[C++ Primer Plus] Chapter 9. 메모리 모델과 이름공간

분할 컴파일 #

• 서로 다른 컴파일러는 하나의 동일한 함수에 대해 다르게 장식한 이름을 만들어 낸다.
• 따라서 컴파일 된 모듈을 링크시켜야 할 때는 각각의 목적파일이나 라이브러리들이 같은 컴파일러로 만들어진 것인 것 반드시 확인해야 한다.

• 헤더 파일은 단 한 번만 포함시켜야 하므로 다음과 같이 중복을 방지할 수 있다.

#ifndef MYHEADER_H_
#def MYHEADER_H_

// ...

#endif

기억 존속 시간 (storage duration) #

• C++은 네 가지 유형으로 데이터를 저장한다. 이 네 가지 유형은 메모리에 데이터를 존속시키는 시간에서 차이가 난다.

사용범위 (scope) #

• 어떤 이름이 하나의 파일(번역 단위) 안에서 얼마나 널리 알려지는가를 의미한다.

링크 (linkage) #

• 서로 다른 파일(번역 단위)들이 이름을 공유하는 것을 말한다.

네 가지 종류의 변수들 #

1. 자동 변수

• 블록 안에서 선언된 변수이다.
• auto 키워드는 자동 변수에만 사용할 수 있다.
• register 키워드는 C++11이전에 레지스터를 사용해서 자동 변수를 저장함으로써 좀 더 빠르게 접근하게 만들기 위해서 나온 것이었다.
• 스택과 두개의 포인터를 사용해서 관리된다. 포인터 중 하나는 스택의 시작점인 바닥을, 하나는 스택의 다음 메모리 저장위치인 꼭대기를 가리킨다. 함수가 호출되었다가 종료되면 꼭대기를 가리키는 포인터가 이전 위치를 지시한다. 값들은 지워지지 않는다.

2. 정적 변수

• 정적 변수를 명시적으로 초기화하지 않으면, 컴파일러가 자동으로 0으로 초기화한다.

2-1. 전역 변수

• 어떤 블록에도 속하지 않는 바깥에 선언
• 여러 파일에서 똑같은 이름의 전역 변수를 사용한다면 extern 키워드를 넣어준다.

// 파일 1에서 전역 변수 num을 선언한다. extern을 생략해도 된다. 
extern int num = 20; 

// 파일 2에서 전역 변수 num을 사용하기 위해 extern 키워드를 사용한다. 
extern int num;      

void Global()     
{
    extern int num;  // 함수 안에서 선택적으로 재선언해서 전역 변수를 사용 할 수도 있다.
}

void Local()
{
    int num = 10;    // 지역 변수가 전역 변수를 가린다. 
    cout << ::num;   // 전역 변수 사용을 위한 사용 범위 결정 연산자 :: 
}

2-2. 내부 링크 정적 변수

• 어떤 블록에도 속하지 않는 바깥에 선언 + static 키워드
• 서로 다른 파일에서 같은 이름으로 각각 다른 변수를 만들 수 있다.

// 파일 1에서 전역 변수를 선언한다. 
int num = 10;   

// 파일 2에서 내부 링크를 가진 정적 변수를 선언한다. 이 파일에서만 쓰는 또 다른 변수이다. 
static int num = 14;   

2-3. 링크 없음 정적 변수

• 블록 안에서 선언 + static 키워드
• 프로그램이 시작할 때 한번만 초기화 된다.
• 함수가 호출될 때 누적되는 값으로 사용할 수 있다.

void Function()
{
    // 블록 안에서 링크가 없는 정적 변수를 선언한다. 
    static total = 0;
    total += 1;
}

CV-제한자 #

• const
  • 메모리가 초기화 된 후에는 프로그램이 그 메모리를 변경할 수 없다.
  • 특이한 점은, const 전역변수는 외부링크가 아니라 내부링크가 디폴트라는 점이다.
  • 따라서 외부링크인 const 전역변수를 만들고 싶으면 extern 키워드를 사용한다.

// 파일 1에서 const 전역변수를 extern 키워드를 사용해서 선언한다. 
extern const int states = 10;  

// 파일 2에서 states을 사용하기 위해서 extern 키워드를 사용한다. 
extern const int states; 

• volatile
  • 외부적인 요인으로 그 변수의 값이 언제든지 바뀔 수 있음을 뜻한다. 컴파일러의 최적화를 막아서 레지스터에 로드된 값을 사용하지 않고 매번 메모리를 참조하게 만든다.
  • 같은 변수를 여러 번 대입하면 마지막 대입만 의미 있다. 따라서 컴파일러는 나머지 앞의 불필요한 구문을 누락시킴으로써 최적화한다. volatile 제한자는 이러한 최적화를 막는다.

