안녕하세요 A.N.S.I 부원 주진형입니다.

오늘은 memory allocation에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

메모리 allocation

memory allocation이라는 것은 무엇일까요?

말 그대로 memory를 allocation 한다는 뜻입니다.

우리말로 번역하면 주 기억장치(ram)에서 메모리(memory는 메모리로 번역하겠습니다.)를 할당 한다는 뜻이죠.

주 기억장치에서 우리가 잠깐 동안 저장할 공간을 만든다고 보시면 되겠습니다.

주 기억장치? 보조 기억장치?

memory allocation에 대해서 이해하기 전에 잠깐동안 하드웨어의 명칭을 정리하고 가겠습니다.

주 기억장치

주 기억장치라고 함은 우리가 일반적으로 말하는 램을 말하는 것입니다. 컴퓨터 살 때 램 16기가, 램 32기가 이런 식으로 말하는 그 램을 말하는 것입니다.

주 기억장치는 휘발성 메모리로, 컴퓨터를 끄면 데이터가 전부 사라집니다.

보조 기억장치

보조 기억장치는 우리가 일반적으로 말하는 ssd(플래시 메모리), hdd(하드 디스크)를 말합니다. 컴퓨터 살 때 말하는 ssd 512기가, 하드 2테라 이런 것들 말하는 것이죠.

보조 기억장치는 비 휘발성 메모리로 컴퓨터를 꺼도 데이터가 사라지지 않습니다.

그럼 무조건 보조 기억장치가 좋은 거 아닌가?

저만 고민 한 점일수도 있지만, 저는 왜 주 기억장치를 사용하는지 이해하지 못했습니다. 끄면 다 사라지는데 왜 쓰는거지? 전부 보조 기억장치로 사용하면 좋지 않나? 하는 의문점을 품었죠.

결론을 말씀드리면 보조 기억장치는 주 기억장치에 비해서 읽고 쓰는 속도가 굉장히 느립니다.

CrystalDiskMark 라는 읽고 쓰는 속도 벤치마크 프로그램으로 측정한 결과, ssd에 비해 ram이 3배 이상 빠른 것으로 보입니다. 실제로 체크를 해본다면 다른 결과가 나올 수 있음을 주의해주시길 바랍니다. (출처: https://www.quora.com/Is-the-speed-of-SSD-and-RAM-the-same)

위의 결과처럼 일반적으로 보조 기억장치는 주 기억장치보다 읽고 쓰는 속도가 굉장히 느리기에 대부분 프로그램은 주 기억장치에 메모리를 할당하고 사용하게 됩니다.

다시 Memory allocation으로 돌아와서…

어디다가 메모리를 할당하는지는 확실히 알았을 거라고 생각합니다!

그럼 어떻게 메모리를 할당 할까요?

#include<stdio.h>
int main(){
    int a = 0;
	return 0;
}

메모리를 할당 했습니다!

malloc 은 어디있냐고요?

memory

메모리에도 종류가 있습니다. c, c++ 에서는 일반적으로 4개로 나누게 됩니다.

stack, data, code, heap

code area

저희가 짠 코드가 들어가는 영역입니다. 코드 바이트수가 크면 클수록 이 영역의 크기가 커지게 됩니다.

data area

#include<stdio.h>
int globalVariable;
static int staticVariable;
int main(){
    return 0;
}

위 코드의 globalVariable 처럼 전역변수들이 들어가거나 staticVariable 이 들어가는 영역입니다.

heap area

c 와 c++ 에서 사용자가 직접 관리 해야하는 메모리 영역(매우매우 중요)입니다. 최대 크기가 매우 크고 동적으로 메모리가 할당되고 해제되는 곳입니다.

c 와 c++ 가 unmanaged langauge 인 이유인 메모리 영역입니다.

stack area

함수가 호출될 때 지역변수와 매개변수가 저장되는 영역입니다.

#include<stdio.h>

int main(){
    int a = 0;
    int b = 2;
    return 0;
}

위의 코드에서 a, b 가 가지는 메모리 영역입니다.

stack memory는 함수를 벗어날 때 stack 메모리는 해제되어서 사용자가 직접 메모리 관리를 해줄 필요가 없습니다.

