[C언어] 함수와 기억 클래스(2)

✅ 1. 매개변수를 통한 자료 전달

(1) 함수의 호출과 자료 전달

• 함수 호출: 처리에 필요한 자료를 피호출 함수의 매개변수에 전달함 -> sum(10, 20); 
• 복귀: 처리 결괏값을 함수 호출식의 값으로 반환함 -> return z;

(2) 값에 의한 자료 전달

• C 언어의 기본적인 자료 전달 방식이다.
• C 언어는 함수를 호출시 매개변수 전달은 실 매개변수의 값을 형식 매개변수에 복사하는 방식으로 동작함.
• 이유는, 실 매개변수와 형식 매개변수의 공간이 다르기 때문에 값만 복사해서 넣어주는 것임. 즉, 주소값이 달라서임.
• 즉, 변수간의 주소값이 다른데, 서로 영향을 받지 않도록 하기 위해서 복사를 하는 것임.

(3) 참조에 의한 자료 전달

#include <stdio.h>

void modify(int *ptr) {
    *ptr = 99;   // ptr이 가리키는 주소(원본 변수)에 99 저장
}

int main() {
    int num = 5;
    modify(&num);   // num의 주소를 전달
    printf("num = %d\n", num);
    return 0;
}

• C 언어에서는 직접 지원하지는 않지만, 포인터를 이용하여 유사한 처리를 할 수 있음.
• 실 매개변수의 값이 들어 있는 곳의 주소를 형식 매개변수에 전달하는 방식임.
• 주소를 전달하기 위해 형식 매개변수를 '포인트' 형으로 선언을 해야 됨.
• 피호출 함수에서 형식 매개변수를 사용하는 것은 실 매개변수를 직접 사용하는 것과 동일하게 됨.
• 즉, 원본 주소값을 형식 매개변수로 주기 때문에 수정이 일어나면 실 매개변수에도 영향이 있을 수 있음.

• 쉽게말해, 구조체는 여러 자료를 포함한 구조인데, 용량이 클 수 있음.
• 그래서 용량이 큰 인수를 전달할 때 값이 아닌 참조에 의한 자료 전달 즉, 주소를 전달함으로써 효율을 올릴 수 있음.

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✅ 2. 유효범위

(1) 유효범위 ( scope ) 란?

• 유효범위는 변수나 함수 등의 명칭을 사용할 수 있는 영역을 의미한다.
• 유효범위에 대한 세부적인 판단 기준은 지역변수, 전역변수 로 나뉜다.

[ 지역변수 (loccal variable) ]

• 특정 범위 내에서만 통용되는 변수를 의미하며, 선언된 블록이나 함수 내에서만 사용이 가능한 변수를 의미함.
• 블록이나 함수 내부에 선언된 변수, 함수 헤더에 선언된 형식 매개변수 또한 포함

[ 전역변수 (global variable) ]

• 프로그램 전체에 걸쳐 사용될 수 있는 변수를 의미한다.
• 함수 외부에 선언된 변수로 볼 수 있음.
• 동일 파일 내 또는 다른 파일에 선언될 수 있음
• 명시적으로 초기화하지 않으면 0으로 자동 초기화 됨.

[ 지역변수와 전역변수 사용 팁 ]

• 가급적이면 지역변수를 사용하는 것을 권장함.
• 이유는 함수의 독립성 향상, 디버깅이 용이함, 기억공간 절약, 재귀호출을 하는 함수의 작성 등의 용이함.
• 전역변수는 프로그램 선두에 선언하는 것을 권장함.

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✅ 3. 기억 클래스

(1) 기억 클래스 ( storage class ) 란?

• 기억 클래스란, 변수가 메모리 어디에 저장되는지, 언제 생성되고 언제 사라지는지(생명주기), 그리고 어디서 접근을 할 수 있는지 (범위)를 결정하는 속성을 의미함.
• 쉽게말해, 변수의 존속기간(생명주기), 유효범위, 저장위치 등을 결정하는 개념이다.
• 또한, 변수가 메모리에서 어떻게 기억되는가를 분류하는 기준으로 기억 클래스라는 이름을 가짐.
• C언어에는 대표적으로 자동변수, 정적변수, 외부변수, 레지스터 변수 4가지 기억 클래스가 있음.

• 자동변수: 기본적으로 지역변수가 자동변수에 해당이 되며, 지역변수에 변수를 선언하면 기본값인 auto 로 취급함.
• 레지스터 변수: CPU의 레지스터에 저장하여 접근 속도를 최대한 빠르게 하고자 하는 지역 변수임.
• 정적 변수: 프로그램 실행 동안 계속 유지되는 변수를 의미함.
• 외부 변수: 다른 파일이나 다른 블록에서 선언된 전역변수를 참조할 때 사용하는 변수이다.

(2) 자동변수

#include <stdio.h>
int sum(int, int);
int main() {
    int result = sum(1, 2);
    printf("%d", result);
}
int sum(int a, int b) {
    auto int result = a + b; // auto 생략이 가능함.
    return result;
}

• 지역변수에 적용될 수 있는 기억 클래스이다.
• 예약어 'auto' 를 지정하여 선언해 사용을 할 수 있지만, 디폴트가 auto 이므로 생략할 수 있음.
• 존속기간(생명주기): 소속 함수 또는 블록에 진입할 때 생성되고, 빠져나갈 때 제거가 됨.
• 유효범위(접근범위): 소속 함수나 블록 내부
• 명시적으로 초기화하지 않으면 미지의 값을 갖게 되며, 적절한 초기화를 할 필요가 있음.
• 정리하면, 해당 자동 변수는 지역변수 내에서 선언 된 모든 변수에 디폴트로 붙게 된다. 그래서 생략이 가능함.

