[C언어] 포인터(Pointer)

포인터

포인터란 C언어에서 메모리 주소를 가리킬 때 사용되는 사용되는 변수입니다. 일반적으로 C언어에서 사용되지만, 많은 언어가 C언어에서 파생/발전되었기 때문에 메모리 주소를 다루는 대부분의 언어가 사용하는 개념이라고 이해하시면 편할 것 같습니다. 

 

🔴포인터를 직접 사용/활용할 수 있는 언어: C, C++, 파스칼, 어셈블리어 등 하위 레벨까지 제어할 수 있는 언어

🔵포인터가 숨겨져서 직접 사용할 수 없는 언어: 자바, 파이썬, 자바스크립트, C#, 코틀린 등

 

📝포인터를 잘못 사용할 경우 메모리 누수, 버퍼 오버플로우 등의 문제들이 발생할 수 있습니다. 따라서 자바와 같은 언어에서는 GC(가비지 컬렉션) 등의 자동 메모리 관리 기법을 사용하여 메모리 해제와 할당을 프로그래머가 하는 것이 아닌, 시스템이 하도록 합니다. 그렇기 때문에 개발자가 직접적으로 포인터를 사용하지 않습니다.

 

포인터를 사용하는 이유와 목적

그럼 포인터는 왜 쓰는 걸까요? 우리가 변수를 생성하고 데이터를 저장한다고 가정해봅시다. 저장된 데이터는 메모리에 저장되고 주소를 갖게 됩니다.

변수 a의 메모리 주소가 0xF010... 이라고 하면 해당 메모리 주소를 값으로 가지는 것이 바로 포인터입니다. 즉 메모리 주소를 가리키는 변수가 바로 포인터인 것이죠.

이렇게 변수의 주소를 직접적으로 가리키는 포인터 변수를 사용해서 좋은 점은...

 

1. 동적 메모리 할당을 통해 필요한 만큼만 메모리를 사용하고, 사용이 끝나면 반환하여 메모리 누수 방지가 가능합니다.

2. 메모리 주소를 참조하여 빠르게 변수의 값을 읽거나/수정이 가능합니다.

3. 함수간 데이터를 전달할 때, 용량이 큰 데이터를 직접 전달하기 보단 주소 전달을 통해 손쉬운 데이터 접근이 가능합니다.

4. linked list, stack, queue 등의 자료구조 구현이 쉽습니다.

 

한 마디로 데이터를 복사하고, 직접 넘겨주는 것보다 데이터의 메모리 주소를 활용하는 것이 더욱 효율적인 방법입니다.

 

이처럼 데이터를 통째로 넘겨주는 것이 아니라 데이터의 메모리 주소만 넘겨주는 것을 바로 Call By Reference라고 합니다. C언어에서는 포인터를 사용할 수 있기에 해당 과정을 직접 코드로 확인할 수 있지만, 앞서 언급한 자바와 같은 언어에서는 사용자에게 노출되지 않은 채 해당 과정이 자동으로 이루어집니다.

 

포인터 활용 예시

1. 포인터 선언

- 포인터는 특정 데이터 타입의 주소를 저장합니다.

- 포인터 선언은 "데이터타입 *포인터변수명", "주소는 &변수명" 으로 표기합니다("p가리키는변수명" 으로 포인터 변수명을 작성하는 것이 관례입니다.)

- 예를 들어 int 데이터 타입의 변수를 가리키는 포인터는 int * 로 선언합니다.

int a = 10;
int *pa = &a; // int 타입의 변수 a의 주소를 p에 저장합니다.

 

2. 포인터 연산

- 포인터는 간접 참조 연산자(*)를 통해 변수의 값을 읽거나 쓸 수 있습니다.

- 포인터 선언 시에는 int *pa, 호출 시에는 *pa로 호출합니다.

int a = 10;
int *pa = &a; // int 타입의 변수 a의 주소를 p에 저장합니다.

*pa = 20 // a의 값을 20으로 변경합니다.
printf("%d\n", a) // a값 20 출력

*pa += 30 // a 값에 30을 추가합니다.
printf("%d\n", a) // a값 50출력

 

3. 배열과 포인터

- 배열의 요소에 접근할 때 포인터를 활용할 수 있습니다.

int arr[3] = {10, 20, 30};
int *p = arr; // arr의 주소를 포인터 p에 저장

// arr[0], arr[1], arr[2]를 차례로 출력
for(int i = 0; i < 3; i++) {
    printf("arr[%d] = %d\n", i, *(p+i));
}

 

4. 함수의 매개변수로 포인터 전달

- 값 자체를 넘기는 것이 아니라 포인터를 활용하여 값의 주소를 넘겨 변수의 값을 변경할 수 있습니다.

#include <stdio.h>

void increase(int* p) {
    (*p)++; // p가 가리키는 메모리 주소에 해당하는 값을 1증가
}

int main() {
    int a = 10;
    int *p = &a; // a의 주소를 포인터에 저장
    printf("%d\n", *p);
    increase(p); // a의 주소값(&a)을 넘깁니다.
    printf("value of a: %d", *p);
}

 

5. 문자열 처리

- 포인터를 활용하여 문자열 처리를 할 수 있습니다.

- 문자열은 문자배열이므로 포인터를 활용하여 문자열을 순회할 수 있습니다.

#include <stdio.h>
int main() {
    char str[] = "Hello, World!";
    char *cp = str;

    while(*cp != '\0') {
        printf("%c", *cp);
        cp++;
    }
    return 0;
}

 

이 밖에도 포인터는 malloc을 활용한 동적 메모리 할당, 구조체 접근 시에 사용됩니다.

 

References

https://namu.wiki/w/C(%ED%94%84%EB%A1%9C%EA%B7%B8%EB%9E%98%EB%B0%8D%20%EC%96%B8%EC%96%B4)/%ED%8F%AC%EC%9D%B8%ED%84%B0

https://www.youtube.com/watch?v=OqLt2GfX6jg&ab_channel=AbdulBari

https://www.youtube.com/watch?v=DplxIq0mc_Y&ab_channel=BroCode