[C++] 스마트 포인터
이 포스트는 개인적으로 C++ 스마트 포인터를 공부하며 기록한 내용으로 이후 변경될 수 있습니다.
메모리 낭비하기
C++ 는 new 연산자로 메모리에 동적으로 할당하고
사용이 끝나면 delete 연산자로 사용중인 메모리를 해제합니다.
그러나 코드가 복잡해지면 delete 를 너무 일찍 사용해서 이미 해제된 메모리에 접근하거나,
delete 자체를 잊어버려 메모리가 해제되지 않고 프로그램이 종료될 때 까지 할당된 상태인 일이 일어날 수 있습니다.
할당된 메모리가 해제되지 않을 경우, 메모리 전체에서 할당 가능한 용량이 작아져서
현재 실행 중인 프로그램 실행에 영향을 주거나 최악의 경우, 다른 프로그램까지 영향을 받을 수 있습니다.
이처럼 메모리가 낭비되어 사용되지 못하는 것을 메모리 릭(Memory Leak) 이라고 합니다.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
/*
Visual Studio C++ 에서 메모리 릭 확인하기
*/
#define _CRTDBG_MAP_ALLOC
#include <stdlib.h>
#include <crtdbg.h>
#include <iostream>
int main() {
_CrtSetDbgFlag(_CRTDBG_ALLOC_MEM_DF | _CRTDBG_LEAK_CHECK_DF);
int* p1 = new int{};
int* p2 = new int[3] {};
delete p1;
// p2 를 해제하지 않음
return 0;
}
자바에서는 메모리 릭을 방지하기 위해서 가비지 컬렉터(Garbage Collector) 라는 것을 사용합니다.
동적 할당한 메모리를 직접 해제할 필요 없이 사용이 끝난 메모리는 가비지 컬렉터가 자동으로 메모리를 해제합니다.
그러나 시스템에서 할당된 메모리를 사용하고 있는지 확인하기 때문에 많은 자원을 사용한다는 단점이 있습니다.
그래서 C++ 에서는 가비지 컬렉터 대신에 스마트 포인터 를 사용해 메모리 릭을 방지합니다.
스마트 포인터
스마트 포인터란 사용이 끝난 메모리를 자동으로 해제 해주는 클래스 템플릿입니다.
스마트 포인터의 특징은 아래와 같습니다.
- C++11 에서 채택되어 memory 헤더에 포함
- 메모리 릭에 대한 안정성 보장
- 힙 메모리에 생성됩니다.
스마트 포인터의 종류는 다음 3가지가 있습니다.
- shared_ptr : 참조 횟수가 기록되는 스마트 포인터
- unique_ptr : 하나의 소유자만 허용되는 스마트 포인터
- weak_ptr : shared_ptr 과 함께 사용될 수 있는 특별한 포인터
shared_ptr
C++ 에서 참조 카운팅 방식의 스마트 포인터로
shared_ptr 을 참조 횟수가 0이 되면 메모리 할당을 해제하는 원리로 동작합니다.
shared_ptr 은 기존 포인터 변수처럼 new, *, -> 등의 연산자를 사용하면서
가르키는 대상을 자동으로 소멸 시켜준다는 점이 기존 포인터와의 차이점입니다.
shared_ptr 은 포인터이기 때문에 참조 객체를 가르키는 포인터를 갖고 있지만 위에서 언급한 참조 카운팅을 위한
동적 변수 포인터도 갖고 있어야 하기 때문에 2개의 포인터를 사용합니다.
2개의 포인터는 서로 다른 위치에 저장될 수 있어 메모리 호출을 2번해야 할 수 있습니다.
이를 방지하기 위해 C++ 에서는 두 포인터를 단일 메모리 블록에 생성할 수 있도록
make_shared 를 사용해서 shared_ptr 을 생성할 수 있도록 하였습니다.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
#include <iostream>
#include <memory>
using namespace std;
int main() {
shared_ptr<int> p1(new int(10));
shared_ptr<int> p2 = make_shared<int>(10);
cout << *p1 << ", " << p2.get();
return 0;
}
unique_ptr
unique_ptr 은 이중 참조를 허용하지 않고 하나의 포인터 변수만을 허용하는 스마트 포인터 입니다.
unique_ptr로 할 수 있는 작업은 shared_ptr로 할 수 있지만 특수한 목적을 위해 사용됩니다.
첫 번째는 unique_ptr 포인터가 shared_ptr 포인터에 비해 경량이므로 성능이 좋습니다.
두 번째는 함수 내에서 지역 변수로 포인터 변수가 필요할 때 unique_ptr을 사용하면
함수 종료 시 해당 객체도 소멸되기 때문입니다.
이 방법은 메모리 릭이 없는 안전한 프로그래밍을 할 수 있다는 장점이 있습니다.
unique_ptr도 shared_ptr과 마찬가지로 new 로 선언을 할 수도 있지만 make_unique를 사용하는 것이 권장됩니다.
1
auto p1 = std::make_unique<int>(10);
사용법은 shared_ptr과 동일하므로 생략하겠습니다.