[C] 변수 유효범위②

 

 

 

02 정적변수와 레지스터 변수

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변수의 4가지 기억 부류

• auto, register, static, extern
  • 할당되는 메모리 영역이 결정되고 메모리의 할당과 제거 시기가 결정
  • 자동변수인 auto는 일반 지역변수로 생략될 수 있으므로 주의가 필요
  • auto와 register는 지역변수에만 이용이 가능
  • static은 지역과 전역 모든 변수에 이용 가능
  • extern은 전역변수에만 사용이 가능

기억 부류 종류	전역	지역
auto	Ⅹ	◯
register	Ⅹ	◯
static	◯	◯
extern	◯	Ⅹ

 

• 기억 부류 변수 선언
  • 기억 부류 자료형 변수이름;
  • 기억 부류 자료형 변수이름 = 초기값;

auto int n;
register double yield;
static double data = 5.85;
int age;
extern int input;
extern int input =4;	# 초기화는 오류 발생!!!

 

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레지스터 변수

• 레지스터가 모자라면 일반 지역변수로 할당
• 레지스터 변수는 처리 속도를 증가시키려는 변수에 이용
• 특히 반복문의 횟수를 제어하는 제어변수에 이용하면 효과적
• 레지스터 변수는 CPU 내부의 register에 할당되는 변수
• 레지스터 변수는 일반 메모리에 할당되는 변수가 아니므로 주소연산자 &를 사용할 수 없다.

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>

int main(void) {

    # 레지스터 지역변수 선언
    register int sum = 0;		
    # 레지스터 변수 sum 선언하면서 초기값으로 0 저장, 초기값이 없으면 쓰레기 값 저장

    # 메모리에 저장되는 일반 지역변수 선언
    int max;
    printf("양의 정수 입력 >> ");
    scanf("%d", &max);

    # 레지스터 블록 지역변수 선언
    # 레지스터 블록 지역변수 count 선언하면서 초기값으로 1저장,
    # count는 max까지 반복하면서 함수 몸체인 sum += count를 실행
    for (register int count = 1; count <= max; count++)
        sum += count;

    printf("합: %d\n", sum);

    return 0;
}

양의 정수 입력 >> 8
합: 36

 

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정적변수

• 자료형 앞에 키워드 static을 넣어 정적변수를 선언
• 정적 지역변수(static local variable)와 정적 전역변수(static global variable)로 나눌 수 있다.
• 초기 생성된 이후 메모리에서 제거되지 않으므로 지속적으로 저장값을 유지하거나 수정할 수 있는 특성이 있다.
• 프로그램이 시작되면 메모리에 할당되고, 종료되면 메모리에서 제거된다.
• 정적변수는 초기값을 지정하지 않으면 자동으로 자료형에 따라 0이나 '\0' 또는 NULL 값이 저장된다.
• 초기화는 단 한번만 수행된다. 주의할 점은 초기화는 상수로만 가능하다.

 

정적 지역변수

• 함수나 블록에서 정적으로 선언되는 변수
• 선언된 블록 내부에서만 참조 가능
• 함수나 블록을 종료해도 메모리에서 제거되지 않고 계속 메모리에 유지 관리된다.
• 변수 유효 범위(scope)는 지역변수와 같으나
  • 할당된 저장공간은 프로그램이 종료되어야 메모리에서 제거되는 전연변수의 특징을 갖는다.
  • 즉 함수에서 이전에 호출되어 저장된 값을 유지하여 이번 호출에 사용될 수 있다.

