void 포인터를 반환하는 것은 프로그래머가 메모리 공간을 어떤 자료형으로 사용할지 알 수 없기 때문이다. void 포인터는 다른 자료형의 포인터로 변경이 가능하다. 따라서 프로그래머는 자신이 사용하고자 하는 자료형의 포인터로 형변환하여 사용해야 한다.

 

 

② 동적 메모리 사용

• 동적 메모리 공간은 이름이 없다. 동적 메모리 공간은 오직 포인터를 사용하여 사용할 수 있다. 

 

• 반환된 포인터를 통하여 메모리 블록에 데이터를 쓰고 읽을 수 있다.

 

• *pi = 'a'; 문장을 수행하면 동적으로 할당된 공간에 문자 'a'가 저장된다.

 

*p = 'a';

 

③ 동적 메모리 반납

 

• free()는 동적으로 할당되었던 메모리 블록을 시스템에 반납한다.

 

• 다음과 같은 함수 원형을 가지며 여기서 ptr은 malloc()이나 calloc()을 이용하여 동적 할당된 메모리를 가리키는 포인터이다,

 

 

• 컴퓨터 시스템에서 동적으로 할당 가능한 메모리는 제한되어 있다.

 

• 따라서 할당받은 메모리의 사용이 끝났을 경우에는 반드시 메모리를 다른 프로그램이 사용할 수 있도록 반납하여야 한다.

 

• free()를 호출할 때는 할당된 메모리를 가리키는 포인터를 인수로 하여 호출하여야 한다.

 

• 따라서 malloc()이 반환한 포인터는 절대로 잊어버리면 안 된다.

 

 

 

예제 #1

 

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

int main(void) {
	char *pc;

	pc = (char *)malloc(1*sizeof(char));
	if (pc == NULL) {
		printf("메모리 할당 오류\n");
		exit(1);
	}
    
    *pc = 'a';
	printf("%c \n", *pc);
	free(pc);

	return 0;
}

 

 

 

예제 #2

 

 

• 5개의 정수를 저장할 수 있는 동적 메모리 공간을 할당받고 여기에 1, 2, 3, 4, 5까지의 정수를 저장해보자.

 

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

main(void) {
	int *pi;

	pi = (int *)malloc(5 * sizeof(int));
	if (pi == NULL) {
		printf("메모리 할당 오류\n");
		exit(1);
	}
    
	*pi = 1; // pi[0] = 1;
	*(pi + 1) = 2; // pi[1] = 2;
	*(pi + 2) = 3; // pi[2] = 3;
	*(pi + 3) = 4; // pi[3] = 4;
	*(pi + 4) = 5; // pi[4] = 5;

	free(pi);
	return 0;
}

 

프로그램 설명

여기서 포인터 pi는 5개의 정수 중에서 첫 번쨰 정수만을 가리킨다. 그렇다면 다른 정수들은 어떻게 접근하여야 하는가? 사실 이것은 정수 타입의 1차원 배열이나 마찬가지이다. 따라서 포인터 덧셈을 이용하여 접근할 수도 있고 아니면 배열 표시를 사용하여 접근하여도 마찬가지이다. 첫 번쨰 방법은 pi를 배열의 이름처럼 생각하여 pi[1]와 같은 방법으로 접근하는 것이다. 두 번째 방법은 pi에 정수를 더하여 다음 객체를 가리킬 수 있다. 어떤 방법이던지 연산의 결과는 동일하다.

 

• 동적 메모리에 1, 2, 3, 4, 5를 저장하는 문장은 다음과 같이 반복 구문으로 작성할 수 있다.

 

int i;
for(i = 0; i < 5; i++) {
	pi[i] = i + 1;
}

 

• 위의 코드를 자세히 관찰해보면 동적 메모리 공간은 동적 배열로 간주할 수 있음을 알 수 있다. 배열과 동일한 기호를 사용하여서 사용할 수 있는 것이다.