[C언어] 포인터의 기본 개념

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[C언어] 포인터의 기본 개념

청월누리 2025. 4. 4. 01:41

C언어의 핵심이자 가장 중요한 개념 중 하나인 포인터의 기본 개념에 대해 정리한 글입니다.

변수와 메모리, 그리고 주소의 개념

변수와 메모리

변수 (Variable)

특정 데이터를 저장해두는 이름 (label)
- ex) int a = 10 ➡️ 변수 이름 = a | 값 = 10
모든 변수들은 주소가 존재 ➡️ 변수 이름은 개발자(사람)을 위한 것이라면 주소는 컴퓨터를 위한 값

메모리 (Memory)

프로그램에서 사용하는 모든 변수들이 저장되는 위치 ➡️ 컴퓨터 메모리(램, RAM) 어딘가에 실제로 저장되어 있음
변수가 선언되면, 해당 변수는 메모리 어딘가에 자료형의 크기만큼 공간을 차지하고 값을 저장하고 있음

주소 (Address)

메모리는 매우 많은 칸들로 구성되어 있고, 각 칸마다 고유의 변호가 있으며 이를 주소(address) 혹은 메모리 주소라고 함
C언어에서는 어떤 변수에 할당된 메모리 위치를 주소값으로 표현할 수 있으며, &(앰퍼샌드)를 붙여 표현 (변수의 메모리 주소 = 변수가 저장된 메모리의 시작 주소)
- ex) int a = 10 ➡️ 변수 a의 메모리 주소 = &a
OS는 메모리 주소를 byte (1 byte = 8 bit) 단위로 관리
주소는 일반적으로 16진수 형태(ex. 0x005FFEC4)로 표현되며, 시스템이나 컴파일러에 따라 달라질 수 있고, 실행 때마다 바뀌는 경우가 많음

주소값 관리

운영체제와 컴파일러가 프로그램이 시작될 때, 변수들이 사용할 메모리 영역을 배정 ➡️ C언어의 코드 레벨에서는 개발자가 구체적으로 메모리 주소를 결정하지 않음
& 연산자를 통해 변수에 할당된 실제 메모리 주소를 가져와 사용할 수 있음

포인터의 개본 개념

포인터의 개요

포인터 (pointer)

포인터는 "메모리 주소를 저장하는 변수"
- 포인터 = 포인터 변수 = 메모리 주소를 보관하는 변수
포인터 자체도 변수이기 때문에 메모리에 저장되지만, 변수에 담긴 값이 일반적인 데이터 혹은 값이 아니라 "주소"라는 것이 핵심
메모리 주소를 가지고 직접 메모리의 내용에 접근해서 조작 가능 ➡️ 동적 메모리를 할당하거나 연결 리스트와 같은 향상된 자료구조를 생성할 때 사용

포인터를 사용하는 이유
데이터의 복사를 피하고 데이터를 공유하며 작업할 수 있다.
📌 데이터를 복사하지 않는다.➡️ 추가 메모리 공간이 필요하지 않다.
📌 데이터를 공유한다. ➡️ 여러 부분에서 동일한 데이터를 참조한다.

포인터의 선언

#include <stdio.h>

int main() {
  int a = 10;
  int *pa = &a;

  return 0;
}

자료형 뒤에 *을 붙여서 "포인터 변수"임을 표기하고, 변수명을 작성
- int* pa : 변수 pa가 "int 타입을 가리키는 포인터"라는 선언
- *의 위치는 표기 스타일에 따라 int* pa 혹은 int *pa 등으로 작성 가능 (의미는 동일)

포인터가 주소를 저장할 때, 포인터가 해당 변수(혹은 변수의 메모리 주소)를 "가리킨다"라고 표현 (화살표로 표현)
*pa는 포인터 변수인 pa가 가리키고 있는 메모리 주소에 저장된 값을 의미하며, pa는 해당 메모리 주소를 의미
- 위 코드에서 *pa는 변수 a와 동일하게 취급할 수 있고, pa는 변수 a가 저장된 메모리 주소값을 의미한다.

