포인터 활용

개요

포인터 산술, 배열과 포인터 관계, 함수 인자 전달(call by reference), 이중 포인터.

포인터 변수 선언

Pointer(포인터) 변수는 메모리의 Address(주소)를 저장하는 변수이다. Pointer 변수를 선언할 때는 해당 Pointer가 가리키는 변수의 자료형을 명시해야 한다.

변수 선언 시 변수명 앞에 * 기호를 붙여 Pointer 변수임을 나타낸다.

int *ptr;

위 선언에서 각 요소의 의미는 다음과 같다.

• int: Pointer 변수 ptr에 저장될 Address에 위치한 변수의 자료형을 의미한다.
• *: ptr이 Pointer 변수임을 나타내는 연산자이다.
• ptr: Pointer 변수의 이름이다.

따라서 변수 ptr은 int 자료형 변수를 가리키는 Pointer라고 할 수 있으며, *ptr 자체는 int 자료형 변수로 생각할 수 있다. *의 위치는 자료형과 변수명 사이 어디에 있어도 무방하다.

여러 개의 Pointer 변수를 한 번에 선언할 때는 각 변수명 앞에 *를 붙여야 한다.

• 잘못된 선언: ptr1만 Pointer 변수로 선언됨

  int* ptr1, ptr2, ptr3; 

• 올바른 선언: ptr1, ptr2, ptr3 모두 Pointer 변수로 선언됨

  int *ptr1, *ptr2, *ptr3; 

포인터 변수의 값 저장

Pointer 변수는 오직 변수의 Address 값만을 저장할 수 있다. 변수의 Address는 & 연산자를 사용하여 얻을 수 있다.

int i = 3;
int *ptr = &i; // Pointer 변수 ptr에 변수 i의 Address를 저장 

위 코드에서 ptr은 변수 i의 Address 값을 가지므로, *ptr은 변수 i 자체를 의미하게 된다. 즉, *ptr의 값은 i의 값인 3과 같다.

역참조 연산자

Dereference operator(역참조 연산자) *는 Pointer 변수 앞에 붙여 사용하며, 해당 Pointer가 가리키는 메모리 공간에 저장된 값에 접근하도록 한다.

즉, Pointer 변수가 특정 변수의 Address를 저장하고 있을 때, Dereference operator를 사용하면 그 변수 자체를 참조하거나 값을 수정할 수 있다.

int i = 3;
int *ptr = &i;

*ptr = i + 2; // *ptr은 변수 i를 의미하므로 i의 값이 5로 변경됨 

다중 포인터

Multiple Pointer(다중 포인터)는 다른 Pointer 변수의 Address 값을 저장하는 Pointer이다. Pointer를 위한 Pointer라고 할 수 있으며, *를 여러 번 사용하여 선언한다.

예를 들어 int **dpi;는 int* 타입 변수의 Address를 저장하는 이중 Pointer를 선언한 것이다.

int i = 10;
int *pi = &i;      // pi는 변수 i의 Address를 저장
int **dpi = π   // dpi는 Pointer 변수 pi의 Address를 저장 

변수 이름	저장된 값	가리키는 대상의 Address
dpi	pi의 주소	0012FF78
pi	i의 주소	0012FF7C
i	10	-

Multiple Pointer를 사용하여 원본 변수의 값에 접근하려면 Dereference operator를 선언된 *의 개수만큼 사용해야 한다.

**dpi = 20; // 변수 i의 값을 20으로 수정 

포인터 배열

Pointer Array(포인터 배열)는 각 요소가 Pointer로 구성된, 즉 Address 값을 저장하는 요소들로 이루어진 배열이다.

선언 형식은 일반 배열과 유사하며, 자료형 뒤에 *를 붙인다.

int *pAry[3]; // int형 Pointer 3개를 요소로 갖는 배열 선언 

위와 같이 선언된 Pointer Array의 각 요소(pAry[0], pAry[1], pAry[2])에는 int형 변수의 Address를 저장할 수 있다.

int a = 10, b = 20, c = 30;
int *pAry[3] = {&a, &b, &c};

2차원 배열과 포인터

2차원 배열의 이름

2차원 배열에서 배열의 이름은 배열의 첫 번째 행(1차원 배열)을 가리키는 Pointer 상수(constant)이다.

예를 들어 int tAry[2][3];가 있을 때, 각 이름의 의미는 다음과 같다.

