C++ 에서 사용되는 스마트포인터의 원리와 필요성에 대해 이야기해보자 😎
안녕하세요! 두두코딩 입니다 ✋
오늘은 스마트 포인터 원리에 대해 알아보겠습니다.
🖇 소스코드에 마우스를 올리고 copy 버튼을 누를 경우 더 쉽게 복사할 수 있습니다!
궁금한 점, 보안점 남겨주시면 성실히 답변하겠습니다. 😁
+ 감상평 댓글로 남겨주시면 힘이됩니다. 🙇
일반적인 포인터의 문제점
C++ 언어는 다른 객체지향 언어 (e.g. JAVA, C#)와 달리 Garbage collector가 존재하지 않는다. 따라서, 자원관리를 개발자가 직접해야된다. 개발자가 자원을 직접 관리하게 될 경우 실수가 종종 발생하며, 이로 인해 메모리 누수현상이 유발된다.
#include <iostream>
using namespace std;
class Car {
int color;
public:
~Car() {
cout << "~Car()" << endl;
}
Go() {
cout << "Go()" << endl;
}
};
int main() {
Car* p = new Car;
p->Go();
(*p).Go();
// 꼭 자원 해제 필요
//delete p;
}
위의 코드와 같이, Car*를 생성 후 delete 연산을 사용하지 않을 경우
pointer에 대한 메모리 공간은 프로그램이 종료되는 시점까지 사용할 수 없게
된다. 이를 우리는 자원누수 현상이라고 부르며, 프로그램에서는 좋지 않은 영향을
끼치게 된다. 이를 막기 위해서는 꼭 delete 연산을 통해 개발자가 직접 자원을
해제하도록 해야한다.
또한, 아래의 코드와 같이 프로그램 끝이 아닌, 중간에 if 연산자와 같은 분기문을
통한 프로그램 종료할 때도, 꼭 자원 해제를 해줘야한다.
int main() {
Car* p = new Car;
p->Go();
if (true) {
// 해당 부분에서도 꼭 자원해제 필요..!
// delete p;
return;
}
(*p).Go();
// 보통 잘 하지 않음
delete p;
}
이와 같이, 사용자가 직접 메모리를 관리 즉, 해제하도록 할 경우 실수가 발생할 수 있고, 이로인해 자원 누수 현상이 발생할 수 있다. 따라서, modern C++ 에서는 스마트 포인터라는 개념을 제공한다
스마트포인터 원리
Modern C++에서 제공하는 스마트포인터 같은 경우 <memory> 헤더파일 내 존재하며,
해당 헤더파일을 인클루드 해야 사용가능하다.
C++ 에서 제공하고 있는 스마트포인터는 shared_ptr, weak_ptr, unique_ptr 총
3가지 이다.
해당 포스팅에서는 shared_ptr를 활용해 스마트포인터에 대한 원리를 다루도록
한다. 이후 포스팅에서 자세하게 각 포인터의 기능들이 왜 나눠져있는지 알아보도록
하자.
사용하는 방법은 아래와 같다.
#include <iostream>
#include <memory>
using namespace std;
class Car {
int color;
public:
~Car() {
cout << "~Car()" << endl;
}
Go() {
cout << "Go()" << endl;
}
};
int main() {
// Car* p = new Car;
shared_ptr<Car> p( new Car );
p->Go();
(*p).Go();
// 꼭 자원 해제 필요
//delete p;
}
shared_ptr 포인터를 사용하기 위해서는 memory 파일을 인클루드해야한다. 또한,
포인팅할 객체를 인자로 전달해야한다. 위와 같이, 코드를 작성할 경우 우리는
스마트 포인터만 선언했는데, 프로그램 종료시 자동으로 ~Car() 소멸자가 불리는 것을 확인할 수 있다.
아래의 그림을 통해 어떻게 포인터가 내부적으로 제거 될 수 있는지를 확인해보자.
위의 그림과 같이, 우리는 shared_ptr를 생성할 때, type 값을 Car로 지정하고,
인자로 Car 객체를 전달한다. shared_ptr 내부에는 전달된 type값에 해당되는
포인터가 존재하며, 해당 포인터는 전달받은 인자값을 가리키도록 한다.
스마트포인터를 사용하고, 속해있는 함수가 제거될 경우 shared_ptr의 소멸자가
불리게 되며, 소멸자 내에서 내부적으로 갖고 있던 포인터를 delete연산을 통해
제거하도록 한다.
그렇다면 일반적인 포인터와 같이 스마트포인터에서는 어떻게 -> 동작을 * 동작을
사용할 수 있을까? 🤔
그 이유는 스마트포인터 객체내에서 operator->() 연산자와 operator*() 연산자를 재정의했기 때문에다. 간단히 생각해보면 아래와 같이 구현되어져 있을 것 같다.
class shared_ptr{
T* type;
...
public:
~shared_ptr() {
delete type;
}
T* operator->() {
return type;
}
T operator*() {
return *type;
}
...
};
아마 이런 모습으로 재정의 되어 있지 않을까 생각해본다.
간단하게 동작원리를 알아보았는데, 그렇다면 왜 C++에서는 3가지 타입으로 스마트포인터를 나눠서 제공해줄까?
그 이유에 대해서는 다른 포스팅을 통해 알아보자!
