[C] malloc, calloc, realloc을 이용한 메모리 동적 할당

동적할당을 사용하는 이유는 무엇일까?

c언어의 메모리 구조에 대해서 알고 있다면 동적할당을 사용하는 이유를 쉽게 알 것이다.

2014/06/26 - [Programming/C언어] - [C] 스택(Stack), 힙(Heap), 데이터(Data)영역

malloc 함수

 - 동적으로 메모리를 할당하는 함수 (힙 영역에 메모리를 할당)

#include <stdlib.h>

void* malloc(size_t size)	// malloc 함수의 원형

함수 호출시 할당하고자 하는 메모리의 크기를 바이트 단위로 전달하면 그 크기만큼 메모리를 할당하게 된다.

그리고 할당한 메모리의 주소(첫 번째 바이트의 주소)를 리턴한다.

메모리 할당에 실패하면 NULL이 리턴된다.

리턴형이 void*(void 포인터) ??

malloc은 단순히 메모리만 할당하는 함수이기 때문에 개발자가 어떠한 데이터 형을 저장하는지 예측할 수 없다.

예를들어 4바이트를 할당하였을 경우 int형 데이터를 저장하기 위해서 사용하는지, float형 데이터를 사용하는지 예측할 수 없기 때문에 void포인터를 반환하여 개발자가 알맞은 용도로 변환하여 사용할 수 있도록 만든것이다.

예를들어 int형 데이터를 저장하기 위해서는 리턴되는 void*을 int*로 변환해야 한다.

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

위의 그림은 포인터 변수 i에 4바이트를 할당하는 그림이다.

1. sizeof(int)의 값은 4이다. 4라는 값을 전달하면서 malloc 함수를 호출한다.

2. 할당된 메모리의 주소가 void*형으로 리턴된다. 리턴되는 void*를 사용하려는 int*형으로 변환한다.

3. 포인터 변수 i에 대입한다.

malloc함수 사용 예

동적 할당을 사용하여 arr_1의 배열의 값을 대입하는 소스를 보며 malloc함수 사용법을 이해해보자.

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

int main() {
	int arr_1[5];	// 배열 선언
	int *arr_2;		// 포인터 변수 선언
	int i;

	for(i = 0; i < 5; i++) {
		arr_1[i] = i+1;	// 배열에 값 대입
	}

	arr_2 = (int*) malloc(sizeof(int)*5);	// 메모리 할당, 배열의 크기만큼 할당하기 위해 5를 곱함

	for(i = 0; i < 5; i++) {
		arr_2[i] = arr_1[i];
		printf("%d ", arr_2[i]);
	}

	return 0;
}

free 함수

 - 힙 영역에 할당된 메모리를 해제하는 함수

메모리를 할당만 하고 해제해 주지 않는다면, 언젠가는 메모리가 부족한 현상이 발생 할 것이다.

할당된 메모리가 더 이상 필요하지 않을경우 free함수를 이용하여 메모리를 해제시켜 줘야한다.

#include <stdlib.h>

void free(void* ptr)	// free 함수의 원형

free함수 사용 예

위의 예제에서 free함수만 추가시켰다.

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

int main() {
	int arr_1[5];	// 배열 선언
	int *arr_2;		// 포인터 변수 선언
	int i;

	for(i = 0; i < 5; i++) {
		arr_1[i] = i+1;	// 배열에 값 대입
	}

	arr_2 = (int*) malloc(sizeof(int)*5);	// 메모리 할당, 배열의 크기만큼 할당하기 위해 5를 곱함

	for(i = 0; i < 5; i++) {
		arr_2[i] = arr_1[i];
		printf("%d ", arr_2[i]);
	}

	free(arr_2);	// free함수를 이용하여 메모리 해제

	return 0;
}

calloc 함수

 - calloc함수는 malloc함수와 같은 기능을 지니고 있다. 다만 사용하는 형태가 조금 다를 뿐이다.

#include <stdlib.h>

void* calloc(size_t elt_count, size_t elt_size)	// calloc 함수 원형

calloc 함수는 elt_size 크기의 변수를 elt_count 개 만큼 저장할 수 있는 메모리 공간을 할당하라는 의미를 갖는다.

calloc함수 사용 예

위의 예제에서 malloc 함수대신 calloc 함수를 사용하였다.

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

int main() {
	int arr_1[5];	// 배열 선언
	int *arr_2;		// 포인터 변수 선언
	int i;

	for(i = 0; i < 5; i++) {
		arr_1[i] = i+1;	// 배열에 값 대입
	}

	//arr_2 = (int*) malloc(sizeof(int)*5);	// 메모리 할당, 배열의 크기만큼 할당하기 위해 5를 곱함
	arr_2 = (int*) calloc(5, sizeof(int));	// sizoe(int)크기의 변수를 5개 저장할 수 있는 공간할당

	for(i = 0; i < 5; i++) {
		arr_2[i] = arr_1[i];
		printf("%d ", arr_2[i]);
	}

	free(arr_2);	// free함수를 이용하여 메모리 해제

	return 0;
}

malloc함수와 calloc함수의 차이점!

malloc은 할당된 공간의 값을은 바꾸지 않는다.

calloc은 할당된 공간의 값을 모두 0으로 바꾼다.

배열을 할당하고 모두 0으로 초기화할 필요가 있을경우에는 calloc을 쓰면 편하다.

realloc 함수

 - 이미 할당한 공간의 크기를 바꿀 때 realloc 함수를 사용한다.

#include <stdlib.h>

void* realloc(void* memblock, size_t size);	// realloc 함수의 원형

이미 할당한 포인터 변수를 memblock에 넣고, 바꾸고 싶은 공간의 크기를 size에 입력하여 사용한다.

realloc함수 사용 예

malloc함수를 사용한 예제에서 realloc 함수를 사용하여 변경하였다.

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

int main() {
	int arr_1[10];	// 배열 선언
	int *arr_2;		// 포인터 변수 선언
	int i;

	for(i = 0; i < 10; i++) {
		arr_1[i] = i+1;	// 배열에 값 대입
	}

	arr_2 = (int*) malloc(sizeof(int)*5);	// 메모리 할당, 배열의 크기만큼 할당하기 위해 5를 곱함

	for(i = 0; i < 5; i++) {
		arr_2[i] = arr_1[i];
		printf("%d ", arr_2[i]);
	}

	printf("\n");

	// sizeof(int) = 4바이트
	realloc(arr_2, sizeof(int)*10);	// arr_2의 메모리를 40바이트로 재 할당
	// arr_2의 메모리 크기 : 20바이트 -> 40바이트

	for(i = 0; i < 10; i++) {
		arr_2[i] = arr_1[i];
		printf("%d ", arr_2[i]);
	}

	free(arr_2);	// free함수를 이용하여 메모리 해제

	return 0;
}