#include <stdio.h>

void increment(void);

int main(void) 
{
    # 자동 지역변수
    for (int count = 0; count < 3; count++)
        increment();

    return 0;
}

void increment(void)
{
    # 정적 지역변수
    # 첫 번째 호출되어 실행될 때 초기값으로 1이 저장되고 함수가 종료되어도 그 변수는 계속 유지되는 특성
    static int sindex = 1;	
    
    # 자동 지역변수
    # 함수가 호출되어 실행될 때마다 다시 선언되고 초기값으로 1이 저장되며, 
    # 함수가 종료되면 이변수는 메모리에서 사라지므로, 호출될 때마다 1만 사용됨
    auto int aindex = 1;	

    printf("정적 지역변수 sindex: %2d,\t", sindex++);
    # 증가된 sindex는 다음 호출에서 계속 사용되므로, 2회 호출에서는 2가 출력되고, 3회 호출에서는 3이 출력됨
    
    printf("자동 지역변수 aindex: %2d\n", aindex++);
    # 자동 지역변수 aindex를 출력하고 1 증가시키나, 증가된 aindex를 사용할 일이 없음
}

정적 지역변수 sindex:  1,       자동 지역변수 aindex:  1
정적 지역변수 sindex:  2,       자동 지역변수 aindex:  1
정적 지역변수 sindex:  3,       자동 지역변수 aindex:  1

#include <stdio.h>

void process();

int main(void) {

    process();
    process();
    process();

    return 0;
}

void process()
{
    # 정적 변수
    static int sx;
    # 지역 변수
    int x = 1;

    printf("%d %d\n", x, sx);

    x += 3;
    sx += x + 3;
}

1 0
1 7
1 14

 

 

 

정적 전역변수

• 함수 외부에서 정적으로 선언되는 변수
• 선언된 파일 내부에서만 참조 가능한 변수. 즉 정적 전역변수는 extern에 의해 다른 파일에서 참조가 불가능하다.

파일 static.c

static int svar;	

...
	svar++;
    
# 변수 svar는 정적 전역변수로서 초기화는 한 번만 실행되고, 이 파일 내부에서만 이용이 가능한 변수이다.
# 즉 다른 파일에서는 참조가 불가능하다.

파일 other.c

extern int svar;

...
	svar = 10;

링크 시 오류 발생: fatal error LNK1120: 1개의 확인할 수 없는 외부 참조입니다.

 

 

 

 

 

 

03 메모리 영역과 변수 이용

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메모리 영역

• 데이터, 스택, 힙 영역
  • 메인 메모리의 영역은 프로그램 실행 과정에서 데이터(data) 영역, 힙(heap) 영역, 스택(stack) 영역 세 부분
  • 메모리 영역은 변수의 유효범위(scope)와 생존기간(life time)에 결정적 역활
  • 변수는 기억부류(storage class)에 따라 할당되는 메모리 공간이 달라진다.

 

•  기억부류
  • 변수의 유효범위(scope)와 생존기간(life time)을 결정한다.
  • 변수의 저장공간의 위치가 데이터(data) 영역, 힙(heap) 영역, 스택(stack) 영역인지도 결정
  • 초기값도 결정

 

• 데이터(data) 영역 : 전역변수와 정적변수가 할당되는 저장공간
  • 먼저 선언되는 변수가 낮은 주소값의 메모리 공간에 할당되고 계속해서 높은 주소로 커간다.
  • 프로그램이 시작되는 시점에 정해진 크기대로 고정된 메모리 영역이 확보된다.

 

• 힙(heap) 영역 : 동적 할당(dynamic allocation)되는 변수가 할당되는 저장공간
  • 데이터 영역과 스택 영역 사이에 위치
  • 메모리 주소가 낮은 값에서 높은 값으로 사용하지 않는 공간이 동적으로 할당
  • 프로그램이 실행되면서 영역 크기가 계속적으로 변한다.

 

• 스택(stack) 영역 : 함수 호출에 의한 형식 매개변수 그리고 함수 내부의 지역변수가 할당되는 저장공간
  • 먼저 선언되는 변수가 높은 주소값의 메모리 공간에 할당되고 계속해서 낮은 주소로 커간다.
  • 함수 호출과 종료에 따라 높은 주소에서 낮은 주소로 메모리가 할당되었다가 다시 제거되는 작업이 반복
  • 프로그램이 실행되면서 영역 크기가 계속적으로 변한다.

