Array and Struct 문서 원본 보기

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==개요==
해당 문서에서는 1차원 배열(array)와, 다차원 배열, 그리고 포인터 배열의 특성에 대해 다룬다. 또한 구조체(struct)를 선언할 때, 구조체가 메모리에 어떻게 배치되는지와 정렬 및 패딩(padding) 규칙이 구조체에 어떤 영향을 미치는지에 대해 다룬다.

==Array==
C에서는 기본적으로 아래와 같이 배열을 선언한다:
 T A[N];
[[파일:Array allocation example.png|대체글=Figure 1. Array allocation example|섬네일|Figure 1. Array allocation example]]
T는 배열의 원소(element)의 자료형, N는 배열에 최대로 저장될 수 있는 원소의 수에 해당한다. 위 명령어를 통해 총 <code>N * sizeof(T)</code> 바이트의 연속적인 메모리 할당이 이뤄진다. 예를 들어, <code>char *p[3];</code>와 같은 명령어는 포인터 자료형의 크기가 8바이트이므로, 총 24바이트의 공간이 할당된다. 이는 figure 1이 잘 보여준다.

===Array Access===
기본적으로 배열 이름 A는 배열의 첫 원소의 시작 주소를 지정하는 포인터처럼 작동한다. 예를 들어, 배열 val이 figure 2와 같이 선언되었을 때, 배열 이름 val에 대한 산술 연산은 아래와 같이 작동한다.
[[파일:Array access example.png|대체글=Figure 2. Array access example|섬네일|Figure 2. Array access example]]
{| class="wikitable"
|+
!Expression
!Type
!Value
|-
|val
|int*
|x
|-
|<code>&val[1]</code> or <code>val + 1</code>
|int*
|x + 1 * 4
|-
|<code>val[1]</code> or <code>*(val + 1)</code>
|int
|5
|-
|<code>&val[i]</code> or <code>val + i</code>
|int*
|x + i * 4
|}
아래는 배열의 원소에 접근하는 C언어 기반의 함수와, 동일한 작업을 수행하는 어셈블리 코드이다.
<syntaxhighlight lang="c">
int get_elem(int* arr, long idx) {
  return arr[idx];
}
</syntaxhighlight>
<syntaxhighlight lang="asm">
get_elem:
  mov (%rdi,%rsi,4), %eax
  ret
</syntaxhighlight>
위 어셈블리 코드에서 %rdi는 배열의 시작 주소를 의미하며, %rsi는 인덱스를 의미한다. 따라서, <code>arr[idx]</code>는 <code>%rdi + 4 * %rsi</code>에 위치한 원소이다.

===Array vs. Pointer in C===
배열과 포인터는 밀접한 관계가 있지만, 동일하지 않다. char str1[32];과 같이 배열 이름은 포인터처럼 사용될 수 있지만, 진짜 포인터 변수는 아니다. 이는 아래의 예시 코드를 통해서 알아볼 수 있다.
<syntaxhighlight lang="c">
char str1[32];
char str2[64];
char *p = str1;
printf("%p vs. %p\n", str1, p); 
printf("sizeof(str1) = %ld\n", sizeof(str1)); // 배열의 크기 = 32 
printf("sizeof(p) = %ld\n", sizeof(p)); //포인터 크기 = 8
p = str2; //char* 포인터에 배열 이름 할당은 괜찮음
str2 = p; //이는 컴파일 오류를 야기
</syntaxhighlight>
위의 코드에서는 마지막 줄이 컴파일 오류를 야기한다. 이는 배열 이름은 사실상 상수와 같이 동작하므로, 재할당이 불가하기 때문이다. 하지만 그 외에는 사실상 포인터와 같이 동작하므로, 서로 호환되어 사용되는 것을 보여준다.

===Multi-dimensional (2D) Array===
C에서는 다음과 같이 2차원 배열을 선언한다:
<syntaxhighlight lang="c">
T A[N][M];
</syntaxhighlight>
이는 N행 M열의 2차원 배열을 선언하고, 선언된 배열의 메모리 크기는 <code>N * M * sizeof(T)</code>이다. 이때 C언어는 row-major order를 사용하여 이차원 배열의 각 원소들을 저장한다. Row-major order란 같은 행의 원소들이 메모리 상에서 연속적으로 저장되는 것을 의미한다. 예를 들어, 아래와 같이 배열이 주어져있다고 가정하자. 
[[파일:2D Array- Array of Array.png|대체글=Figure 3. 2D Array: Array of Array|섬네일|500x500픽셀|'''Figure 3. 2D Array: Array of Array''' ]]
<syntaxhighlight lang="c">
int val[4][5] = {
  {9, 8, 1, 9, 5},
  {9, 8, 1, 0, 5},
  {9, 8, 1, 0, 3},
  {9, 8, 1, 1, 5}
};
</syntaxhighlight>
위의 배열은 row-major order 기준으로 각 행에 연속적으로 20바이트를 할당한다. 배열이 메모리에 할당된 모습은 figure 3에 잘 나타나있다. 
i
2차원 배열은 배열의 배열이라고 할 수 있다. 이에 따라, A[i]는 i번째 행(배열)의 시작 주소를 의미한다. 따라서 A[i]가 가리키는 주소는 <code>A[i] = A + i * (M * sizeof(T))</code>와 같이 계산된다. 


==각주==
[[분류:컴퓨터 시스템]]