C언어의 포인터 이해: 자료형으로서의 *와 역참조 연산자로서의 *

Unused의 C언어 포인터 시리즈

포스트	URL
C언어의 포인터 (기초)	https://unused.tistory.com/221
C언어의 포인터 이해: 선언으로서의 *, 연산자로서의 *	https://unused.tistory.com/217
C언어의 배열과 포인터	https://unused.tistory.com/220
C언어의 다중 포인터	https://unused.tistory.com/215

 

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인트로

아래와 같은 C 코드가 있습니다.

void main() {
    int value = 123;

    int *ptr1 = &value; 
    printf("*ptr1: %d\n", *ptr1); // 출력 결과 123

    *ptr1 = 456; 
    printf("*ptr1: %d\n", *ptr1); // 출력 결과 456
}

뭔가 이상합니다. 분명 int * ptr1 = &value에서 주소값(&value)을 대입했습니다. 근데 그 아래에는 값(456)을 대입했네요. 그리고 *ptr1 출력 결과는 둘 다 값이네요 (123 → 456)?

포인터에 대해 공부하다 보면 혼란스러운 것 중 하나가 바로, 포인터 변수 선언 시 사용하는 자료형 *와, 역참조 연산자(dereference operator) *, 그리고 주소 참조 연산자 &입니다. 특히 자료형으로서의 *와 역참조 연산자로서의 *는 역할이 미묘하게 다르면서도, 동일한 기호를 사용하기에, 포인터 개념을 처음 접할 때 헷갈리기가 너무나 쉽습니다.

이번 포스트에서는 이 세 가지를 확실히 구분하고 이해할 수 있도록 집중적으로 다루어보겠습니다.

1. 자료형으로서의 * (선언, 타입 캐스팅 등)

여기서의 *는 int*, char*, float* 등, 자료형으로서의 * 역할입니다. 이쪽은 주소값을 담는 포인터 변수의 선언이나 타입 캐스팅 등에 사용됩니다.

int value = 10;
int * ptr; // int형 변수를 가리키는 포인터 선언
ptr = &value; // ptr은 이제 value의 주소를 저장

그래서 int * ptr;의 의미는, 주소를 저장하는 변수 ptr를 선언한다는 것입니다.

위와 동일한 역할의 코드가 아래와 같습니다.

int value = 10;
int * ptr = &value; // 선언과 동시에 value의 주소를 저장

1.1. 배열의 포인터

가령 아래와 같은 5행 3열 (3x5) 배열을 가정합시다. 이는 즉 int[3]짜리 배열을 5개 쌓는 것이겠죠?

int arr[5][3] = {
    { 1,  2,  3 },
    { 4,  5,  6 },
    { 7,  8,  9 },
    {10, 11, 12 },
    {13, 14, 15 }
};

그래서 아래와 같이 선언하면 3개 열을 담는 (= int[3]을 담은) 1개 행짜리 포인터 p가 됩니다. 이때 괄호가 중요합니다. 배열의 선언이 `int arr[10];` 같은 식이고, 배열의 포인터의 선언은 별이 중간에 들어가야 하는데, 괄호를 `int (* p) [10];`와 같이 묶어야만 정상적으로 해석됩니다.

int (*p)[3] = arr;
/* "3개의 int로 구성된 배열을 가리키는 포인터"를 선언, arr의 맨 앞 주소를 대입.
    즉,
    ☞ p의 타입은 "포인터"
    ☞ *p의 타입은 "int[3]"
    ☞ p[i]는 i번째 행(배열)
    ☞ p[i][j]는 그 행의 j번째 원소
*/

추가로, 위 선언&대입문은 아래와 같이 분해할 수 있습니다.

int (*p)[3];
p = arr;

2. 역참조 연산자로서의 * 

여기서의 *는 역참조 연산자(dereference operator)입니다. 해당 포인터가 가리키는 주소로 접근하여, 그 주소에 든 값을 읽거나 수정하라는 의미입니다.

int value = 10;
int * ptr = &value; // ptr은 value의 주소를 가리킴

*ptr = 20; // ptr이 가리키는 주소의 값을 20으로 변경
printf("value: %d\n", value); // value: 20

위  * ptr = 20에서 보시다시피, 역참조 연산자로서의 *은 포인터가 가리키는 위치의 실제 값에 접근/수정하는 역할을 합니다.

