[책리뷰] 컴퓨터 밑바닥의 비밀: ch3.1 메모리의 본질, 포인터와 참조

이 글은 책 컴퓨터 밑바닥의 비밀 chapter 3.1 의 내용을 읽고 요약한 글입니다. 

3.1 메모리의 본질, 포인터와 참조

3.1.1 메모리의 본질은 무엇인가? 사물함, 비트, 바이트, 객체

• 메모리는 메모리 셀(memory cell)로 구성되며 셀에는 0과 1 (1bit) 가 보관될 수 있음
• 1bit로는 표현할 수 있는 정보가 너무 적기 때문에 8개를 묶어 byte로 표현
• byte는 메모리 내 자신의 주소를 가지며 memory address 라고 함
• 1byte도 $2^{8}$=256 개의 조합만 만들 수 있으므로 더 많은 정보를 포함하기에는 부족
• 12바이트를 묶어서 사용하며 프로그래밍 언어에서는 구조체(structure)또는 객체(object)라고 표현

 

3.1.2 메모리에서 변수로: 변수의 의미

• java script/python 등의 고급 프로그래밍 언어는 사용할 수 없고 8byte만 사용가능한 메모리가 주어진다면? 메모리 읽기와 쓰기를 직접 수행해야 함

 

• 8칸의 메모리 공간이 있고 옆에 붙은 번호가 각각 메모리의 주소

1 + 2 값을 계산하고 싶다고 가정하면,

• 숫자 1과 2를 메모리에 저장해야 함 (메모리 값을 읽어 레지스터에 저장해야 CPU가 연산 수행 가능)
• 숫자 1을 메모리 주소 6에 넣기 위해 store라는 명령어를 사용한다면,

store 1 6

• 숫자 2개중 하나는 저장할 숫자 값이고 하나는 메모리 주소

쓰기를 위해 load 라는 명령어를 사용한다면,

load r1 6

• 명령어 뜻 모호
  • 숫자 6을 r1 레지스터에서 읽는거지,
  • 메모리 주소 6에 저장된 숫자를 r1레지스터에 읽는건지,

즉, 메모리 주소와 숫자 값을 구분하기 위한 방법 필요

• 예를 들어 $ 기호가 붙어 있으면 값이고, $ 기호가 없다면 메모리 주소를 의미

store $1 6
load r1 6

메모리 주소 6에 1의 값을 저장

• 이제 주소 6은 숫자 1을 나타냄 (주소 6 → 숫자 1)
• 하지만 ‘주소 6’이라는 표현은 익숙하지 않기 때문에 쉬운 별칭 필요 (a 같은) ⇒ 변수

a = 1

a 변수라는 의미

• 값 1을 나타냄
• 값은 메모리 주소 6에 저장됨

b = a

위 표현은? b변수를 위해 메모리 주소를 하나 할당할 수 있음

하지만 아래그림처럼 a 변수가 여러 바이트(5bytes)를 차지하는 데이터를 나타내고 b=a 를 표현해야 한다면, 메모리 공간이 부족한데 방법은?

3.1.3 변수에서 포인터로: 포인터 이해하기

• b 변수가 a변수를 가리키고 있다면 데이터의 복사본을 만들 필요가 없음

• a 변수는 메모리 주소 3에 위치하므로 b 변수에 메모리 주소 숫자 3을 저장 → 포인터

포인터를 메모리 주소로만 이해한다면 간접 주소 지정을 알아야 함 (indirect addressing)

load r1 1 

• 메모리 주소 1에 있는 값(숫자 3)을 r1 레지스터에 적재하는데, 메모리 주소 1에는 주소값이 있기 때문에 이를 나타내 줘야 함

load r1 @1

• 메모리 주소1 → 메모리 주소 3→ 데이터 값(1)

어셈블리어에는 변수라는 개념이 없기 때문에 위와 같이 간접주소 지정 계층을 알아야 하지만 고급 언어에서는 변수를 사용하면 됨

메모리 주소 1 -> 메모리 주소 3 -> 데이터 # 어셈블리어 수준
b -> 데이터 # 고급언어 수준

3.1.4 포인터의 힘과 파괴력: 능력과 책임

#include <stdio.h>

void main()
{
	int a = 1;
	printf("variable a is in %p\\n", &a);
}

variable a is in 0x7fff328

• 포인터를 통해 메모리를 직접 조작할 수 있는 능력은 강력하지만, 모든 상황에 필요한 것은 아니며, 포인터 없는 프로그래밍 언어에도 대신 사용할 수 있고 포인터를 한번 더 추상화한 참조가 있음

3.1.5 포인터에서 참조로: 메모리 주소 감추기

• 포인터는 메모리를 추상화하 것이고 참조는 포인터를 한번 더 추상화 한 것