C++ 07.09 - 포인터와 배열 (pointer and array)

07.09 - 포인터와 배열 (pointer and array)

C++에서 포인터와 배열은 밀접한 관련이 있다.

Similarities between pointers and fixed arrays

'07.01 - 배열, Array (Part 1)' 포스트에서 고정 배열(fixed array)을 정의하는 방법을 배웠다.

int array[5] = { 9, 7, 5, 3, 1 }; // declare a fixed array of 5 integers

위의 것은 정수 5개의 배열이지만, 컴파일러에는 배열이 int[5]의 변수다. 각각 array[0], array[1] 및 array[4]의 값을 가지고 있다. 그러나 배열 자체는 어떤 값을 가지고 있을까?

배열 변수는 마치 포인터인 것처럼 배열의 첫 번째 요소의 주소를 가지고 있다. 다음 프로그램에서 이를 볼 수 있다.

#include <iostream>

int main()
{
    int array[5] = { 9, 7, 5, 3, 1 };

    // print the value of the array variable
    std::cout << "The array has address: " << array << '\n';

    // print address of the array elements
    std::cout << "Element 0 has address: " << &array[0] << '\n';

    return 0;
}
/*
The array has address: 0042FD5C
Element 0 has address: 0042FD5C
*/

배열 변수가 보유한 주소는 배열의 첫 번째 요소의 주소다.

C++에서 배열과 포인터가 같다고 생각하는 것은 일반적인 오류다. 두 요소 모두 배열의 첫 번째 요소를 가리키고 있지만, 형식 정보가 다르다. 위의 경우 array는 int[5]의 타입이고, 배열에 대한 포인터는 int* 타입이다.

포인터를 통해 배열의 모든 요소에 접근할 수 있지만, 배열 타입에서 파생된 정보(Ex. 배열 길이)는 포인터에서 접근할 수 없다.

그러나 대부분은 이를 통해 고정 배열과 포인터를 효과적으로 처리할 수 있다.

예를 들어, 배열을 역참조하여 첫 번째 요소의 값을 얻을 수 있다.

int array[5] = { 9, 7, 5, 3, 1 };

// dereferencing an array returns the first element (element 0)
cout << *array; // will print 9!

char name[] = "Jason"; // C-style string (also an array)
cout << *name; // will print 'J'

실제로 배열 자체를 역참조하지는 않는다. (int[5] 타입의) 배열은 int 타입의 포인터로 암시적으로 변환되고 포인터를 역참조하여 포인터가 보유하고 있는 메모리의 주소의 값을 얻을 수 있다. (배열의 첫 번째 요소의 값)

또한, 배열을 가리키는 포인터를 지정할 수 있다.

#include <iostream>

int main()
{
    int array[5] = { 9, 7, 5, 3, 1 };
    std::cout << *array; // will print 9

    int *ptr = array;
    std::cout << *ptr; // will print 9

    return 0;
}

이 작업은 배열이 int* 포인터로 유도되고 ptr 포인터가 같은 타입이기 때문에 가능하다.

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Differences between pointers and fixed arrays

고정 배열과 포인터 간의 차이가 몇 가지 경우가 있다. 아래 내용은 고정 배열과 포인터가 같지 않다는 것을 보여준다.

sizeof() 연산자를 사용할 때 주된 차이가 발생한다. 고정 배열에서 sizof() 연산자는 전체 크기를 반환한다. (배열 길이 * 요소 크기) 포인터에서 사용하면 sizeof() 연산자는 메모리 주소의 크기(바이트)를 반환한다.

#include <iostream>

int main()
{
    int array[5] = { 9, 7, 5, 3, 1 };
    std::cout << sizeof(array) << '\n'; // will print sizeof(int) * array length

    int *ptr = array;
    std::cout << sizeof(ptr) << '\n'; // will print the size of a pointer

    return 0;
}

// 20
// 4

고정 배열은 배열이 가리키는 길이를 알고 있지만, 배열에 대한 포인터는 모른다.