기억 공간 제한자 #

• auto (C++11에서는 의미 변경)

auto int a = 3; // (X) auto는 더 이상 자동 변수라는 의미의 선언이 아니다.
auto b = 3;     // (O) auto는 자동 형변환에 사용한다.  

• register (C++11에서는 의미 변경)
  • 변수를 RAM이 아니라, 가능한 Register에 저장하도록 요청한다.
  • C++11에서는 단순히 자동 변수임을 명시하는 방법이다.

• static
  • 바깥에 선언하면 내부 링크, 블록 안에 선언하면 링크 없음.

• extern
  • 다른 파일에 존재하는 전역변수를 사용할 수 있게 한다.

• thread_local (C++11에서 추가됨)
  • thread_local 키워드로 선언한 변수는 그 존속 시간이 변수를 포함하는 쓰레드의 존속 시간이 된다.

• mutable
  • 특정 구조체나 클래스가 const로 선언되어 있더라도 그 안의 특정 멤버를 변경할 수 있음을 나타낸다.

함수 #

• 정적 기억 존속 시간, 외부 링크

• static 키워드로 내부 링크를 부여할 수 있다. 이것은 함수의 사용 범위를 파일 하나로 제한한다.

// static 키워드로 내부 링크를 가진 함수를 만든다. 
  
static void Function();    // 함수 원형
static void Function() {}  // 함수 정의

• 함수는 모두 하나의 정의만을 가진다. 하지만 인라인 함수는 각각의 파일에서 모두 인라인함수의 정의를 가진다.

언어 링크 #

• 각 언어의 컴파일러는 각기 다른 방식으로 함수들의 이름을 장식한다.

• 만약 C++프로그램에서 C 라이브러리의 미리 컴파일된 함수를 사용하고 싶다면, 사용할 프로토콜을 알려주는 함수 원형을 사용할 수 있다.

 extern "C" void Function(int);

동적 메모리 #

• 동적메모리는 사용 범위나 링크 규칙이 아닌, new와 delete에 의해 관리된다.

int * ptr = new int;

• 4바이트의 메모리가 new에 의해 대입된다. delete에 의해 해제될 때까지 메모리에 유지된다.
• 반면 ptr은 선언된 함수가 종료될 때 사라진다.

• new 연산자를 이용한 초기화

int * ptr = new int (10);
int * ptr = new int {10};
int * ptr = new int[5] {10, 11, 12, 13, 14};

•  new는 필요한 메모리 양을 확보할 수 없는 경우 std::bad_alloc 예외를 반환한다.

위치 지정 new #

• 사용할 메모리를 프로그래머가 지정할 수 있는 new이다.

#include <new>

struct StructSample 
{ 
   // ...
};

char buffer[50];

// 정적 메모리인 buffer를 사용한다. delete는 안 한다.
StructSample * ptr = new (buffer) StructSample;  

이름 공간 #

• 새로운 종류의 선언영역을 정의하는 것이다.

• 전역위치나 다른 이름 공간 안에 놓일 수 있다. 하지만 블록 안에는 놓일 수 없다.

• 기본적으로 외부 링크를 가진다.

namespace Jack 
{
    int jackNum = 10;    
    int isJackHome = false;
}

Jack::jackNum = 20; // 사용 범위 결정 연산자 ::를 사용해서 이름공간 안에 이름을 접근한다.

using 선언과 using 지시자 #

• using 선언
  • using 선언으로 특정 이름을 선언된 영역에 추가할 수 있다.

using Jack::jackNum; // using 선언

jackNum = 20;

int jackNum = 10; // (X)

• using 지시자
  • using 선언이 하나의 이름만을 사용할 수 있게 만든다면, using 지시자는 모든 이름을 사용할 수 있게 만든다.
  • using 선언은 그 위치에 그 이름을 선언하는 것이라면, using 지시자는 해당 범위에 namespace를 넣는 것이다. 
  • 따라서 똑같은 이름을 이후에 재선언했을 때 그 전에 using 선언을 했다면 에러가 나지만, using 지시자의 경우에는 namespace의 변수를 가리기만 한다. 따라서 일반적으로 using 선언이 좀 더 안전하다.

using namespace Jack; // using 지시자

jackNum = 20;
isTrue = true;

int jackNum = 10; // (O)

이름공간의 대용이름 #

namespace J = Jack;   // 이렇게 대용이름을 만들 수도 있다.

using J::jackNum;

jackNum = 20;

명명하지 않은 이름공간 #

• 다른 파일에서 사용할 수 없다. 마치 내부링크를 가진 정적변수와 같다.

namespace     // static int count;와 같다.
{  
    int count;
};