포인터 주소연산, 대상 크기, void *형 포인터

모든 실습 코드는 김성엽 대표님의 

"Do it ! C언어 입문" 책의 내용을 바탕으로 실습하고 내용을 요약한 것입니다.

 

※ 상업용도가 아니며, tips를 통해 배운 내용을 복습하고자 스스로 공부하는 목적으로 올리는 것이니

불법으로 사용하는 것을 금지합니다.

 

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사용할 메모리의 범위를 기억하는 방법

 

자신이 사용할 메모리의 범위를 기억하는 방법은 크게 두 가지이다.

 

 

첫 번째 방법은 시작 주소와 끝 주소를 기억하는 것이고,  두 번째 방법은 시작 주소와 사용할 크기를 기억하는 것이다.

 

 

시작 주소와 끝 주소로 메모리 범위 기억하기.

 

 

시작 주소와 끝 주소로 메모리 범위를 기억하려면 각각의 주소를 기억하는 데 총 8byte가 필요하다.

 

 

시작 주소인 100번지를 저장하기 위해 4byte가 필요하고,

 

끝 주소인 103번지를 저장하는 데 또 4byte가 필요하기 때문이다.

 

 

 

시작 주소와 사용할 크기로 메모리 범위 기억하기

 

'시작 주소'와 '사용할 크기'로 메모리 범위를 기억하는 것도 두 가지 정보를 기억해야 한다.

 

시작 주소인 100번지를 저장하는 데 4byte가 필요할 것이고, 사용할 크기를 저장하는데 또 4byte가 필요할 것이다.

 

그런데!

 

C언어 문법은 메모리를 사용할 때 항상 그 메모리의 크기를 먼저 결정하도록 되어 있다.

 

예를 들어 정수 값 5를 저장하고 싶다면 int data; 와 같이 변수를 선언해야 하는데

 

이때 사용해야 할 메모리의 크기는

 

int형으로 선언했기 때문에 4byte로 결정된다. 

 

 

그리고 data = 5; 명령을 사용하면 컴파일러는 data라는 변수가 4byte라는 것을

 

이미 알고 있기 때문에 메모리에 4byte 크기로 5를 대입하도록 명령을 구성하게 된다.

 

결국 사용할 메모리 크기는 명령문에 포함되어 있기 때문에 자신이 사용할 메모리의 시작 주소만 기억해도 된다는 뜻이다.

 

 

이런 프로그래밍 언어의 특성 때문에 포인터도 자신이 가리킬 대상에 대해 사용할 범위는 저장하지 않고

 

사용할 메모리의 시작 주소만 기억하면 된다

#include<stdio.h>

void main(){

    short data = 0;
    short *p = &data; //p변수에 data변수의 시작 주소를 저장한다. 끝 주소나 크기는 명시x
    *p = 5; //포인터 변수 p가 가르킬 대상의 크기는 short이므로 p에 저장된 시작 주소부터 2byte 크기 공간에 값 5를 저장함.

}

 

 

포인터가 자신이 가르킬 대상 메모리의 시작 주소만 기억하면 되기 때문에 갖게 되는 특성이 있다.

 

 

다음 코드를 살펴보자.

#include<stdio.h>

void main(){
	
    short data = 0;
    short *p = &data;
    p = p+1; // 포인터 변수에 저장된 주소 값을 1만큼 증가시킴
    
}

 

 

포인터 변수에 저장된 주소도 정수 값이기 때문에 일반 변수처럼 연산이 가능하다.

 

하지만 

 

주소를 1만큼 증가시킨다는 의미는 수학 연산과 다르다.

 

포인터에서 +1의 의미는 단순히 주소 값에 +1을 더한다는 뜻이 아니고,

 

그 다음 데이터의 주소를 의미하기 때문에

 

"자료형의 크기를 따르게 된다."

 

 

이처럼 포인터 변수에 +1을 하면 자신이 가르키는 대상의 크기만큼 증가하게 되는데, 

이것을 "포인터 변수의 주소 연산"이라고 한다.

 

 

아래 코드를 살펴보면 모두 100번지를 대입하였지만 

++연산을 하고 주소 값을 살펴보면 모두 다른 주소를 가르키고 있다.

