[C++][OOP] Array & Pointer

제목: C++ 배열과 포인터: 메모리 주소를 활용한 데이터 관리

서론

C++ 프로그래밍에서 데이터를 효율적으로 관리하고 활용하기 위해서는 배열과 포인터에 대한 깊이 있는 이해가 필수적이다. 배열은 같은 타입의 여러 변수를 하나의 이름으로 묶어 효율적으로 관리하는 데 사용되며, 포인터는 메모리 주소를 직접 다루는 강력한 도구다. 이번 포스팅에서는 컴퓨터 아키텍처의 기본 개념을 바탕으로 배열과 포인터의 개념과 활용 방법을 자세히 살펴보자.

컴퓨터 아키텍처의 이해

C/C++ 언어의 일부 기능은 컴퓨터 시스템의 구조와 밀접하게 연관되어 있다. 특히 메모리 계층 구조와 데이터 접근 방식을 이해하는 것은 배열과 포인터를 효과적으로 활용하는 데 중요한 역할을 한다.

컴파일러의 역할: 프로그래머가 작성한 C/C++ 코드는 컴파일러에 의해 기계어로 변환되어 실행된다. 이때 컴파일러는 변수와 데이터가 메모리의 어느 영역에 할당될지 결정한다. 대부분의 경우 프로그래머는 이러한 메모리 할당 과정을 직접 제어할 필요가 없지만, 배열과 포인터를 사용할 때는 메모리 구조에 대한 이해가 필요하다.
메모리 계층 구조: 컴퓨터 시스템은 다양한 종류의 메모리를 사용하며, 각 메모리는 접근 속도와 용량이 다르다. 일반적으로 CPU 레지스터, 캐시, RAM, SSD, 하드 디스크 순으로 접근 속도가 빠르지만 용량은 작아진다.
레지스터: CPU는 레지스터에 저장된 데이터만 연산할 수 있다. 따라서 캐시나 메모리에 저장된 데이터는 연산을 위해 먼저 레지스터로 로드되어야 한다.
스택과 힙: 프로그램 실행 중에 사용되는 메모리는 크게 스택(stack)과 힙(heap) 영역으로 나뉜다. 스택은 컴파일 시점에 크기가 결정되는 지역 변수와 함수 호출 정보 등을 저장하는 데 사용되며, 힙은 프로그램 실행 중에 동적으로 할당되는 메모리를 저장하는 데 사용된다.
데이터와 변수의 주소: 메모리에 저장된 모든 데이터와 변수는 고유한 주소를 갖는다. 이 주소를 통해 데이터에 접근하고 조작할 수 있다.

포인터: 메모리 주소를 가리키는 변수

포인터는 메모리 주소를 값으로 갖는 특별한 변수이다. 포인터를 사용하면 메모리 주소를 직접 조작하여 데이터에 접근하고 변경할 수 있다.

포인터 선언: 자료형 *변수_이름; 형태로 선언한다. 예: int* ptr;
주소 연산자(&): 변수 앞에 &를 붙이면 해당 변수의 메모리 주소를 얻을 수 있다. 예: ptr = &num;
역참조 연산자(*): 포인터 변수 앞에 *를 붙이면 해당 포인터가 가리키는 메모리 주소에 저장된 값에 접근할 수 있다. 예: *ptr = 10;

pointer

local variable vs address

배열: 같은 타입의 여러 변수를 하나의 이름으로

배열은 같은 타입의 여러 변수를 하나의 이름으로 묶어 순차적으로 관리하는 자료 구조이다. 배열의 각 요소는 인덱스를 통해 접근할 수 있다.

배열 선언: 자료형 변수_이름[요소_개수]; 형태로 선언한다. 예: int arr[5];
배열 사용: 변수_이름[인덱스] 형태로 배열의 특정 요소에 접근한다. 예: arr[0] = 10;
배열 초기화: 선언과 동시에 초기값을 할당할 수 있다. 예: int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};

문자 배열과 문자열

C++에서 문자열은 char 타입의 배열로 표현된다. 하지만 문자열 리터럴(예: "Hello")은 널 종료 문자(\0)로 끝나는 문자 배열로 처리된다는 점에 유의해야 한다.

array vs string

배열 이름과 포인터

배열 이름은 배열의 시작 주소를 나타내는 포인터처럼 사용될 수 있다. 즉, 배열 이름은 배열의 첫 번째 요소의 주소를 나타낸다.

arr[i]는 *(arr + i)와 동일하다.
포인터 연산을 통해 배열 요소에 접근할 수 있다.

pointer arithmetic

결론

배열과 포인터는 C++ 프로그래밍에서 데이터를 효율적으로 관리하고 활용하는 데 필수적인 개념이다. 메모리 구조에 대한 이해를 바탕으로 배열과 포인터를 적절히 활용하면, 더욱 효율적이고 유연한 코드를 작성할 수 있다. 다음 포스팅에서는 배열과 포인터를 더욱 심도 있게 다루고, 동적 메모리 할당과 관련된 내용을 살펴볼 것이다.

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