[C언어] 11. 변수 유효범위, 메모리 영역과 변수

07 Apr 2024 in dev / develop

이번에는 C언어의 변수 유효범위에 대해 알아보자.

• 전역변수와 지역변수
  • 변수의 유효범위(scope)
  • 범위에 따른 변수의 구분
• 정적변수와 레지스터변수
  • 기억부류에 따른 변수의 구분
  • 레지스터 변수
  • 정적 변수
  • extern 변수
• 메모리 영역과 변수 이용
  • 메모리 영역
  • 변수 이용

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전역변수와 지역변수

변수의 유효범위(scope)

1)변수의 유효범위(scope)란 👉 변수가 사용될 수 있는 범위

• 지역 유효 범위(local scope) : 함수, 블록
• 전역 유효 범위(global scope) : 프로젝트, 파일

변수의 선언 위치에 따라 변수 범위가 결정

범위에 따른 변수의 구분

1) 전역변수(global variable)

• 함수 외부에서 선언되는 변수 => 외부변수
  • 전체 전역변수 : 프로젝트의 모든 파일에서 사용 가능한 변수
  • 파일 전역변수 : 선언된 파일에서만 사용 가능한 변수
• 자동으로 초기값이 자료형에 맞는 0으로 지정
• 함수나 블록에서 전역변수와 같은 이름으로 지역변수 선언 가능
• 프로젝트의 다른 파일에서 참조 가능 extern

2) 지역변수(local variable)

• 함수 또는 블록에서 선언된 변수
  • 함수 : 선언된 함수 내부에서 사용 가능한 변수
  • 블록 : 선언된 블록 내부에서 사용 가능한 변수
• 지역변수가 할당되는 메모리 영역 : stack(스택)
• 내부변수, 자동변수(automatic variables)
  • 선언된 부분에서 자동으로 생성되고 함수나 블록이 종료되는 순간 메모리에서 자동 제거
• 선언 후 초기화하지 않으면 쓰레기 값이 저장
• ex) 함수의 매개변수, 블록 내부에서 선언한 변수

int main()
{
	//지역변수 선언
	int n = 10;

	//for문 내부의 블록지역변수, 이름만 같은 다른 변수
	for(int n = 0; n < 5; n++)
		printf("%d ", n);	//1 2 3 4 5 
	printf("\n");

	printf("%d ", n);	//10
}

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정적변수와 레지스터변수

기억부류에 따른 변수의 구분

1) 기억부류(storage class)

• 변수는 기억 부류에 따라
  • 할당되는 메모리 영역 결정
  • 메모리의 할당 및 제거시기 결정
• 4가지 기억 부류 : auto, register, static, extern

기억부류 종류	전역변수	지역변수	사용방식	변수선언 시 초기화	기타
auto	X	O	auto int a	초기값 저장 가능	생략가능
register	X	O	register int a	초기값 저장 가능
static	O	O	static int a	초기값 저장 가능
extern	O	X	extern int a	초기값 저장 불가능

모든지역변수 = auto가 생략된 자동변수

2) 기억부류에 따른 변수의 구분 키워드에 따라 결정

• register : 레지스터 변수
• static : 정적변수
• auto(생략가능) : 모든 지역변수
• extern 변수

레지스터 변수

1) 레지스터 변수란

• 키워드 register를 자료형 앞에 넣어 선언, 지역변수에만 이용 가능
• 변수의 저장공간이 일반 메모리가 아닌 CPU 내부의 레지스터 (register)에 할당되는 변수
  • 일반 메모리보다 빠르게 참조돼 처리속도가 빠름 : 반복문 횟수 제어변수에 이용하면 효과적
  • 시스템 레지스터의 수는 한정되어 있음
    => 레지스터 변수로 선언하더라도 레지스터가 모자라면 일반 지역변수로 할당
• 일반 메모리에 할당되는 변수가 아니므로 주소연산자 & 사용 불가능

cf. 일반변수

• 메모리에 할당
• 연산을 위해 CPU 내부 레지스터를 불러들여 연산 수행

정적 변수

1) 정적 변수란

• 키워드 static를 자료형 앞에 넣어 선언
• 정적지역변수(static global variable)과 정적전역변수(static local variable)로 나눌 수 있음
  • 정적 지역변수 : 함수나 블록에서 정적으로 선언되는 변수
  • 정적 전역변수 : 선언된 파일 내부에서만 참조 가능 => extern에 의한 참조 불가능
• 초기 생성된 이후 메모리에서 제거 되지 않음 => 지속적으로 저장 값을 유지하거나 수정가능
• 프로그램이 시작되면 메모리에 할당, 종료되면 메모리에서 제거
• 초기화 : 단 한번만 수행, 상수만 가능
• 초기값 미지정 시 0, \0, NULL값 저장

/* 정적 전역변수 */
//1. 참조범위 : 선언된 파일에만 한정, extern을 이용한 참조가 불가능
//2. 변수의 할당과 제거 : 전역변수의 특징
static int svar = 1;

int main()
{
	/* 정적 지역변수 */
	//1. 참조범위 : 지역변수 => 선언된 블록 내부에서만 참조 가능
	//2. 변수의 할당과 제거 : 전역변수의 특징 => 블록 종료 시에도 메모리에 유지, 관리
	static int svar2 = 2;
	return 0;
}

