[C언어] 배열 이름을 포인터처럼, *포인터를 배열처럼 사용하기

이전에 공부했던 C언어에서 배열과 포인터에 대한 주제로 포인터와 배열의 관계에 대해 정리하도록 하겠습니다.

 

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배열과 포인터의 관계

C언어를 공부하다 보면 "배열과 포인터의 관계" 가 자주 등장합니다. 배열의 이름이 포인터와 같다고도 하고, 또 배열의 이름은 상수라서 변경할 수 없다고도 합니다. 

그렇다면, 배열의 이름은 정말 포인터일까요? 아니면 단순히 첫 번째 요소를 나타내는 또 다른 개념일까요?

이 질문에 대한 답을 찾아보며, 배열 이름의 의미와 배열 이름을 포인터 처럼 사용하는 방법에 대해 하나씩 살펴보겠습니다.

 

 

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1. 배열 이름의 의미 

 

배열은 같은 자료형의 변수를 여러 개 선언할 때 사용하는 자료구조입니다. 배열의 이름은 배열의 첫 번째 요소의 주소값을 가지고 있다는 점에서 중요한 의미를 갖습니다. 즉, 배열의 이름은 배열의 시작 주소를 나타내는 상수 포인터 입니다.

 

코드 예제

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int arr[] = { 1,2,3,4,5 };
    int i;

    printf("배열의 요소 출력: ");

    for (i = 0; i < 5; i++)
    {
        printf("%d ",arr[i]);
    }
    printf("\n\n");

    printf("배열의 주소 출력: ");
    for (i=0; i<5; i++)
    {
        printf("%d ", &arr[i]);
    }
    printf("\n\n");

    printf("배열의 이름 출력: %d\n", arr);

    return 0;

}

 

 

그럼 여기서 배열의 이름이 배열의 첫 번째 주소값과 같다는 것의 의미는 무엇일까요?

💡 결과에서 알 수 있는 사실

1. 배열의 이름은 배열의 시작 주소를 가리킵니다.
   • arr == &arr[0]
   • 배열의 이름 arr은 &arr[0]와 동일한 주소값을 가집니다.
   • 다시 정리하자면, 배열의 이름은 배열 메모리의 시작주소를 나타냅니다. 즉, 배열이름 arr는 &arr[0]과 동일한 값을 가지며, 배열의 첫 번째 요소가 저장된 메모리 위치를 가리킵니다.
2. 배열 이름은 상수 포인터로 동작합니다.
   • 배열의 이름은 포인터처럼 동작하지만, 상수로 취급됩니다.
   • 예를 들어, arr는 배열의 시작 주소를 나타내며, 이를 통해 배열의 다른 요소에 접근할 수 있습니다.
   • 하지만 일반 포인터와 달리, 배열 이름은 변경할 수 없습니다.

     

     
     
     
3. 배열 이름을 통해 메모리 접근 가능
   • 배열 이름은 포인터와 유사하게 작동하기 때문에 포인터 연산을 사용할 수 있습니다.
   • 예를 들어 배열 이름을 사용해 직접 메모리 주소로 접근 가능합니다.

 

 

 

 

🔎 일반 포인터와 배열 이름의 차이

2번에서도 언급했듯이 배열의 이름은 배열의 시작 주소를 가리키는 역할을 하지만, 일반적인 포인터 변수와는 다릅니다. 배열의 이름은 상수 포인터이기 때문에 해당 주소값을 변경할 수 없습니다.

 

배열 이름은 상수 이므로 다음과 같은 코드에서 오류가 발생합니다.

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};
    int temp = 10;

    arr = &temp; // 오류 발생: 배열 이름은 상수이므로 주소값을 변경할 수 없음
    return 0;
}

 

 

결론적으로

배열의 이름이 첫 번째 요소의 주소값과 같다는 것은 배열 이름이 배열의 메모리 시작 주소를 나타내며, 포인터처럼 사용할수 있다는 뜻입니다. 하지만 배열 이름 자체는 상수 포인터이기 때문에, 해당 주소를 변경하거나 다른 값을 대입할 수 없습니다.

이 점에서 배열 이름은 포인터와 비슷하지만, 동시에 중요한 차이점이 존재합니다.