다시 다시 돌아와서…

다시 한번 코드를 봅시다.

#include<stdio.h>
int main(){
    int a = 0;
	return 0;
}

이 코드는 stack area에 메모리가 할당 됩니다.

malloc 만이 메모리 할당을 하는 것이 아니라는 것을 알려주기 위한 예제였습니다.

메모리 할당

static memory allocation

정적 메모리 할당은 미리 크기가 정해진 상태로 메모리에 할당이 되기 때문에 static 즉 정적인 메모리 할당이라고 합니다.

#include<stdio.h>
int main(){
    int a[10] = { 0 };
    return 0;
}

위와 같은 방법으로 stack area에 지정된 크기만큼 메모리를 할당 할 수 있습니다.

함수에서 사용하는 지역변수 등이 정적 메모리 할당에 해당합니다.

dynamic memory allocation

동적 메모리 할당은 여러 방법이 있습니다.

malloc

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main(){
    int* ptr = NULL;
    ptr = malloc(sizeof(int));
    free(ptr);
    return 0;
}

void* malloc( size_t size ); (출처: https://en.cppreference.com/w/c/memory/malloc)

malloc 은 memory allocation의 줄임말로 stdlib.h 에 있는 메모리 할당 함수입니다.

매개변수로 byte 단위 크기를 받고 heap area에 매개변수로 받는 size byte 만큼 크기를 할당합니다.

calloc

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main(){
    int* ptr = NULL;
    ptr = calloc(1, sizeof(int));
    free(ptr);
    return 0;
}

void* calloc( size_t num, size_t size ); (출처:https://en.cppreference.com/w/c/memory/calloc)

calloc 은 clear allocation의 줄임말로, stdlib.h 에 있는 메모리 할당 함수 입니다.

calloc 은 malloc 과 다르게 개수와, 사이즈를 받습니다. size 만큼을 num 개수만큼 할당하라는 뜻입니다.

calloc 의 가장 큰 특징은 malloc 과 다르게 메모리 할당 후 쓰레기 값이 아닌 0으로 초기화 되어서 할당됩니다.

realloc

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main(){
    char* ptr = NULL;
    ptr = malloc(sizeof(char) * 10);
    ptr = realloc(ptr, sizeof(char) * 5);
    free(ptr);
    return 0;
}

void *realloc(void *ptr, size_t size) (출처: https://en.cppreference.com/w/c/memory/realloc)

realloc 은 reallocation 의 줄임말로 stdlib.h 에 있는 재 할당할 때 사용하는 함수입니다.

NULL 이 return 되면 재할당에 실패했다는 뜻이고, 나머지는 할당에 성공하고, 그 포인터를 반환합니다.

이렇게 여러 방법으로 c에서 메모리 할당을 할 수 있습니다.

해제

c 와 c++이 unmanaged language 라는 이유는 heap 영역에 메모리가 할당되면, 사용자가 풀어주지 않으면 사용하지 않더라도 메모리를 할당한 채로 풀지 않기 때문입니다.

그래서 c 에서는 void free( void* ptr ); (출처: https://en.cppreference.com/w/c/memory/free) 를 사용해 메모리를 해제 해주어야합니다.

예제

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
int main(){
    char* ptr = NULL;
    ptr = malloc(sizeof(char) * 10);
    free(ptr);
    return 0;
}

결론

오늘은 memory의 구조와, memory allocation의 방법들, 주의점에 대해서 알아보았습니다.

요약

malloc은 힙메모리 할당, calloc은 malloc과 비슷하지만 값이 0으로 초기화. realloc은 새로 재할당.

(중요!!)메모리 할당 후에는 반드시 free

주석

포스트 중에서 틀린 점이나 궁금한 점이 있으면 카카오톡 주진형 으로 연락주시면 말씀해주세요.

이 주제가 궁금하다! 하면 똑같이 카카오톡으로 연락주시면 말씀해드리겠습니다.

감사합니다.