 

 

#include<stdio.h>

void main() {
	

	/* 
	값에 전부 (자료형 *)를 해주는 이유는 캐스팅, 즉 형 변환을 해주는 작업이다.
	일반 상수는 포인터와 형이 다르므로, 자료형을 맞춰주는 것이다.
	"자료형은 변수 명을 뺀 나머지" 를 의미하기 때문에 char *, short * 등.. 변수 명을 뺀 자료형을
	명시하여 형을 맞추어 주는 것이다.
	*/

	char* p1 = (char*)100; // p1에 100번지를 저장함.
	short* p2 = (short*)100; // p2에 100번지 저장
	int* p3 = (int*)100; // p3에 100번지 저장
	double* p4 = (double*)100; //p4 에 100번지 저장
	
	p1++; // 가르키는 대상의 크기가 char형 (1byte)이기 때문에 p1에 저장된 주소 값이 101이됨.
	p2++; // 가르키는 대상의 크기가 short형 (2byte)이기 때문에 p2에 저장된 주소 값이 102가 됨.
	p3++; // 가르키는 대상의 크기가 int형 (4byte)이기 때문에 p3에 저장된 주소 값이 104가 됨.
	p4++; // 가르키는 대상의 크기가 double형 (8byte)이기 때문에 p4에 저장된 주소 값이 108이 됨.


	printf("p1의 주소 : %d\np2의 주소 : %d \np3의 주소 : %d \np4의 주소 : %d", p1, p2, p3, p4);
}

 

 

 

 

 

 

 

포인터가 가르키는 대상의 크기

 

int *p 라고 포인터 변수를 선언할 때 int 자료형은 포인터 변수의 크기를 의미하는 것이 아니다.

 

포인터는 32bit컴퓨터(os) 기준 4byte로 정해져있고, 위에 포인터 앞에 써주는 자료형은 결국

 

포인터 변수가 가르키는 대상의 크기를 의미하는 것이다.

 

따라서 포인터 변수 p에 일반 변수 data의 주소 값을 저장하고 포인터 변수 p를 사용하여 data 변수의 값을

변경하는 경우에는 두 변수의 자료형을 같게 지정하는 것이 일반적이다.

 

즉 실제 대상 크기가 4byte라면 포인터 변수의 자료형도 4byte 크기로 지정하는 것이 일반적이라는 것이다.

 

 

 

int data = 0;

int *p = &data; 

 

이렇게 두 개의 자료형이 같아야 한다.

 

만약 포인터가 가르킬 수 있는 크기와 실제 대상의 크기가 다른 경우엔 어떻게 해야 할까?

 

실제 크기와 다른 경우

 

포인터가 가르킬 수 있는 크기와 실제 대상의 크기가 꼭 같아야 하는 것은 아니다.

프로그래머가 의도적으로 이 두 크기를 다르게 사용하는 경우도 있다.

int data = 0; 

short *p = (short *)&data;

 

위 예시를 보면, data는 int 자료형을 가지고 있으므로, short로 형변환을 해주어야 한다.

 

포인터 변수 p는 2byte의 크기인 메모리를 가리킬 수 있는 능력을 가지고 있지만,

4byte 크기인 data 변수를 가리킬 수도 있다.

 

 

이러한 포인터의 특성을 활용하면 4byte 크기의 변수에 저장된 값을 1byte 단위로 출력할 수도 있다.

 

다음 예제를 살펴보자. 

#include<stdio.h>

void main()
{
	int data = 0x12345678, i;
    
	char* p = (char*)&data;
    
	/*4바이트 데이터를 바이트 단위로 값을 출력하기 위해 4번 반복함 */
    
	for (i = 0; i < 4; i++) {
		printf("%X ", *p); //p는 char *형이라서 시작 주소부터 1byte 크기만 사용함.
		p++; // p가 char * 형이라서 1byte뒤에 있는 주소로 값이 변경됨.
	}
}

 

 

 

 

 

이와 같이 *p를 사용하면 data 변수의 시작 주소에서 1byte크기만 사용할 수 있다.

 

"포인터의 주소 연산을 활용하면 data변수의 나머지 부분도 1byte씩 사용 가능!"

 

배열식의 표현으로 나타내고 싶다면 아래와 같이 반복문만 변경해주면 된다.

 

 

 

 

void *형 포인터

 

대상의 크기가 정해져 있지 않는 포인터를 void * 형 포인터라고 한다.

위에서는 항상 포인터 변수가 가르키는 대상의 크기를 지정해서 사용했지만, 이 크기를 모른다면 어떠한 방법을

사용할까??

 

 

이때 사용하는 것이 바로 void 키워드 이다.

