C 포인터 이해와 활용 (2)

CHAP 02. 동적 메모리 관리

포인터에서 강력한 기능의 대부분은 동적으로 할당된 메모리를 추적할 수 있는 포인터의 능력에서 기인한다.
C 프로그램은 런타임 시스템안에서 실행된다. 런타임 시스템은 일반적으로 운영체제에서 제공되는 환경이며, 많은 프로그램 기능들과 함께, 스택과 힙을 지원한다.

위 단계는 매우 일반적인 동적 메모리 할당 순서이다. 다음 예제에선 malloc 함수를 사용하여 정수를 저장할 메모리를 할당한다.

int *pi = (int*)malloc(sizeof(int));
*pi = 5;
printf("*pi: %d\n", *pi);
free(pi);

malloc 함수의 유일한 인자에는 할당할 바이트 수를 저장한다.
메모리 할당에 성공하면 이 함수는 힙으로부터 할당된 메모리에 대한 포인터를 반환하고, 실패하면 널 포인터를 반환한다.
할당할 바이트 수를 지정할 때, sizeof 연산자를 사용하면 애플리케이션의 이식성을 높일 수 있고, 시스템에 할당할 정확한 바이트 수를 결정할 수 있다.
메모리가 해제 되는 즉시 해당 메모리에 다시 접근해서는 안된다.
해제된 메모리에 대한 접근은 뜻하지 않게 발생하는데 일반적으로 해제된 포인터에는 항상 NULL을 할당하는 것이 좋다.
메모리가 할당되면 추가적인 정보가 힙 관리자에 의해 관리되는 데이터 구조의 일부로 저장된다.

메모리 누수는 할당된 메모리가 더는 사용되지 않지만, 해제되지 않을 때 발생한다.
메모리의 주소를 잃어버리는 경우와 free 함수가 호출되어야 하는 상황에 호출되지 않을 경우 발생한다.
메모리 누수의 문제점은 해당 메모리가 반환되지 않고, 다시 사용될 수 없다는 것이다. 그 결과로 힙 관리자가 사용할 수 있는 메모리의 양이 감소하게 된다.

char *chunk;

while (1) {
  chunk = (char*)malloc(10000000);
  printf("Allocating\n");
}

만약 메모리를 반복적으로 사용하고 누수가 발생하면, 추가적인 메모리가 필요할 때, malloc 함수가 OOM(Out of Memory) 오류로 인해서 추가 메모리를 할당할 수 없어 프로그램이 종료된다.

int *pi = (int*) malloc(sizeof(int));

*pi = 5;

pi = (int*) malloc(sizeof(int));

char *name = (char*) malloc(strlen("Susan") + 1);
strcpy(name, "Susan");

while (*name != 0) {
  printf("c", *name);
  name++;
}

static int *pi = (int*)malloc(sizeof(int));

static int *pi;
pi = malloc(sizeof(int));

힙은 일반적으로 운영체제의 기능을 이용해 메모리를 관리한다.
힙의 크기는 프로그램이 실행될 때 고정된 크기로 정해지거나, 실행 도중에 크기를 늘리도록 할 수 있다.
하지만, free 함수가 호출되었다고 해도, 힙 관리자가 반드시 해제된 메모리를 운영체제로 반환하는 것은 아니고, 애플리케이션에서 해당 메모리를 다시 사용할 수 있게 할 뿐이다.
그래서 프로그램이 메모리를 할당한 후에, 다시 해제한다고 해도 일반적으로 운영체제 측면에서는 해제된 메모리가 애플리케이션의 메모리 사용량에 반영되지 않는다.

포인터가 원인인 문제들의 디버깅은 때로 해결하기 어려울 때가 있다. 댕글링 포인터 문제를 처리하기 위한 몇 가지 접근 방법이다.

메모리 해제 후 포인터를 NULL로 설정하라. NULL로 설정한 포인터를 그 이후에 사용하면, 애플리케이션이 종료될 것이다. 그러나 해당 포인터에 대한 다수의 복사본이 존재할 경우에는 문제는 여전히 발생한다.
free 함수를 대체할 새로운 함수를 작성하라.
몇몇 런타임 시스템이나 디버깅 시스템은 해제된 메모리를 특별한 값으로 덮어쓴다. 예외가 발생하지 않은 상황이라도, 프로그래머는 예상치 못한 곳에 이러한 값이 포함된 것을 보고 프로그램이 해제된 메모리에 접근한 것을 알 수 있다.
댕글링 포인터와 다른 문제들을 발견하기 위한 서드 파티 도구들을 활용하라.

힙 관리자의 메모리 할당과 해제의 구현은 컴파일러마다 다를 수 있다.
대부분의 힙 관리자들은 메모리를 할당하기 위해서, 힙 또는 데이터 세그먼트를 사용하며, 이 방식은 메모리 단편화나 프로그램 스택과 충돌이 일어나기도 한다.

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