• tAry: 배열의 첫 번째 행 tAry[0]를 가리키는 Pointer 상수이다. 즉, tAry는 Pointer를 가리키는 Pointer(이중 포인터)와 유사하게 동작한다.
• tAry[0]: 배열의 첫 번째 행의 첫 번째 원소 tAry[0][0]의 Address 값을 갖는 Pointer 상수이다.

따라서 다음의 관계가 성립한다.

• tAry[0]는 &tAry[0][0]와 같다.
• *tAry는 tAry[0]와 같다.
• 결론적으로 **tAry는 *tAry[0]와 같으며, 이는 tAry[0][0]의 값이다.

2차원 배열의 구조

int tAry[2][3] = {{1, 20, 12}, {3, 5, 16}}; 배열의 메모리 구조는 다음과 같이 개념적으로 표현할 수 있다.

sizeof 연산

sizeof 연산자를 2차원 배열에 사용하면 각 부분이 나타내는 크기를 확인할 수 있다.

int tAry[2][3] = {{1, 20, 12}, {3, 5, 16}};

• sizeof(tAry): 전체 배열의 크기. 2 * 3 * sizeof(int) = 24바이트.
• sizeof(tAry[0]): 하나의 행(1차원 배열)의 크기. 3 * sizeof(int) = 12바이트.
• sizeof(tAry[0][0]): 원소 하나의 크기. sizeof(int) = 4바이트.

배열 포인터 연산

Pointer의 성질을 이용하면 Pointer 연산을 통해 2차원 배열의 원소에 접근할 수 있다.

• tAry[0] + 1: 첫 번째 행의 두 번째 원소(tAry[0][1])의 Address를 의미한다.
  • *(tAry[0] + 1)은 tAry[0][1]의 값인 20이다.
• tAry + 1: 두 번째 행(tAry[1])의 시작 Address를 가리키는 Pointer를 의미한다.
  • *(tAry + 1)은 tAry[1]과 같으며, 이는 &tAry[1][0]이다.
  • **(tAry + 1)은 *tAry[1]과 같으며, 이는 tAry[1][0]의 값인 3이다.

2차원 배열 원소 표현

2차원 배열의 원소 tAry[i][j]는 Pointer를 이용하여 다양하게 표현할 수 있다.

• *(tAry[i] + j)
• *(*(tAry + i) + j)
• (*(tAry + i))[j]

이 표현들은 1차원 배열에서 a[i]가 *(a + i)와 같다는 규칙을 확장한 것이다.

아래 표는 tAry[0][0]의 Address를 나타내는 다양한 표현이다.

표현 방식
&tAry[0][0]
tAry[0]
*tAry

함수 포인터

Function Pointer(함수 포인터)는 특정 함수의 시작 Address를 저장하는 변수이다. 이를 통해 함수를 간접적으로 호출할 수 있다.

Function Pointer를 선언할 때는 가리키게 될 함수의 반환값 유형과 매개변수 목록(타입, 개수, 순서)이 일치해야 한다.

// 반환값이 void이고, 3개의 double 타입 매개변수를 갖는 함수
void add(double *z, double x, double y);

// 위 함수를 가리킬 수 있는 Function Pointer 'pf' 선언
void (*pf)(double*, double, double); 

선언 시 (*pf)와 같이 Pointer 변수명을 괄호로 묶어야 한다. 괄호가 없으면 void* 타입을 반환하는 함수 pf를 선언하는 의미가 되므로 주의해야 한다.

Function Pointer의 사용법은 다음과 같다.

double result, m, n;
pf = add; // Function Pointer pf에 add 함수의 Address를 할당 
pf(&result, m, n); // pf를 통해 add 함수를 호출 

함수 포인터 배열

함수 포인터 배열은 Function Pointer를 원소로 갖는 배열이다. 동일한 반환값 유형과 매개변수 목록을 가진 여러 함수를 배열로 관리하고 싶을 때 유용하다.

// 반환값이 void이고 매개변수가 (double*, double, double)인 함수를
// 가리키는 Function Pointer 4개를 저장하는 배열 pfary 선언
void (*pfary[4])(double*, double, double); 

배열 선언과 동시에 함수의 Address로 초기화할 수 있다.

// add, subtract, multiply, divide는 미리 선언된 함수라고 가정
void (*pfary[4])(double*, double, double) = {add, subtract, multiply, devide}; 

배열의 각 원소는 해당 함수를 가리키므로, 반복문 등을 통해 함수를 효율적으로 호출할 수 있다.

for(int i = 0; i < 4; i++) {
    pfary[i](&result, m, n); // 배열의 i번째 원소가 가리키는 함수 호출 
}