 

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2. 배열 이름을 포인터처럼 사용하기 

 

배열 이름이 포인터 역할을 하기 때문에, 포인터 연산을 통해 배열의 요소에 접근할 수 있습니다.

 

코드 예제

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};

    printf("배열의 요소 출력: ");
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);  // 일반적인 배열 접근
    }
    printf("\n");

    printf("포인터 연산으로 배열의 요소 출력: ");
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("%d ", *(arr + i));  // 포인터 연산을 이용한 배열 접근
    }
    printf("\n");

    printf("arr + 1이 가리키는 값: %d\n", *(arr + 1));  // arr + 1이 가리키는 주소의 값은 2
    return 0;
}

 

💡 결과에서 알 수 있는 사실

arr은 배열의 첫 번째 요소의 주소값을 나타내므로 1씩 증가시키면 다음 주소로 넘어간다.

1. 배열의 이름은 포인터처럼 사용될 수 있으며, *(arr + i)로 배열의 요소에 접근 가능합니다.
2. arr[i] 와 *(arr + i)는 동일한 결과를 반환합니다.
3. 배열의 이름을 통해 주소를 기준으로 상대적인 위치에 있는 요소의 값을 가져올 수 있습니다.

 

결론적으로

배열의 이름은 상수 포인터로서 첫 번째 요소의 주소값을 나타내고, 배열의 이름을 통해 포인터 연산을 사용하여 요소에 접근 할수 있습니다. 위에서도 언급했듯이 배열 이름과 일반 포인터의 가장 큰 차이는 배열 이름은 주소값 변경이 불가하는 점입니다.

 

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2.1 여기서 궁금증 해결: 주소값 출력 시 음수(-)가 나오는 이유?

배열 요소가 int 와 같은 정수형일때, 메모리 주소는 각 요소의 크기(예: 4바이트) 만큼 증가합니다. 그러나 출력되는 주소값이 특정 범위를 넘어 음수처럼 보이는 경우가 있습니다. 이는 오버플로우(Overflow) 때문입니다.

 

오버플로우란?

컴퓨터에서 주소값이나 정수의 범위를 초과하게 되면, 값이 음수로 보일 수 있습니다. 이는 2의 보수 표현을 사용하는 컴퓨터의 특성 때문입니다.

 

2의 보수와 값 변환과정

- 컴퓨터는 값을 저장할 때 2의 보수 방식을 사용합니다.
- 128은 8비트에서 1000 000 으로 표현됩니다. 이 값은 부호 있는 정수에서 -128을 나타냅니다.
- 따라서, 코드에서 char ch = 128; 을 저장하면 실제로 ch의 값은 -128이 됩니다.

 

 

🔎char ch = 128;에서 주소값 출력시 음수값이 나오는 예

C 언어에서 char 자료형은 1바이트(8비트) 크기를 가지며, 값의 범위는 다음 두가지 방식으로 결정됩니다:

1. 부호가 있는 signed char: -128 ~ 127
2. 부호가 없는 unsigned char: 0 ~ 255

 

🌐 부호 있는 char의 값 범위와 순환구조 

값이 범위를 초과하면, 시계 방향으로 순환하여 다시 반대쪽으로 넘어갑니다. +127에서 한칸 더 가면 -128로 순환

C 언어에서 부호 있는 char 자료형(signed char)은 값의 범위가 -128 ~ 127로 한정 됩니다. 이 범위는 원형 구조로 동작하며, 그림처럼 +127에서 다시 -128로 순환됩니다.

 

 char ch = 128; 의 동작 정리내용

1. char 자료형은 8비트(1바이트)로, 저장 가능한 범위는 -128 ~ 127입니다.
2. 128은 이 범위를 초과하므로, 값이 순환하게 됩니다.
3.  +127에서 다시 돌오면 -128이 됩니다.
   • 그림에서 보이는 것처럼, 128은 +127에서 한 칸 더 이동하면 -128에 해당합니다.

 

 

결론적으로

• char ch = 128; 은 +127을 초과했기 때문에 원을 따라 -128로 이동했습니다.
• 이는 부호 있는 char 자료형의 값 범위와 순환 구조로 인해 발생한 결과입니다.

