C언어 malloc에 대하여

Memory allocation

malloc은 코딩에서 동적 메모리 할당이라는 부분을 배울 때 가장 처음 등장하는 단어입니다.

이는 memory allocation의 준말로 정해진 static 공간이 아닌 dynamic한 공간이 프로그램에서 필요할 때 사용합니다.

#include <stdlib.h>
 
int main()
{
	int length;
	char str1[100];
	char *str2;
 
	printf("Input size: ");
	scanf("%d", &length);
 
	str2 = (char*)malloc(sizeof(char) * length + 1);
  // ...
  // 해제
}

사용자가 글자를 입력하는 상황이 발생할 때, 위와 같이 str1처럼 정적으로 받는 방식과 str2처럼 실제 필요한 크기만큼 동적으로 할당해서 사용하는 방식이 있습니다.

예를 들어 abcde라는 문자열을 입력했을 때 글자 수는 총 5자리, NULL을 포함하여 6byte 크기를 가집니다.

따라서 malloc을 통해 5+1 바이트를 할당해서 str2를 사용하면 온전하게 공간을 효율적으로 사용할 수 있지만,

str1을 사용할 경우 총 100 바이트 메모리에서 6바이트만 사용하고, 94바이트는 낭비되는 공간으로 남습니다.

반대로 101 바이트를 str1에 담으려고 하면 overflow가 발생합니다.

실제로 메모리를 효율적으로 사용해야 하는 임베디드 환경에서 동적 할당을 자주 사요합니다.

그러나 항상 malloc이 정답은 아닙니다. 동적 할당은 정적 할당보다 런타임 시 동작 시간이 오래 걸립니다.

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소스 코드에서 동적할당을 메모리가 실제로 얼마나 사용되는지, 작업관리자를 통해 확인할 수 있습니다.

아래 코드는 총 1Gb의 메모리를 선언하는 코드입니다.

메모리 누수가 발생합니다. 테스트 시 강제 종료가 필요합니다.

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
int main()
{
	malloc(1024 * 1024 * 1024);
	while(1);
}

프로그램을 실행하면 아래 사진과 같이 작업 관리자에서 내가 실행한 프로그램의 메모리 항목에서 1Gb에 근사한 값을 볼 수 있습니다.

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그렇다면 malloc이 메모리를 할당한다는 것은 알았고,뒤의 ()안에 할당할 크기를 입력한다는 것을 알았습니다.

그럼 앞의 char*는 왜 사용하는 것일까요?

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이는 malloc 함수의 원형에서 알 수 있습니다.

void *malloc(
  size_t size
);

malloc 함수는 void* 타입을 반환합니다. 이는 다시 말해 사용자가 어떠한 자료형을 사용할지 모르니, 사용할 타입에 따라 변형해서 사용하라는 의미입니다.

주로 이것은 malloc을 해제할 때 사용됩니다.

결론적으로 개발자는 암묵적 룰에 따라 아래와 같이 내가 의도한 자료형의 크기를 할당했으면, 그것에 해당하는 자료형으로 반환 받아서 해제까지 진행하여야 합니다.

// Bad
char* ptr = (int*)malloc(1024);

// Bad
char* ptr = (char*)malloc(1024 * sizeof(int));

// Good
char* ptr = (char*)malloc(1024);

// Good
int* ptr = (int*)malloc(1024 * sizeof(int));

실제로 위 4가지 방법은 어느 하나 문제를 발생하지 않습니다. char나 int 모두 인간이 알아보기 쉬운 단어일 뿐 컴퓨터 입장에서 1바이트, 4바이트 그 이상도 이하도 아니기 때문입니다.

하지만 아래 코드와 같이 기계에게 혼란을 주게 되면 일부 컴파일 환경에서 메모리 누수가 발생할 수 있습니다.

SMT7 SoC 환경에서 테스트 시 메모리 누수 발생

// Good
char* ptr = (char*)malloc(1024);
free((char*)ptr);

// Memory Leak
int* ptr = (char*)malloc(1024);
free((char*)ptr);