두 번째 차이는 주소 연산자 &를 사용할 때 발생한다. 포인터의 주소를 취하면 포인터 변수의 메모리 주소가 산출된다. 배열 주소를 선택하면 포인터가 전체 배열로 돌아간다. 또한, 이 포인터는 배열의 첫 번째 요소를 가리키지만, 타입 정보가 다르다.

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Revisiting passing fixed arrays to functions

이전 포스트 '07.02 - 배열, Array (Part 2)'에서 큰 배열을 복사하는 것은 매우 비쌀 수 있으므로 배열이 함수로 전달될 때 배열을 복사하지 않는다고 배웠다. 함수에 배열로 인수를 전달하면 고정 배열을 포인터로 변환되어 함수에 전달된다.

#include <iostream>

void printSize(int* array)
{
    // array is treated as a pointer here
    std::cout << sizeof(array) << '\n'; // prints the size of a pointer, not the size of the array!
}

int main()
{
    int array[] = { 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21 };
    std::cout << sizeof(array) << '\n'; // will print sizeof(int) * array length

    printSize(array); // the array argument decays into a pointer here

     return 0;
}

// 32
// 4

매개 변수가 고정 배열로 선언된 경우에도 이 문제가 발생한다.

#include <iostream>

// C++ will implicitly convert parameter array[] to *array
void printSize(int array[])
{
    // array is treated as a pointer here, not a fixed array
    std::cout << sizeof(array) << '\n'; // prints the size of a pointer, not the size of the array!
}

int main()
{
    int array[] = { 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21 };
    std::cout << sizeof(array) << '\n'; // will print sizeof(int) * array length

    printSize(array); // the array argument decays into a pointer here

     return 0;
}

// 32
// 4

위의 예에서 C++는 배열 구문([])을 사용해서 매개 변수를 포인터 구문(*)으로 변환한다. 이는 다음 두 함수 선언이 같음을 의미한다.

void printSize(int array[]);
void printSize(int* array);

일부 프로그래머는 [] 구문을 선호한다. 함수가 값에 대한 포인터가 아니라 배열이 필요하다는 것을 분명히 하기 때문이다. 그러나 대부분은 포인터가 배열의 크기를 알지 못하기 때문에 배열 크기를 별도의 매개 변수로 전달해야 한다.

포인터 구문을 사용하는 것이 좋다. 매개 변수가 조정 배열이 아닌 포인터로 취급되고 sizeof()와 같은 특정 연산이 매개 변수가 포인터인 것처럼 작동한다는 것을 명확히 하기 때문이다.

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An intro to pass by address

함수로 전달될 때 배열이 포인터로 변환되므로 함수에서 배열을 변경하면 실제 배열을 변경하는 것과 같다.

#include <iostream>

// parameter ptr contains a copy of the array's address
void changeArray(int* ptr)
{
    *ptr = 5; // so changing an array element changes the _actual_ array
}

int main()
{
    int array[] = { 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21 };
    std::cout << "Element 0 has value: " << array[0] << '\n';

    changeArray(array);

    std::cout << "Element 0 has value: " << array[0] << '\n';

     return 0;
}
/*
Element 0 has value: 1
Element 0 has value: 5
*/

changeArray() 함수를 호출하면 배열이 포인터로 들어가고, 해당 포인터의 값(배열의 첫 번째 요소 메모리의 주소값)이 changeArray() 함수의 ptr 매개 변수로 복사된다. ptr의 값이 배열 주소의 복사본이지만, ptr은 여전히 실제 배열을 가리킨다. (복사본이 아니다!) 결과적으로 ptr을 역참조하면 실제 배열이 역참조 된다.

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Arrays in structs and classes don’t decay

구조체(struct) 또는 클래스(class)의 일부인 배열은 전체 구조체 또는 클래스가 함수로 전달 될 때 변환되지 않는다. 이렇게 하면 원하는 경우 변환을 방지하는 유용한 방법이 생기며, 나중에 배열ㅇ르 사용하는 클래스를 작성할 때 유용하다.

다음 포스트에서는 포인터 산술을 살펴보고 배열 인덱싱이 실제로 어떻게 작동하는지에 대해 설명할 예정이다.

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 번역: 이 포스트의 원문은 http://www.learncpp.com/cpp-tutorial/6-8-pointers-and-arrays/ 입니다.