주소 연산자와 간접 연산자

주소 연산자 (&, address operator) : 변수 앞에 붙여 그 변수의 주소 값을 가져옴 (ex. &a)
간접 연산자 (*, dereference operator)
- 변수 선언부(ex. int* pa)에서 *은 해당 변수가 포인터라는 것을 의미
- 표현식(*pa)에서 *은 포인터가 가리키는 대상(값)을 의미

포인터 변수 pa가 있을 때, 변수 pa 자체는 주소를 담고 있고, *pa는 그 주소에 저장된 실제 데이터를 의미한다.

포인터와 메모리 구조

운영체제나 컴파일러 등에 따라 달라질 수 있지만, C 프로그램은 대략적으로 위 그림과 같은 메모리 구조를 가진다.
- 텍스트(코드) 영역 : 실행할 프로그램의 기계어 코드가 저장되는 영역
- 데이터 영역 : 전역 변수, 정적(static) 변수 등이 저장되는 영역
- 힙(heap) 영역 : 동적 메모리 할당(malloc, free 등)을 통해 사용할 수 있는 영역
- 스택(stack) 영역 : 지역 변수 등이 저장되는 영역으로, 함수가 호출될 때마다 새로운 스택 프레임이 생기고 함수가 끝나면 제거
포인터는 어떤 영역에 있는 변수를 가리키든 "주소"를 담고 있다는 점은 동일
단, 해당 변수가 전역 변수인지, 지역 변수인지, 동적으로 할당한 메모리인지 등에 따라 사용 시 주의할 점이 달라짐

포인터 크기와 자료형

포인터 변수의 크기

포인터의 크기는 해당 시스템 아키텍처에 따라 달라짐
- 32비트 시스템 : 포인터 사이즈 = 4바이트
- 64비트 시스템 : 포인터 사이즈 = 8바이트
int*, char*, double* 등 동일한 아키텍처에서 포인터 타입의 크기는 모두 동일 (단, 포인터가 가리키는 대상의 타입은 다름)
- 타입이 다른 포인터들은 내부적으로 "가리키는 대상의 크기"가 다름 ➡️ 이를 이용해 포인터 연산 등을 수행할 때 사용

#include <stdio.h>

int main() {
  printf("int* 의 크기 : %d byte\n", sizeof(int*));
  printf("char* 의 크기 : %d byte\n", sizeof(char*));
  printf("double* 의 크기 : %d byte\n", sizeof(double*));

  printf("\n");

  printf("int 의 크기 : %d byte\n", sizeof(int));
  printf("char 의 크기 : %d byte\n", sizeof(char));
  printf("double 의 크기 : %d byte\n", sizeof(double));

  return 0;
}

포인터 타입의 크기는 모두 동일하고, 포인터가 가리키는 대상의 타입 크기는 다르다.

포인터 사용시 주의할 점

초기화되지 않은 포인터는 위험
- 포인터를 선언만 하고 주소를 넣어주지 않으면 쓰레기 값(garbage value)이 들어가 있을 수 있음
- 포인터를 선언하는 즉시 올바른 주소를 대입(int* pa = &a)하거나 NULL로 초기화(int* pa = NULL)해야 함
이미 해제한 메모리를 가리키는 포인터 사용 금지 (dangling pointer)
- 동적 할당 후, free()가 호출된 메모리 주소를 계속 사용하면 안됨
잘못된 형 변환 주의
- 포인터는 타입이 매우 중요하기 때문에 가리키는 타입에 맞춰서 사용해야 하며, 필요한 경우에만 올바른 형변환 수행
스택 변수의 주소를 함수 밖에서 사용 주의
- 지역 변수가 선언된 함수가 끝나면 스택에 있는 그 변수의 메모리는 유효하지 않음

요약 및 정리

포인터는 "메모리 주소를 저장하는 변수"
포인터를 통해 변수의 실제 위치(메모리 주소)에 접근할 수 있으며, 이를 통해 값을 읽거나 쓸 수 있음
주소는 운영체제와 컴파일러가 관리하며, C 코드 레벨에서는 & 연산자를 통해 얻고, 그 값을 pa와 같은 포인터 변수에 저장하여 사용
메모리 관리와 타입에 대한 정확한 이해가 필요