 

void는 '정해져 있지 않다' 라는 의미로 

 

void * p;와 같이 변수를 선언하면 포인터 변수p에 주소 값을 저장할 수는 있지만 해당 주소에서 

값을 읽거나 저장할 때 사용하는 크기는 정해져 있지 않다.

 

 

즉 사용할 메모리의 시작 주소만 알고 끝 주소를 모를 때 사용하는 포인터 형식이다.

 

 

 

void * 는 포인터가 가리킬 대상의 크기를 정한 것이 아니라서 말 그대로 어떤 크기의 메모리가 오던, 상관이 없다.

 

그렇다고 void * 로 선언한 포인터 변수를 주소 값만 저장하는 용도로 사용하는 것은 아니다.

 

포인터 변수 p를 사용하여 data 변수에 값 5를 대입하고 싶은 경우, 형 변환 문법을 사용하여

 

'사용할 크기'를 표기 해주면 일반 포인터 처럼 사용할 수 있다.

 

*(int *)p 라고 사용하면 일시적으로 포인터 변수 p의 형식이 int* 가 되기 때문에 포인터 변수 p에 저장된

주소에 가서 4byte 크기로 5를 저장한다.

 

 

 

#include<stdio.h>

void main() {
	
    int data = 0; 
    void * p = &data;
    *p = 5; //오류 발생 : 대상 메모리 크기 지정 x
    
    // 위와 같은 경우 *(int *)p = 5; 로 형변환 문법을 사용해 주어야 함.


}

 

 

void *는 사용 시 항상 캐스팅을 동반해야 하는 불편함이 있다.

 

 

 

그럼 void * 형 포인터를 활용하는 방법은 없을까?

 

 

void * 는 포인터의 기능을 사용할 수 없는 것이 아니라

 

자신이 사용할 대상의 크기 지정을 잠시 미룰 수 있다는 장점을 가지고 있다.

 

예를 들어 char * 형 주소 값을 저장하려면 char *형 포인터 변수가 있어야 하고,

int * 형 주소 값을 저장하려면 int * 형 포인터 변수가 있어야 한다.

 

하지만 void * 형 변수는 char * 형이든, int * 형이든 형 변환 없이 모두 저장 할 수 있기 때문에 더 편리하다.

 

 

 

이에 대한 예시를 한번 살펴보자.

ex) main 함수에 선언한 지역 변수의 주소 값을 매개변수로 받아서 그 주소에 해당하는 메모리에 값 1을 대입하는 MyFunc함수가 있다고 가정하자.

그런데 MyFunc으로 전달되는 주소의 형식이 char*, short*, int* 중 하나이고 이 형식은 사용할 때마다 달라질 수 있다고 한다면 어떻게 해야 할까?

어떤 형식의 주소 값이 전달될 지 모르기 때문에 위 예시처럼 세 개의 포인터를 매개변수에 추가해야 한다.
실제로 사용할 포인터에만 변수의 주소 값을 전달하고,

나머지는 사용하지 않겠다는 뜻으로 NULL을 적는다.


그런데 만약 MyFunc 함수로 전달되는 주소의 형식이 더 많아진다면, 매개변수가 너무 많아져 불편할 것이다.

이것을 void * 를 사용하여 수정해보도록 하겠다.

위와 같이 void * 형 포인터를 매개변수로 사용하면 어떤 형식의 주소이든 저장할 수 있지만,
3가지 주소 형식 중에서 무엇을 사용했는지는 알 수 없다.

따라서 flag라는 의미 있는 값을 매개변수로 함께 전달해야 한다.

 

 

void  * 를 사용하여 대상 메모리의 크기 조절하기

 

사용자가 type변수의 값을 지정하면, 그 크기만큼의 데이터만 출력한다.(1 = 1byte, 2 = 2byte ..)

 

#include<stdio.h>

int GetData(void* p_data, char type)
{
	int result = 0;
	//type 변수에 저장된 값을 기준으로 형 변환을 다르게 함.
	if (type == 1)result = *(char*)p_data; //0x78(1byte)이 저장됨 ->리틀엔디안 방식이라 거꾸로 저장됨.
	else if (type == 2) result = *(short*)p_data; // 0x5678(2byte)이 저장됨.
	else if (type == 4) result = *(int*)p_data; // 0x12345678(4byte)이 저장됨.
	return result;

}

void main()
{
	int data = 0x12345678;
	// data 변수에서 2byte크기 만큼만 출력.
	printf("%X\n", GetData(&data, 2));
}