 

 

기억부류

• auto
  • 함수 내부에서 사용되는 지역변수
  • 선언 : auto 자료형 변수이름;
  • 선언된 함수나 블록 내부에서 참조
  • 저장장소 : 주기억장치
  • 변수의 기본값 : 쓰레기값
  • 기본 저장 클래스

 

• register
  • 레지스터에 저장된 지역변수
  • 선언 : register 자료형 변수이름;
  • 선언된 함수나 블록 내부에서 참조
  • 저장장소 : CPU의 레지스터
  • 변수의 기본값: 쓰레기값

 

• static 
  
  • 제어가 함수를 실행한 후 호출한 곳으로 이동하더라도 저장값이 그대로 남아있는 지역변수
  • 선언 : static 자료형 변수이름;
  • 저장장소 : 주기억장치
  • 변수의 기본값 : 0
  • 참조 
    • 선언된 함수나 블록 내부에서 지역적으로
    • 선언된 프로그램 파일 내부에서 전역적으로

 

• extern  
  
  • 파일의 모든 함수에서 사용되는 전역변수
  • 선언 : extern 자료형 변수이름;
  • 여러 프로그램 모듈에서 함께 참조
  • 저장장소 : 주기억장치
  • 변수의 기본값: 0

 

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변수의 활용 기준

 

- 일반 적으로 전역변수의 사용을 자제하고 지역변수를 주로 이용

 

1. 실행 속도를 개선하고자 하는 경우
   • 제한적으로 특수한 지역변수인 레지스터 변수(register)를 이용
2. 함수나 블록 내부에서 함수나 블록이 종료되더라도 계속적으로 값을 저장하고 싶을 경우
   • 정적 지역변수(static)를 이용
3. 해당 파일 내부에서만 변수를 공유하고자 하는 경우
   • 정적 전역변수(static)를 이용
4. 프로그램의 모든 영역에서 값을 공유하고자 하는 경우 
   • 전역변수(extern)를 이용

 

 

변수가 정의되는 위치에 따라 

• 변수가 할당되는 메모리 영역에 따라 변수의 할당과 제거의 시기가 결정된다. 즉 데이터 영역에 할당되는 전역변수와 정적변수는 프로그램 시작 시 메모리가 할당되고, 프로그램 종료 시 메모리에서 제거된다.
• 스택 영역과 레지스터에 할당되는 자동 지역변수와 레지스터 변수는 함수 또는 블록 시작 시 메모리가 할당되고, 함수 또는 블록 종료 시 메모리에서 제거된다.

 

 

변수의 종류에 따른 생존 기간과 유효 범위

• 전역변수와 정적 변수는 모두 생존 기간이 프로그램 시작 시에 생성되어 프로그램 종료시에 제거
• 자동 지역변수와 레지스터 변수는 함수가 시작되는 시점에서 생성되어 함수가 종료되는 시점에서 저거

구분	종류	메모리 할당 시기	동일 파일 외부 함수에서의 이용	다른 파일 외부 함수에서의 이용	메모리 제거 시기
전역	전역변수	프로그램 시작	◯	◯	프로그램 종료
	정적 전역변수	프로그램 시작	◯	X	프로그램 종료
지역	정적 지역변수	프로그램 시작	X	X	프로그램 종료
	레지스터 변수	함수(블록) 시작	X	X	함수(블록) 종료
	자동 지역변수	함수(블록) 시작	X	X	함수(블록) 종료

 

 

변수의 종류에 따라 초기값 저장 문장의 실행 시점과 초기값이 명시적으로 지정되지 않을 경우

지역, 전역	종류	자동 저장되는 기본 초기값	초기값 저장
전역	전역변수	자료형에 따라 0이나 '\0' 또는 NULL 값이 저장됨.	프로그램 시작 시
	정적 전역변수
지역	정적 지역변수
	레지스터 변수	쓰레기값이 저장됨	함수나 블록이 실행될 때 마다
	자동 지역변수