(3) 정적변수

• 예약어 'static' 을 지정하여 선언 할 수 있음.
• 존속기간(생명주기): 프로그램을 시작할 때 생성되어 프로그램을 마칠 때까지 유지가 됨.
• [ 선언 위치별 유효범위 ]
• 함수나 블록에 선언: 소속 함수 또는 블록 내에서만 사용할 수 있음. ( 내부에서만 접근이 가능하다는 의미임. )
• 함수 외부에 선언: 소속 파일에서만 사용할 수 있음
• 초기값을 지정하지 않으면 자동적으로 0으로 초기화가 됨.

• 위와 같이 static 키워드를 통해 정적 변수를 선언해서 사용을 할 수 있음.
• 해당 코드는 test() 함수 내부에 auto(자동변수) 와 static(정적변수) 두 개를 선언하여 비교를 한 것이다.
• auto 는 생명주기가 함수가 끝날 때 사라지기 때문에 반복의 결과는 다 0이 나오게 된다.
• 반면 static 은 함수 내에서 선언이 되었기 때문에, 접근 범위는 해당 함수 내부에서만 접근이 가능하다.
• 하지만, 생명주기는 프로그램이 끝날 때 까지 유효하기 때문에 메모리에서 제거가 되지 않고 유지가 되게 된다.
• 즉, 결과는 auto 0,0,0 static 0,1,2 가 나오게 된다.

(4) 외부변수

// file1.c
#include <stdio.h>
int count = 10;   // 전역 변수 정의 (실제 메모리 공간 생성)
void increase() {
    count++;
}

// file2.c
#include <stdio.h>
extern int count;   // 다른 파일의 count를 참조 (선언)
void increase();    // 다른 파일의 함수 원형 선언
int main() {
    printf("초기 count = %d\n", count); // 10 출력
    increase(); // file1.c에 있는 함수 호출 → count 증가
    printf("증가 후 count = %d\n", count); // 11 출력
    return 0;
}

// 실행 결과
// 초기 count = 10
// 증가 후 count = 11

• 예약어 'extern' 을 지정하여 선언해서 사용을 할 수 있으며, 함수 외부에서 정의된 변수라는 것을 의미함.
• 쉽게말해, 전역변수와 외부변수는 거의 동일한 의미를 가지고 있음.
• 전역 변수에는 extern 키워드 또한, auto 지역변수에 디폴트로 넣어진것과 동일하게 자동으로 extern이 붙음.
• 즉, 전역 변수는 자동으로 extern이 붙는다”는 말은 개념적으로는 맞지만, 언어적으로 extern이 추가된다는 뜻은 아니게 된다.
• 존속기간(생명주기): static과 동일하게, 프로그램을 시작할 때 생성되어 프로그램을 마칠 때까지 유지됨.
• 유효범위: 프로그램 전체 범위 ( static 은 소속 파일 내부에서만 사용이 가능함. )
• 다른 파일에 외부변수로 선언된 변수를 사용할 수 있음.
• 초기값을 지정하지 않으면 자동적으로 0으로 초기화가 됨.

• 위와 같은 과정을 통해 컴파일이 진행 되고, 링커가 링킹을 해주게 된다. 그러면 file1, file2가 합쳐지게 됨.

void increase();    // 함수 원형 선언

 

• file2 의 함수 원형을 선언 해놓은 부분은 "이런 함수가 어딘가 있을 거야" 라고 약속만 하는 선엄임.
• 즉, 컴파일러는 실제 함수 정의를 몰라도 일단 "이런 함수가 존재한다"고 믿고 기계어를 생성하게 된다.
• 그래서 컴파일은 통과하게 됨. 그 후, 링커가 실행될 때 file1.o 안에서 실제로 정의된 increase() 를 찾아 연결(link) 하게 됨.
• 그럼에도, #include 를 통해 헤더파일을 쓰는 이유는, 헤더 파일에 선언 된 함수들을 여러 컴파일 되는 파일에서 헤더만 등록함으로써 모든 컴파일 되는 파일들이 선언 없이 이용이 가능하므로, 유지보수 및 효율이 증가 하기 때문임.
• #include 헤더 파일은 결국, 선언문만 가지고 있는 인터페이스의 역할임. 즉, 구현체는 결국 링크 과정을 통해 연결이 됨.

• 또한, 위와 같이 extern 키워드를 main() 함수 내부에서 사용 즉, 함수 내부에서 사용을 할 수 있음.
• 위의 extern int i; 는 굳이 extern 이 없이도 전역변수로 만들어진 i 를 위에 선언과 초기화가 되어있기에 사용이 가능함.
• 하지만, 아래의 extern int k; 는 extern 이 없는 경우 오류가 남.

(5) 레지스터 변수

• 예약어 'register' 를 지정하여 선언 할 수 있음.
• CPU의 레지스터에 자료를 저장할 것을 요청함
• 매우 자주 사용되는 변수에 지정하여 실행 속도를 높이려는 목적으로 사용이 됨.
• 예시로는 반복문의 카운터 변수로 사용 할 수 있음.
• 존속기간 및 유효범위, 초기값: 자동변수와 동일함