아하, 여기서 알았습니다. 128이 -128이 된 이유는, char 자료형의 값이 원형으로 순환되기 때문이라는 것을 !! 😊

 

3. 포인터를 배열처럼 사용하기 

 

이번에는 포인터를 배열의 이름처럼...?? 배열 이름이 배열의 첫 번째 요소의 주소값을 나타낸다는 점에서, 포인터도 동일한 역할을 수행할 수 있습니다. 

 

배열의 이름은 상수 포인터처럼 배열의 시작 주소를 가리킵니다. 따라서, 배열 이름을 포인터 변수에 대입하면 포인터 변수도 배열의 첫 번째 요소를 가리키게 됩니다. 이를 통해 마치 배열처럼 사용할 수 있습니다.

 

코드 예제

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};  // 배열 선언
    int *pTemp;                  // 포인터 변수 선언
    int i;

    pTemp = arr;  // 배열 이름을 포인터 변수에 대입

    printf("배열의 요소 출력: "); // 배열의 요소 출력: 1 2 3 4 5
    for (i = 0; i < 5; i++) {
        printf("%d ", pTemp[i]);  // 포인터를 배열처럼 사용
    }
    printf("\n");

    return 0;
}

 

💡 결과에서 알 수 있는 사실

 

1. 포인터는 배열처럼 동작할 수 있습니다.
   • 포인터 변수(pTemp)를 배열 이름처럼 사용하여 배열 요소에 접근할 수 있습니다.
   • 예를 들어, pTemp[i]는 포인터 연산인 *(pTemp + i) 와 동일합니다.
2. 포인터와 배열 이름의 역할은 유사합니다.
   • 배열의 이름(arr)은 배열의 첫 번째 요소의 주소를 나타내며, pTemp = arr;  을 통해 배열의 주소를 포인터 변수로 전달 할수 있습니다.
   • 포인터는 이후 배열 이름처럼 동작합니다.
3. 배열의 요소 접근 방식이 동일합니다.
   • 배열 이름을 사용한 접근: arr[i]
   • 포인터를 사용한 접근: pTemp[i]
   •  두 방식 모두 동일한 메모리 위치를 참조합니다.
4. 배열 이름은 상수 포인터, 포인터 변수는 가변 포인터
   • 배열 이름은 고정된 상수 포인터로, 다른 주소를 대입할 수 없습니다.
   • 반면, 포인터 변수(pTemp)는 다른 배열이나 메모리 주소를 가리키도록 변경할 수 있습니다.
5. 메모리 접근 효율성
   • 배열 이름과 포인터 모두 배열의 요소에 접근하는 데 있어서 동일한 방식으로 메모리에 접근하므로, 성능 차이가 없습니다.

 

차이점 요약

구분	배열 이름을 포인터처럼	포인터를 배열처럼
대상	배열 이름 자체	포인터 변수
초점	배열 이름의 역할을 포인터로 해석하는 방식 (상수 포인터)	포인터 변수를 배열처럼 동작시키는 활용방식 (동적 대입 가능)
연산 방식	*(arr+i)로 배열 요소에 접근	pTemp[i]로 포인터를 배열처럼 사용
예시	arr[i], *(arr+i)	pTemp[i], *(pTemp + i)

 

⚠️추가적으로 주의할 점

포인터를 배열처럼 사용할 때 범위를 벗어난 값을 참조하면 Undefined Behavior(의도가 명확하지않은 코드)이 발생할 수 있습니다. 따라서 배열의 길이를 정확히 알고, 반복문에서 배열의 크기를 초과하지 않도록 주의해야합니다.

 

결론적으로

• 배열 이름은 상수 포인터로서, 배열의 시작 주소를 나타내지만 주소를 변경할수 없습니다.
• 반면, 포인터 변수는 배열처럼 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 동적으로 메모리를 할당하거나 새로운 주소를 대입하는 데 활용할 수 있습니다.

배열 이름은 고정된 메모리를 다룰 때 사용하고, 포인터는 동적으로 메모리를 관리하거나 배열처럼 활용 할 때 더 유연하게 사용할수 있습니다.