C/C++ 헷갈리는 포인터/배열/동적할당 정리

포인터 한 학기 동안 안썼더니 또 까먹어버렸다...

자료구조에 관한 과목 수강하다가, 기초 지식인 포인터를 확실히 알아야겠다 싶어서 정리한다!

 

 

- 포인터/ 포인터를 가리키는 포인터

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
int main(void) {
	double num = 3.14;
	double* ptr = &num;
	double** dptr = &ptr;
	printf("%p %p %p\n", ptr, *dptr, dptr); //ptr ptr &ptr (ptr=&num)
	printf("%f %f %f %f\n", num, *ptr, **dptr, *(*dptr)); //3.14 3.14 3.14 3.14
	return 0;

}

 

double* ptr = &num	double 형의 포인터형 변수 ptr을 정의. ptr은 num의 주솟값을 가리킨다.
&ptr	ptr 포인터변수의 주솟값. num의 주솟값을 가리키는 ptr의 주소를 가리킴.
*ptr	ptr이라는 포인터변수의 값은 무엇인지 알려줌.

 

- ptr : a pointer to an integer(num)

- dptr : a pointer to a pointer(ptr) to an integer(num)

 

 

- 포인터와 배열

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void main() {
	int i;
	int list[5]; //5개의 메모리를 저장할 수 있는 배열 생성

	for (i = 0; i < 5; i++) list[i] = i + 101;
	
	printf("%d\n", list[0]); //list의 첫번째 값을 찍어라 101
	printf("%d\n", *list); //list가 가리키는 주소값 value를 찍어라 101
	
	printf("%d\n", list[1]); //102
	printf("%d\n", *(list+1));//102 //1byte뒤의 값이 아닌, 4byte 뒤의 값을 가리킴

	printf("%p: %d\n", &list[1], list[1]);
	printf("%p: %d\n", (list + 1), *(list + 1)); //두 식의 주소와 value는 같다. 0004 102

	//각각 adress와 value를 출력하라. 
	//이때 4byte씩 차이가 남. //한 byte의 차이가 아니라 한 칸의 차이!
	printf("%p: %d\n", (list), *(list)); //0000 101
	printf("%p: %d\n", (list + 1), *(list + 1)); //0004 102
	printf("%p: %d\n", (list + 2), *(list + 2)); //0008 103
	
}

 

-> &list[1] 과 list + 1은 같고, list[1] 과 *(list + 1)은 같다!

 

list	a pointer to list[0] ; 배열 첫번째 값의 주소
list + i	a pointer to list[i] ; 배열 i번째 값의 주소
(list + i)	&list[i] ; 배열 i번째 값 주소
*(list + i)	list[i] ; 배열 i번째 내용물(값)에 접근

 

 

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- 간단한 포인터 배열 예시코드 #1 (배열 값 합하는 함수)

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

#define MAX_SIZE 100
float sum(float[], int);
float input[MAX_SIZE], answer;
int i;

void main() {
	for (i = 0; i < MAX_SIZE; i++) //0~99까지의 합
		input[i] = i;
	answer = sum(input, MAX_SIZE); //->4950.000000
	printf("The sum is: %f\n", answer);

}
float sum(float list[], int n) {
	int i;
	float tempsum = 0;
	for (i = 0; i < n; i++)
		tempsum += list[i];
	return tempsum;
}

 

출력은 4950.000000으로 나온다.

이때 sum()함수에서 list의 포인터로의 역참조가 일어난다.

또한 list[i], 즉 *(list+i) 값을 꺼내어 합한다.

 

 

- 간단한 포인터 배열 예시코드 #2 (포인터 주소/값 출력하는 함수)

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

void print1(int*, int); 

void main() {
	int one[] = { 0,1,2,3,4 }; //배열 초기화
	print1(one, 5);
}

void print1(int* ptr, int rows) { //void print1(int ptr[], int rows) { 와 같음
	/*print out a one-dimensional array using a pointer*/
	int i;
	printf("address contents\n");
	for (i = 0; i < rows; i++)
		printf("%8p%5d\n", ptr + i, *(ptr + i)); //각각의 주소와 각각의 값 반환
}

출력화면

 

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- 동적할당을 하는 이유?

