(C언어) 24 - 포인터와 배열

이번 내용의 결론은 "배열은 포인터이고, 포인터는 배열이다." 가 됩니다.

1. 포인터와 메모리

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포인터는 데이터가 있는 위치를 가르키는 변수입니다. 직관적으로 생각했을 때 포인터를 +1 증가시키는 행위는 다음 데이터를 가르키도록 하게 될 겁니다. 다음 데이터는 자료형의 크기만큼 위치를 이동시킨 곳에 있습니다.

ptr은 data1을 가르킵니다. 정확히는 data1의 첫 번째 byte를 가르킵니다. ptr에 +1을 더하면 4byte를 뛰어넘어 다음 데이터를 가르킵니다. 메모리공간에는 1byte당 하나의 주소값이 할당이 됩니다. 따라서 위 그림의 경우에는 4byte를 뛰어넘기때문에 주소값도 +4 증가합니다.

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int num = 10;
    int * ptr = &num;

    printf("%#x, %d\n", ptr, ptr);
    printf("%#x, %d\n", ptr+1, ptr+1);
    printf("%#x, %d\n", ptr+2, ptr+2);
    printf("%#x, %d\n", ptr+3, ptr+3);
    printf("%#x, %d\n", ptr+4, ptr+4);

    return 0;
}

실행결과

0xaffd14, 11533588

0xaffd18, 11533592

0xaffd1c, 11533596

0xaffd20, 11533600

0xaffd24, 11533604

계속하려면 아무 키나 누르십시오 . . .

위 코드의 결과에서 알 수 있는 건 "포인터의 증가/감소 연산은 포인터형의 크기만큼 메모리에서의 위치 이동이며 그만큼 주소값이 증가/감소 한다" 입니다.

2. 배열의 이름은 포인터다

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배열의 이름은 포인터이며 배열 원소들 중 가장 첫 번째 원소를 가르킵니다. 그리고 배열도 포인터처럼 * 연산자를 사용한 연산이 가능하고, 포인터 또한 배열처럼 대괄호 [ ]를 통한 index값으로 다룰 수 있습니다.

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int iarr[] = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
    double darr[] = {0.0, 1.1, 2.2, 3.3, 4.4, 5.5, 6.6, 7.7, 8.8, 9.9, 10.10};

    printf("%#x, %d\n", iarr, iarr);
    printf("%#x, %d\n", iarr+1, iarr+1);
    printf("%#x, %d\n", iarr+2, iarr+2);
    printf("%#x, %d\n", iarr+3, iarr+3);
    printf("%#x, %d\n", iarr+4, iarr+4);

    printf("\n");

    printf("%#x, %d\n", darr, darr);
    printf("%#x, %d\n", darr+1, darr+1);
    printf("%#x, %d\n", darr+2, darr+2);
    printf("%#x, %d\n", darr+3, darr+3);
    printf("%#x, %d\n", darr+4, darr+4);

    return 0;
}

실행결과

0x12ff974, 19921268

0x12ff978, 19921272

0x12ff97c, 19921276

0x12ff980, 19921280

0x12ff984, 19921284

0x12ff914, 19921172

0x12ff91c, 19921180

0x12ff924, 19921188

0x12ff92c, 19921196

0x12ff934, 19921204

계속하려면 아무 키나 누르십시오 . . .

int형 배열의 이름은 +1씩 증가연산을 시킬때마다 가르키는 주소값이 +4만큼 증가하면서 다음 원소를 가르키고 double형 배열의 이름은 가르키는 주소값이 +8만큼 증가하면서 다음 원소를 가르킵니다. 배열 이름의 +1 증가연산의 결과는 배열 원소들의 자료형 크기만큼의 값의 증가이다'는 결론이 나옵니다.

배열 이름은 포인터 연산자 * 역시도 당연히 사용 가능합니다.

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int arr[] = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};

    printf("arr[0] = %d, *arr = %d\n", arr[0], *arr);
    printf("arr[1] = %d, *(arr+1) = %d\n", arr[1], *(arr+1));
    printf("arr[2] = %d, *(arr+2) = %d\n", arr[2], *(arr+2));
    printf("arr[3] = %d, *(arr+3) = %d\n", arr[3], *(arr+3));
    printf("arr[4] = %d, *(arr+4) = %d\n", arr[4], *(arr+4));

    return 0;
}

실행결과

arr[0] = 0, *arr = 0

arr[1] = 1, *(arr+1) = 1

arr[2] = 2, *(arr+2) = 2

arr[3] = 3, *(arr+3) = 3

arr[4] = 4, *(arr+4) = 4

계속하려면 아무 키나 누르십시오 . . .

배열의 이름 arr가 포인터라면, *arr를 통해 포인터인 arr가 가르키는 메모리 주소의 data(배열 arr의 가장 첫 번째 원소)에 접근할 수 있어야합니다. arr[0]과 *arr의 값이 같습니다. 정말로 배열의 이름은 가장 첫 번째 원소를 가르키는 포인터였던 것입니다.

3. 포인터도 배열처럼 index 연산이 가능하다

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위에서는 배열 이름이 포인터이기 때문에 포인터의 연산이 모두 가능한 것을 확인했습니다.

