[C++ Basic] C++ reference

안녕하세요! 두두코딩 널두 🥸 입니다 ✋
오늘은 C++ Reference에 대해 알아보겠습니다.

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Intro.

이번 포스팅에서는 call by value / call by pointer / call by reference에 대해 알아보겠습니다.

C++ Reference의 등장

아래의 코드를 통해 메모리 할당이 어떻게 이뤄지는지 생각해보자.

int main()
{
  int n = 10;
  int* p = &n;
}

아래의 그림과 같이 n 같은 경우 메모리를 하나 잡고, 값을 10으로 넣는다. p 같은 경우 n의 주소값을 넣어두고, p의 값으로 n의 메모리에 저장된 값을 읽고 쓰고 한다. 우리는 이를 pointer라고 부른다.

call by pointer

C++ 에서는 위와 같이 메모리를 할당하고, 접근하는 방식 중 하나가 더 추가 됐다. 바로 Reference 라는 개념이다.

int& r = n;

r은 n의 할당된 메모리에 또다른 이름을 부여하는 것이다. 즉, 그림과 같이 r을 활용해 n의 값에 직접적으로 접근이 가능하도록 한다.

call by refernce

r이 n의 또다른 이름이라고??? 의심하는 사람을 위해 아래의 코드와 같이 직접 주소값을 std::cout을 통해 출력해보자.

#include <iostream>

int main()
{
  int n = 10;

  // 또 다른 이름 부여..
  int& r = n;

  std::cout << &n << std::endl;
  std::cout << &r << std::endl;
}

위의 코드와 같이 & 연산자 를 활용해 주소값을 출력해보면, 동일한 주소값을 출력한다는 것을 알 수 있다.

또다른 이름으로 활용돼, Reference를 사용할 때 주의점은 초기 값이 무조건 있어야 한다는 점이다.

// 초기값 없이 단독으로 적을 경우 에러 발생
int& r2;

메모리할당 없는 Reference?

Reference 개념은 또다른 이름부여라고 했다. 그렇다면 정말 이름만 부여하고, 메모리할당은 따로 하지 않는 것인가?

보통 Reference라는 키워드가 추가될 경우, 컴파일러에서는 심볼테이블에 테이블 내 값을 참조하도록 했다.

메모리할당 유무에 관한 동작 또한 undefined로 정의되어져 있기 때문에 컴파일러 제작사 마다 다르게 동작한다.

보통은 2가지로 구현한다.

단순한 경우 메모리 사용하지 않고, 심볼테이블에 추가하는 방식으로 처리함
복잡한 경우 (함수 인자로 사용되거나 할 때), 상황에 따라 내부적으로 포인터를 활용하도록 한다. 즉, 메모리를 할당받아 처리하도록 함.

Call by ~

Reference가 함수 인자로 전달될 경우 어떻게 처리될 것인지에 대해 알아보자.

#include <iostream>

void inc1(int n) { ++n; }
void inc2(int* p) { ++(*p); }
void inc3(int& r) { ++r; }

int main() {
  int a = 10, b = 10, c = 10;

  inc1(a);

  inc2(&b);

  inc3 (c);

  // 아래의 값은 어떻게 변화할까?
  std::cout << a << std::endl;
  std::cout << b << std::endl;
  std::cout << c << std::endl;
}

위의 코드를 통해 어떤 변화가 일어나는지 아래의 그림을 참고해보자.

call by~

🌱 a의 값은 변하지 않는다.

우리는 a의 값을 inc1에 전달했다. 전달하는 방식은 값만 전달하는 방식을 택했다. 이를 Call by Value라고 부른다.

위와 같은 방법으로 값만 전달할 경우 전달된 값에는 영향을 주지 않는다. 따라서, 내부적으로 어떤 작업을 해도 전달된 값에는 변화가 없다. 따라서 a 값은 10으로 유지된다.

🌱 b의 값은 증가한다.

b의 값은 inc2에 전달했다. 전달하는 방식은 pointer를 활용해야되기 때문에 주소값을 전달했다. 이를 Call by Pointer라고 부른다.

이름에 대해서는 이야기가 많다 누구는 Call by Address, Call by Reference 등을 부르기도 하지만, Pointer를 전달받는다는 입장에서 해당 포스팅에서는 Call by Pointer라고 명명한다.

위와 같은 방법으로 전달할 경우 주소값을 전달 받은 Pointer 입장에서는 메모리에 접근이 가능하다. 직접 메모리 내 값에 접근해 해당 값을 바꿀 경우 전달된 값이 변경된다. 따라서, b 값은 11로 증가한다.

🌱 c의 값은 증가한다.

c의 값은 inc3에 전달했다. 전달하는 방식은 Reference로 전달받기 때문에 그냥 변수를 전달하면 된다. 이를 Call by Reference라고 부른다.

전달받은 변수 값에 또다른 이름을 부여하고, 같은 메모리를 사용하기 때문에 값이 변경된다.

즉, 위와 같은 Reference 방식을 사용할 경우 값이 변경된다. 따라서, c 값은 11로 변경된다.

scanf 와 cin의 차이

C언어에서 어떤 값을 입력받을 때 우리는 scanf를 사용해왔다. scanf를 사용할 경우, &연산자를 활용해서 주소값을 넘겨야하는데 이유를 고민해보지 않고 그냥 쓰는구나 하고 사용하기도 한다.

윗 내용을 보고 좀 생각해보면, C언어 인자 값을 전달받아 바꿀 수 있는 방법이 call by pointer 방법 밖에 없었다. 따라서, 우리는 인자로 &연산자를 활용한 주소값을 넘겨야하고 받는 쪽에서는 pointer로 받아 입력받은 값을 넣어서 돌려주는 구조이다.

// 대충 그려보면, scanf 동작구조는 아래와 같을 것이다.

// 물론 타입에 따라 다르게 동작할 것이다.
// 우리는 그 타입을 알려주기위해, %d, %c 등과 같은 방법을 활용한다.
void scanf(int* n) {
  // 어떤 값을 input으로 입력받고 그 값을 담아줄 것이다.
  // for문을 활용할수도 있고, 이건 구현하기 나름.
  // 중요 포인트는 "call by pointer"를 통해 인자를 전달받는다는 점~!
  n = input
}

int main()
{
  int n = ;
  // 주소 값 전달
  scanf("%d", &n);
}

C++에서 제공하는 입력함수 cin 같은 경우, 아마 내부적으로 call by reference를 활용해 전달받을 것이다. 따라서, 전달된 값을 주소가 아닌 그냥 변수를 전달해도 값을 넣어 돌려줄 수 있다.

내부적 구조는 연산자 재정의를 배워야 좀 더 이해할 수 있으니, 그건 뒷부분으로 미루도록 하자.

우선, cin같은 경우 call by reference로 값을 받기 때문에 &연산자를 적어주는 불필요한 문법이 필요없다는 점을 기억하자!

Outtro.

해당 포스팅은 Ecourse의 C++ Basic 강의를 참고해 작성되었습니다.

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