#include <stdio.h>
void reset(void);
void coount(void);

int main(void)
{
	for(int i = 1; i <= 5; i++)
	{
		reset();	//1 1 1 1 1
		count();	//10 11 12 13 14
	}
}

void reset(void)
{
	auto int n = 1;
	printf("자동지역변수 n : %d", n);
	n++;	
}

void count(void)	
{
	static int s = 10;
	printf("정적지역변수 S : %d", s);
	s++;	//이전 값 누적
}

extern 변수

1) extern 변수란

• 새로운 변수를 선언하는 것이 아닌 존재하는 전역변수의 유효범위 확장
• extern [자료형] 변수명;

[globalvar.c]
double PI = 3.14;

int main()
{
	return 0;
};

[loac1.c]
//유효범위 파일 전체
extern double PI = 3.14;

[loacl2.c]
double hi()
{
	//유효범위 함수내부
	extern double PI;
	...
}

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메모리 영역과 변수 이용

메모리 영역

1) 메모리 영역

• 변수의 유효범위(scope)와 생존기간(life time) 결정
• 데이터(data) 영역, 힙(heap) 영역, 스택(stack) 영역 으로 구분

메모리영역	특징
낮은주소	-
데이터영역	▫️ 전역변수, 정적변수가 할당되는 공간 ▫️ 먼저 선언되는 변수 순서대로 메모리 주소가 낮은 값에서 높은 값으로 저장장소 할당 ▫️ 프로그램이 시작되는 시점에 정해진 크기대로 고정된 메모리 영역이 확보
힙 영역	▫️ 동적할당(dynamic allocation)되는 변수가 할당되는 저장공간 ▫️ 프로그램이 실행되면서 영역 크기가 계속적으로 변할 수 있음 ▫️ 데이터 영역과 스택 영역 사이에 위치 ▫️ 메모리가 동적으로 할당
스택	▫️ 함수 호출에 의한 형색 매개변수, 함수 내부의 지역변수가 할당되는 저장공간 ▫️ 메모리 주소가 큰 값에서 작은 값으로 저장장소 할당 ▫️ 함수호출과 종료에 따라 큰 주소에서 작은 주소로 메모리가 할당되었다가 다시 제거되는 작업이 반복 ▫️ 프로그램이 실행되면서 영역 크기가 계속적으로 변할 수 있음
높은주소	-

변수 이용

1) 이용기준

• 일반적 : 전역변수의 사용 자제하고 주로 지역변수 이용
• 예외적 : 다음 기준을 따름
  • 실행속도 개선 : 레지스터 변수 이용
  • 함수나 블록이 종료되어도 값을 저장하고 싶을 때 : 정적 지역변수 이용
  • 해당 파일 내부에서만 변수를 공유하고자 하는 경우 : 정적 전역변수 이용
  • 프로그램 모든 영역에서 값을 공유 : 전역변수(가능하면 사용을 줄이자)

2) 변수가 정의되는 위치에 따른 분류

선언 위치	변수	키워드	유효범위	기억장소	생존기간(변수의 할당과 제거시기)
전역	전역변수	참조선언 extern	프로그램 전역	메모리 데이터영역	프로그램 실행시간
전역	정적 전역변수	static	파일내부	메모리 데이터영역	프로그램 실행시간
지역	정적 지역변수	static	함수나 블록내부	메모리 데이터 영역	함수 또는 블록 실행시간
지역	레지스터 변수	register	함수나 블록내부	레지스터 enter code here변수	함수 또는 블록 실행시간
지역	자동 지역변수	auto(생략가능)	함수나 블록내부	메모리 데이터 영역	함수 또는 블록 실행시간

3) 변수의 종류에 따른 생존기간과 유효범위

구분	종류	메모리 할당 시기	동일 파일 외부함수	다른 파일 외부함수	메모리 제거시기
전역	전역변수	프로그램 시작	이용가능	이용가능	프로그램 종료
전역	정적 전역변수	프로그램 시작	이용가능	이용불가능	프로그램 종료
지역	정적 지역변수	프로그램 시작	이용불가능	이용불가능	프로그램 종료
지역	레지스터 변수	함수(블록)시작	이용불가능	이용불가능	함수(블록) 종료
지역	자동 지역변수	함수(블록)시작	이용불가능	이용불가능	함수(블록) 종료

4) 변수의 초기값

구분	종류	자동 저장되는 기본 초기값	초기값 저장 시기
전역	전역변수	자료형에 따라 0, '\0', NULL 저장	프로그램 시작
전역	정적 지역변수	자료형에 따라 0, '\0', NULL 저장	프로그램 시작
지역	정적 지역변수	자료형에 따라 0, '\0', NULL 저장	함수나 블록이 실행될 때마다
지역	레지스터 변수	쓰레기 값이 저장	함수나 블록이 실행될 때마다
지역	자동 지역변수	쓰레기 값이 저장	함수나 블록이 실행될 때마다