[C++] 동적 할당(Dynamic Allocation) / new & delete, malloc & free의 차이

• 이 문서는 마크다운으로 작성되었으며 github 스타일에 최적화되어있습니다. github 링크를 통한 열람을 권장합니다.

동적 메모리 할당(Dynamic Memory Allocation)

프로그램의 실행 시간 동안 사용자가 직접 사용할 메모리의 공간이나 시점을 결정하여 할당하는 것을 말한다. 이렇게 할당받은 메모리는 프로세스의 힙(heap) 영역에서 할당하며, 프로세스가 실행되는 동안 이 영역은 유지되므로 사용이 끝나면 메모리 낭비를 줄이기 위해 명시적으로 할당을 해제해주어야 한다.

• 동적 할당의 방법으로는 C++에서 new와 malloc이 있다. (C의 경우 malloc만 가능)

new / delete 연산자를 통한 동적 할당

    // int(4byte)의 크기만큼 heap 영역에 동적으로 메모리 할당
    int* num = new int;
    *num = 5;
    // 할당한 메모리 해제
    delete num;

    // 배열의 동적 할당 예시
    int a = 10;
    int* arr = new int[a];
    // 배열의 경우 메모리 해제 시 배열이라는 것을 명시해주기 위해 대괄호를 붙인다.
    delete[] arr;

• 이때 주의해야 할 것은 new연산자를 통해 동적 할당한 배열은 동적 배열과는 다른 개념이다. 위의 예제에서 배열 arr의 경우 new 연산자를 통해 우리가 원하는 만큼의 크기(a)를 동적으로 메모리를 할당받아 만들어진 크기가 고정된 정적 배열이다. 즉, 우리가 필요한 만큼 크기를 지정해서 메모리를 할당해 주는 것이기 때문에 공간 할당에 있어서는 동적 할당이지만, 배열의 크기가 지정되어 있다는 점에서는 동적 배열이 아닌 셈이다. 동적 배열(dynamic array)은 크기가 고정되지 않은 배열을 의미한다.

    // new의 여러 초기화 방법
    int* num1 = new int;
    *num1 = 5;
    delete num1;

    int* num2 = new int(5);
    delete num2;

    int* num3 = new int[5]{ 0, 1, 2, 3, 4 };
    delete[] num3;

    int* num4 = new int[5]{}; // 0으로 초기화
    delete[] num4;

    char* arr{ new char[20]{ "Hello, world!!" } };
    delete[] arr;

malloc / free 연산자를 통한 동적 할당

    // 1byte만큼 메모리 할당
    char *c1 = (char*)malloc(1);
    *c1 = 'a';
    free(c1); // 메모리 해제

    // sizeof를 통해 char의 크기(1byte)만큼 메모리 할당
    char *c2 = (char*)malloc(sizeof(char));
    *c2 = 'a';
    free(c2); // 메모리 해제

    // 배열의 동적 할당 예시
    // int의 크기(4byte) * 4개만큼 메모리 할당(1차원 배열)
    int *arr = (int*)malloc(sizeof(int) * 4);
    arr[0] = 0;
    arr[1] = 1;
    arr[2] = 2;
    arr[3] = 3;
    free(arr); // 메모리 해제

new / delete 와 malloc / free의 차이점

• malloc/free는 라이브러리가 제공하는 함수이지만 new/delete는 언어(C++)가 제공하는 연산자이기 때문에 별도의 라이브러리 없이 사용할 수 있다.
• malloc/free은 realloc을 통해 재할당이 가능하지만, new는 기존 메모리를 해제한 후에 다시 할당해줘야 한다.
• malloc은 기본적으로 사이즈를 매개변수로 받고, 반환 타입이 void *형이므로 sizeof()와 캐스트 연산자의 도움을 받아야 쉬운 코딩이 가능하다. 하지만 new는 할당할 타입을 지정해주면 알아서 할당할 타입의 포인터로 넘어오기 때문에 같은 타입의 포인터 변수로 받아오기만 하면 된다.
• new의 경우 할당과 동시에 초기화가 가능하다.

번외 : 정적 메모리 할당(Static Memory Allocation)

정적 메모리 할당은 메모리의 크기가 하드 코딩되어 있기 때문에 프로그램이 실행될 때 이미 해당 메모리의 크기가 결정된다.

    // 우리가 사용한 이러한 메모리 할당 방식이 바로 정적 메모리 할당이다.
    int a;
    int arr[100];
    char s[] = "Hello, world!";

• 장점 : 메모리 해제를 필요로 하지 않기 때문에 이로 인한 메모리 누수와 같은 문제를 신경 쓰지 않아도 된다. 정적 할당된 메모리는 프로그램의 실행 도중에 해제되지 않고, 프로그램이 종료될 때 운영 체제가 알아서 회수한다.
• 단점 : 메모리의 크기가 하드 코딩되어 있고, 이를 컴파일 단계에서 할당받기 때문에 한 번 컴파일을 시작하면 그 이후로는 추가로 변수나 배열을 선언하거나 크기를 바꿀 수 없다. 따라서 이로 인해 메모리 공간의 낭비가 발생할 수 있다