그럼, 만약 int * ptr = 20;라는 문장이 있다면, 어떨까요? 이는 int*라는 자료형을 가진 ptr를 선언하여 그 변수에 0x0000000000000014(x86-64 기준)라는 값을 넣으라는 것과 같습니다. 우리가 C 코드를 짜면서 0x0000000000000014라는 정확한 메모리 위치에 가야 할 일이 있을까요? 임베디드나 보안쪽이 아니고서야 99.9%는 잘못 작성한 코드일 것입니다.

MS-DOS는 20비트 주소 체계로, 0x00000 - 0xFFFFF까지, 1048576 bytes의 메모리가 사용되었습니다.

주소값을 직접 대입해서 진짜로 돌아가는 예시입니다. 이 코드에서 root는 0x3000라는 주소값을 담게 됩니다. 중간에 뭔가 이상한 게 보이지만 안심하세요. MS-DOS는 메모리 관리/보호 개념이 "아예" 없으므로 Segmentation Fault 같은 건 나지 않으니까요. 그냥 어쩌다 OS가 죽을 뿐입니다.

3. 주소값을 구하는 연산자 &

이건 그냥 편하게 이해하면 됩니다. 어떤 변수의 주소값을 받아오는 연산자입니다.

int value = 10;
printf("value의 주소: %p\n", &value); // value의 메모리 주소 출력

여기서 &value는 value라는 변수가 메모리에서 위치한 주소를 의미합니다.

포인터는 어렵지 않습니다. 다만 죽도록 헷갈릴 뿐입니다.

아하!

이제 처음에 보여드렸던 C 코드를 다시 봅시다.

void main() {
    int value = 123;

    int * ptr1 = &value; 
    printf("*ptr1: %d\n", *ptr1); // 출력 결과 123

    *ptr1 = 456; 
    printf("*ptr1: %d\n", *ptr1); // 출력 결과 456
}

저희는 더 이상 헷갈리지 않습니다.

• int * ptr1 = &value;는, "정수형 주소를 저장할 포인터(ptr1)를 선언하고, 그 안에 value의 주소를 넣으라"는 뜻입니다. 여기서 *는 자료형으로서의 기호이고 (int*, char*, float* 등), &value의 &는 주소 연산자(주소를 구함)입니다.
• 그 다음 줄 *ptr1 = 456;은 "포인터가 가리키는 주소에 직접 가서, 그 자리에 456을 저장하라"는 의미입니다. 여기서 *는 역참조 연산자입니다.

즉, 같은 *ptr1이 보여도, 문맥에 따라 그 *의 역할이 달라지는 것입니다.

 

문장	의미
int * ptr1;	ptr1은 int형을 가리키는(=포인터) 변수이다 (포인터 변수 선언)
ptr1 = &value;	ptr1이라는 변수에 value의 주소값을 담으라 (주소값 + 대입)
* ptr1 = 456;	ptr1이 가리키는 주소에 가서 456을 담으라 (역참조 + 대입)
int * ptr1 = &value;	포인터 변수 ptr1을 선언, 그리고 value의 주소값을 담으라 (선언 + 주소값 + 대입)

 

결국 중요한 건 문맥입니다.

• 변수를 선언할 때의 *는 포인터형을 의미하는 자료형 문법
• 값을 읽거나 쓸 때의 *는 역참조 연산자
• &는 변수의 주소를 가져오는 주소 연산자

특히 위 둘은 기호는 같아도 상이한 문법적 의미를 가지고 있습니다. 포인터가 헷갈렸던 이유 중 하나는, 바로 같은 기호(*)가 위치와 문맥에 따라 전혀 다른 일을 하기 때문이었던 겁니다.

이제 여러분은 포인터 문법 속 기호들의 의미를 분명히 구분할 수 있게 되었습니다.