그리고 반대로 포인터 변수 역시 배열과 같은 방법으로 index값을 이용하여 메모리공간에 접근이 가능합니다.

#include <stdio.h>
int main(void)

{
    int arr[] = {0,1,2,3,4,5};
    int * ptr = &arr[0]; //ptr이 arr[0]의 위치를 가르키도록 초기화

    printf("arr[0] = %d, ptr[0] = %d\n",arr[0], ptr[0]);
    printf("arr[1] = %d, ptr[1] = %d\n",arr[0], ptr[1]);
    printf("arr[2] = %d, ptr[2] = %d\n",arr[0], ptr[2]);
    printf("arr[3] = %d, ptr[3] = %d\n",arr[0], ptr[3]);
    printf("arr[4] = %d, ptr[4] = %d\n",arr[0], ptr[4]);

    return 0;
}

실행결과

arr[0] = 0, ptr[0] = 0

arr[1] = 0, ptr[1] = 1

arr[2] = 0, ptr[2] = 2

arr[3] = 0, ptr[3] = 3

arr[4] = 0, ptr[4] = 4

계속하려면 아무 키나 누르십시오 . . .

포인터도 배열처럼 index를 이용하여 ptr[0], ptr[1], ptr[2], . . . 와 같이 index를 통한 값의 참조가 가능합니다. 결국은 서로가 서로의 연산을 이용할 수 있는겁니다.

정리하자면,

배열의 이름은 가장 첫 번째 원소를 가르키는 포인터이며 *연산이 가능하다. 그리고 배열 이름의 포인터형은 배열의 원소들의 자료형과 같다. 또한 포인터 역시 배열처럼 index를 이용한 데이터의 접근이 가능하다.

위의 결론을 수식으로 표현하면 C언에서 포인터와 배열의 중요한 관계식이 나옵니다.

arr[i] = *(arr+i)
*(ptr+i) = ptr[i]

4. 포인터와 배열의 차이

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사실 배열=포인터의 관계가 성립하는 것은 아닙니다. 말하자면 배열은 말 그대로 데이터를 담고있는 바구니이고 포인터는 첫 번째 데이터를 가르키는 포인터 변수일 뿐입니다. 하지만 배열의 이름 자체는 포인터이기 때문에 연산이나 데이터의 접근 방법에 있어서 유사성이 있는것입니다.

또한 배열의 이름과 포인터는 size가 다릅니다.

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int iarr[] = {1,2,3,4,5,6,7};
    double darr[] = {1.1, 2.2, 3.3, 4.4, 5.5, 6.6, 7.7};

    int * iptr = &iarr[0];
    double * dptr = &darr[0];

    printf("size of iarr : %d\n", sizeof(iarr));
    printf("size of iptr : %d\n", sizeof(iptr));
    printf("size of darr : %d\n", sizeof(darr));
    printf("size of dptr : %d\n", sizeof(dptr));

    return 0;
}

실행결과

size of iarr : 28

size of iptr : 4

size of darr : 56

size of dptr : 4

계속하려면 아무 키나 누르십시오 . . .

iarr는 크기가 4byte인 int형 정수를 7개 담고 있으므로 28byte가 나오고 darr는 크기가 8byte인 double형 실수 7개를 담고 있으므로 56byte가 나옵니다. 하지만 포인터의 크기는 항상 4byte가 나옵니다. 이유는 포인터의 개념을 생각해보시면 알 수 있습니다.

포인터는 메모리공간의 주소값을 저장하는 변수입니다. 주소값의 크기는 항상 4byte이기 때문에 sizeof 연산의 결과가 4가 나온겁니다. 4byte는 32bit이고 8개의 hex값으로 나타낼 수 있습니다. 가령 0x11ff2310 같은 값 말입니다. 제가 사용하는 컴파일러는 주소값을 32bit로 표현하도록 설정되어있습니다. 만약 제 컴파일러가 64bit의 주소값을 사용하도록 설정을 하면 모든 포인터의 sizeof 연산의 결과는 8이 나올겁니다. 이는 운영체제때문이 아닙니다. x64의 운영체제도 32bit 컴파일을 할 수 있고 16bit 컴파일도 가능합니다. 16bit로 컴파일러에서는 모든 포인터의 sizeof 연산결과는 2가 나올겁니다.

포인터의 크기와 포인터의 연산은 헷갈릴 수 있습니다. 포인터의 크기는 메모리상의 주소를 나타내기 위해 사용하는 bit수와 관련이 있으며 컴파일 설정에 따라 달라지는 값이고 증가 감소 연산은 포인터가 가르키는 자료형의 크기에 따라 달라지는 겁니다.

포인터는 변수포인터와 상수포인터로 나뉩니다. 배열의 이름은 상수 포인터이기 때문에 가르키는 곳을 변경할 수 없습니다. 배열의 이름은 자신의 원소 중 가장 첫 번째 원소만 가르킬 수 있는 상수 포인터입니다.

배열 이름은 상수 포인터이기 때문에 위 사진과 같이 다른 변수의 주소를 대입하려고 시도하니 오류가 납니다.