: 위 예시까지는 모두 배열의 크기가 정해져있다. 하지만 만약, 사용자가 입력하는 값에 따라 배열을 다르게 만들고 싶다면 어떻게 해야할까?

 

해결법 후보1. 배열을 무작정 크게 만든다.

-> 배열 지정한 것보다 실제값이 사이즈가 작으면 메모리를 낭비하게 된다.

-> 만약, 배열 지정한 것보다 실제값이 사이즈가 크면 프로그램이 멈추거나 다른 프로그램의 variable의 memory를 쓰게 되는 대참사가 일어난다. 

 

해결법 후보2. 실행할 때마다 메모리를 할당해주어 배열크기만큼의 사이즈로 정한다.

-> 동적할당!

 

 

 

- 동적할당해서 1차원 배열

* void* malloc(size_t size)는 int data[4]와 같은 효과로서,

size의 메모리 블록만큼 값을 할당하고 블록의 시작지점에 있는 포인터를 반환한다.

** 메모리 해제 free()는 필수! 

 

- 아래는 사용자가 입력한 수만큼에 따라 랜덤한 값의 배열을 만드는 예제이다.

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
void main() {
	int i, n, m, * data;
	printf("How many integers do you want to generate?"); 
	scanf("%d", &n);
	data = (int*)malloc(n * sizeof(int)); //사용자 입력만큼 동적할당해서 포인터 반환
	printf("memory allocated at %p\n", data);

	for (i = 0; i < n; i++)
		data[i] = rand() % 100; //배열 안에 랜덤 값 지정

	printf("How many integers do you want to generate additionally?");
	scanf("%d", &m);
	data = (int*)realloc(data, (n + m) * sizeof(int)); //추가로 받은 값만큼 더 해서 재할당
	if (data == NULL) exit(1);
	printf("memory reallocated at %p\n", data);
	for (i; i < n + m; i++)
		data[i] = rand() % 100;

	for (i = 0; i < n + m; i++)
		printf("%3d: %8d\n", i + 1, data[i]);
	free(data); //메모리를 반납!
}

출력 화면

-> realloc할 때엔 그 adress를 유지하며 뒤에 추가하는 걸 우선으로 하지만,

뒤 메모리 공간이 부족하다면 기존의 공간으로부터 새로운 메모리 공간으로 데이터를 복사해서 다른공간에서 할당되어 사용된다.

 

---

 

- 동적할당해서 2차원 배열 

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

int** make2dArray(int, int);

void main() {
	int i, j;
	int** matrix;

	matrix = make2dArray(5, 5);

	for (i = 0; i < 5; i++) {
		for (j = 0; j < 5; j++) {
			matrix[i][j] = i * 5 + j + 1;
			printf("%2d ", matrix[i][j]);
		}
		printf("\n");
	}
	/*free memory*/
	for (i = 0; i < 5; i++)
		free(matrix[i]);
	free(matrix);
}

int** make2dArray(int rows, int cols) {
	int** x, i;

	/*allocate memory for row pointers*/
	x = (int**)malloc(rows * sizeof(*x));

	/*allocate memory for each row*/
	for (i = 0; i < rows; i++)
		x[i] = (int*)malloc(cols * sizeof(**x));

	return x;
}

출력화면

- make2dArray() 함수

: 2차원 배열의 x를 반환,

1) x (int**형 변수)에 대한 row(int *)만큼의 메모리를 할당하고,

2) x* (int*형 변수)에 대한 col(int **)만큼의 메모리를 할당한다.

 

-> malloc대신 calloc도 사용가능.

void* calloc(size_t num, size_t size)

하지만 malloc과 다르게 처음에 0으로 초기화를 한다는 점이 있다!

 

 

- 2차원 배열 생성과 해체 (free) 코드 참고!

	int i, j;
	int** matrix;

	for (i = 0; i < 5; i++) {
		for (j = 0; j < 5; j++) {
			matrix[i][j] = i * 5 + j + 1;
			printf("%2d ", matrix[i][j]);
		}
		printf("\n");
	}
	/*free memory*/
	for (i = 0; i < 5; i++)
		free(matrix[i]);
	free(matrix);