C언어 기초 - 8. 포인터의 개념

1. 포인터(Pointer)란 무엇인가?

포인터는 메모리 주소(Memory Address)를 값으로 저장하는 변수임.  일반 변수가 정수나 문자 같은 실제 데이터를 저장하는 반면, 포인터 변수는 데이터가 저장된 메모리의 '위치' 즉, 주소값을 보관함. 포인터 변수 또한 하나의 변수이므로, 이 변수도 메모리 어딘가에 저장되며 그 자체로 주소값을 가짐.

 

포인터를 사용하는 이유

1) 포인터를 사용하면 메모리를 낭비하지 않고 효율적으로 사용 가능하다.

2) 포인터를 사용하여 함수에 데이터를 전달할 수 있다.

- 이를 통해 실제 데이터를 수정하거나 참조하는 것이 가능하다.

3) 포인터를 사용하면 개발자가 메모리를 직접 컨트롤 하는 것이 가능하다.

4) 포인터를 사용하면 메모리를 동적으로 사용 가능하다.

5) 포인터를 사용하면 문자열을 관리할 수 있다.

 

 

 

2. 포인터 변수 선언

포인터 변수를 선언할 때는 어떤 자료형의 메모리 주소를 저장할 것인지를 명시해야 함.

포인터 변수는 무조건 8byte다.

 

자료형* 포인터변수이름;

• 자료형: 포인터가 가리킬 메모리 공간에 저장될 데이터의 타입 (예: int, char, double 등).
• *: 해당 변수가 포인터임을 나타내는 표시. *는 포인터 변수를 선언할 때만 사용하며, 다른 곳에서는 다른 의미(역참조)로 사용됨.

예시:

int* ptr_int;       // 정수(int)를 가리킬 포인터 변수 ptr_int 선언
char* ptr_char;     // 문자(char)를 가리킬 포인터 변수 ptr_char 선언
double* ptr_double; // 실수(double)를 가리킬 포인터 변수 ptr_double 선언

 

 

 

 

3. 주소 연산자 (&): "어디에 있니?"

& 연산자는 주소 연산자(Address-of operator) 또는 참조 연산자라고 불림. 이 연산자는 변수의 메모리 주소값을 반환함. 어떤 변수가 메모리의 어디에 저장되어 있는지를 알고 싶을 때 사용함.

사용 예시:

int num = 10;
int* ptr;

ptr = # // num 변수의 메모리 주소를 ptr에 저장.
            // 즉, ptr은 이제 num의 위치를 가리킴.

4. 역참조 연산자 (*): "무엇이 있니?"

* 연산자는 역참조 연산자(Dereference operator) 또는 간접 참조 연산자라고 불림. 이 연산자는 포인터 변수가 가리키는 메모리 주소에 저장된 실제 값을 반환함.  포인터를 통해 해당 주소의 데이터를 읽거나 변경할 때 사용함.

사용 예시:

c

int num = 10;
int* ptr = # // ptr은 num의 주소를 가리킴.

printf("ptr이 가리키는 값: %d\n", *ptr); // *ptr은 num의 값인 10을 반환함.

*ptr = 20; // ptr이 가리키는 메모리 공간(num의 주소)의 값을 20으로 변경함.
           // 이제 num의 값도 20이 됨.

*ptr = 20; 은 num = 20; 과 동일한 결과를 가져옴!!

 

 

#include <stdio.h>
int main()
{

    int a = 100;
    int* p = &a;
    printf("%d\n",*p);  // 100
    printf("%p\n",p);	// 0x7ffe12526b3c
    printf("%p\n",&a);	// 0x7ffe12526b3c
    
    return 0;
}

 

p에는 a의 주소가 들어간다.

a의 주소는 &a 이다.

*p는 a의 주소에 들어있는 값을 나타낸다.

 

 

5. 포인터를 왜 사용하는가?

포인터는 C언어의 강력하고 유연한 특성을 가능하게 하는 핵심 개념임.  포인터를 사용하는 주된 이유는 다음과 같음.

• 함수로 변수의 값 변경: 함수는 기본적으로 값을 복사하여 전달하지만, 포인터를 사용하면 함수의 매개변수로 변수의 주소를 전달하여 함수 내부에서 원본 변수의 값을 직접 변경할 수 있음.
• 동적 메모리 할당: 프로그램 실행 중에 필요한 만큼의 메모리 공간을 할당받아 사용하고 해제하는 동적 메모리 할당(malloc, calloc, realloc, free)은 포인터를 통해서만 가능함. 이를 통해 메모리를 효율적으로 관리할 수 있음.
• 배열 및 문자열 처리: C언어에서 배열 이름은 배열의 첫 번째 요소의 주소를 가리키는 포인터로 취급됨.  따라서 포인터 연산을 통해 배열의 요소에 효율적으로 접근하거나 문자열을 다룰 수 있음.
• 복잡한 자료구조 구현: 연결 리스트, 트리, 그래프 등 복잡한 자료구조는 노드들이 메모리상에 흩어져 있고, 서로의 주소를 포인터로 연결하여 구성됨.
• 하드웨어 제어: 임베디드 시스템 프로그래밍이나 운영체제 개발과 같이 하드웨어를 직접 제어해야 하는 상황에서 특정 메모리 주소에 접근하여 값을 읽거나 쓰는 데 포인터가 활용됨.

포인터는 C언어의 심장과 같음. 포인터의 정확한 이해와 활용은 C언어 프로그래밍 실력을 한 단계 더 끌어올리는 데 필수적임!!

 

 

-- 연습문제

• i의 값이 50이 출력되도록 변수 i의 값을 해킹하시오
• i의 값을 직접 바꾸는 것은 안됩니다

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int i = 30;

    // 수정가능지역 시작

        // i의 주소
        printf("&i = %p\n", &i);
        int* p = &i;  // 포인터 함수 (주소 값을 저장)
        printf("p = %p\n",p);
        *p = 50;  //  *p : p에 저장되어 있는 주소로 간다.

    // 수정가능지역 끝

	printf("i = %d\n", i);
    return 0;
}

 

출력값

&i = 0x7ffda1c5febc
p = 0x7ffda1c5febc
i = 50

 

 

 

포인터에 +1을 했을 때 주소가 얼마나 증가하는지

#include <stdio.h>

int main() 
{
    char c = 'A';
    int i = 10;
    double d = 3.14;
    
    char* cp = &c;
    int* ip = &i;
    double* dp = &d;
    
    printf("char 포인터 원래 주소: %p\n", cp);
    printf("char 포인터 +1 주소: %p\n", cp+1);
    printf("char 포인터 차이: %ld 바이트\n\n", (char*)(cp+1) - cp);
    
    printf("int 포인터 원래 주소: %p\n", ip);
    printf("int 포인터 +1 주소: %p\n", ip+1);
    printf("int 포인터 차이: %ld 바이트\n\n", (char*)(ip+1) - (char*)ip);
    
    printf("double 포인터 원래 주소: %p\n", dp);
    printf("double 포인터 +1 주소: %p\n", dp+1);
    printf("double 포인터 차이: %ld 바이트\n", (char*)(dp+1) - (char*)dp);
    
    return 0;
}

 

 

char 포인터 원래 주소: 0x7ffe3a248953
char 포인터 +1 주소: 0x7ffe3a248954
char 포인터 차이: 1 바이트

int 포인터 원래 주소: 0x7ffe3a248954
int 포인터 +1 주소: 0x7ffe3a248958
int 포인터 차이: 4 바이트

double 포인터 원래 주소: 0x7ffe3a248958
double 포인터 +1 주소: 0x7ffe3a248960
double 포인터 차이: 8 바이트