참조와 포인터 (Reference & Pointer)
포인터(Pointer)란?
포인터(Pointer)란, 메모리의 주소를 저장하는 변수입니다.
즉, 포인터는 초기화되지 않아도 되며 (nullptr 가능), 필요한 주소를 그때그때 저장할 수 있습니다.
또한, 포인터는 산술 연산을 통해 주소 값을 자료형의 크기만큼 더하거나 뺄 수도 있습니다.
특징
- 포인터는 다른 변수의 주소를 저장할 수 있습니다.
- 포인터는
NULL값을 가질 수 있습니다. - 포인터는 산술 연산이 가능합니다. (자료형의 크기만큼 주소를 더하거나 뺄 수 있습니다.)
사용법
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Type* pointerName;
주의점
- 초기화되지 않은 포인터를 사용하거나 객체가 삭제된 주소를 그대로 사용하면 댕글링 포인터와 같은 문제가 발생할 수 있습니다.
참조 (Reference)란?
참조(Reference)는 이미 존재하는 객체나 함수의 별칭(alias)을 생성하는 C++의 기능입니다.
따라서, 참조를 초기화 할 때에는 반드시 유효한 객체나 함수를 참조하도록 해야하며, 참조자의 타입은 대상이 되는 변수의 타입과 일치해야 합니다.
참조는 단 한 번만 초기화 되며, 대상 변수와 같은 메모리 위치를 참조합니다.
C++에서 참조 변수를 선언할 때 사용되는 & 기호는 포인터의 참조와 같은 기호를 사용하고, 참조란 단어는 포인터에서도 “참조”와 “역참조”로 쓰여 헷갈릴 수 있습니다.
하지만, 포인터에서의 참조와 참조 변수의 참조는 조금 다릅니다.
참조 변수에서의 “참조”는 원본 변수를 “참조하는” 별칭을 만드는 것을 의미합니다.
이는, 한글 단어에서의 참조로 사용해도 될 것 같기도 하고, ‘reference’의 뜻인 가리키다, 언급, 참고와 같은 뜻으로도 사용해도 될 것 같습니다.
특징
- 참조는 선언과 동시에 초기화 되어야 합니다.
- 참조는 한 번만 초기화 할 수 있으며, 변경할 수 없습니다.
- 참조자의 타입은 대상이 되는 변수의 타입과 일치해야 합니다.
- 참조는
NULL값을 가질 수 없습니다. - 참조는 대상 변수와 같은 메모리 위치를 참조하여 원본을 가지고 작업할 수 있습니다.
사용법
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Type& referenceName = variable;
이때의 & 연산자는 주소 연산자가 아닌 데이터형 식별자로 사용된 것입니다.
참조 사용시 임시 변수에 의한 주의 사항
참조는 원래 lvalue(변수 등을 가리키는 표현식)만을 대상으로 할 수 있습니다.
만약 rvalue(임시 값이나 리터럴 등)를 참조하려고 하면, 컴파일러가 임시 변수를 만들어 이를 참조하게 됩니다.
이런 경우, 원래 의도와 다르게 동작할 수 있습니다.
1. 비const 참조에 대한 초기 값은 lvalue여야 합니다.
예를 들어, 참조 타입 객체를 인자로 받아서 비 const 함수를 호출한다고 해봅시다.
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#include <iostream>
using namespace std;
class MyClass
{
public:
void NonConstFunction(){}
};
void FunctionByReference(MyClass& obj)
{
obj.NonConstFunction();
}
int main()
{
MyClass myC = MyClass();
FunctionByReference(myC); // 가능
FunctionByReference(MyClass()); // 컴파일러 문제 발생
}
상황의 이해
- 특정 함수가 참조를 매개변수로 받습니다.
- 이 함수 내에서 해당 참조 객체의 멤버 함수를 호출합니다.
- 이 멤버 함수는
const가 아닙니다. 즉, 객체를 변경할 수 있는 함수로 생각할 수 있습니다.
• 문제 상황 1: 비const 일반 함수 호출
함수의 인자로 생성자를 바로 사용하는 경우, 컴파일러는 임시 객체를 만들고 인자로 전달합니다. (rvalue)
이때, 호출하려는 함수는 비const이고 매개 변수를 참조로 받아야 하는데, 인자가 임시 객체이므로 문제가 발생합니다.
왜냐하면, 임시 객체는 일반적으로 변경할 수 없다고 가정 되기 때문입니다.
임시 객체는 일반적으로 함수 호출이 끝날 때 소멸됩니다. 따라서 임시 객체를 넘겨봤자 함수 호출이 끝난 다음에는 재사용 할 수 없기 때문에 이를 허용하지 않습니다.
따라서, 함수의 매개 변수를 const 참조로 호출하면 이 함수를 호출할 수 있습니다.
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void FunctionByReference(const MyClass& obj)
{
obj.NonConstFunction(); // 컴파일러 문제 발생
}
• 문제 상황 2: 호환되지 않는 형식 한정자
이렇게 const 참조로 매개변수를 호출하면 임시 변수를 참조로 사용할 수도 있습니다.
그러나 비 const 멤버 변수를 호출하려고 하면 호환되지 않는 형식 한정자라며 컴파일 에러가 발생합니다.
이때, 같이 나오는 메시지가 아래와 같은데,
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오류 C2662: 'void MyClass::NonConstFunction(void)': 'this' 포인터를 'const MyClass'에서 'MyClass &'(으)로 변환할 수 없습니다.
this 포인터는 객체 자신을 가리키는 포인터입니다.
현재 FunctionByReference() 내에서는 const MyClass 타입이지만, const가 아닌 멤버 함수를 호출하기 위해서는 const가 아닌 MyClass 타입이어야 한다는 뜻입니다.
이는 const 객체는 변경되지 않아야 한다는 규칙을 지키기 위한 것입니다.
const가 아닌 멤버 함수는 객체의 상태를 변경할 가능성이 있기 때문에, const 객체에 대해 호출할 수 없습니다. 따라서 const인 this 포인터는 const 멤버 함수만 호출할 수 있습니다.
정리하자면, const 객체는 변경할 수 없으므로, 이를 변경할 수 있는 const가 아닌 멤버 함수를 호출할 수 없습니다.
▷ 최종 수정 결과
즉, 아래 코드와 같이 변경하면, 임시 변수로 const 함수를 호출하게 됩니다.
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#include <iostream>
using namespace std;
class MyClass
{
public:
void NonConstFunction() const
{
cout << "NonConst 함수 호출" << endl;
}
};
void FunctionTakingReference(const MyClass& obj)
{
obj.NonConstFunction();
}
int main()
{
FunctionTakingReference(MyClass());
}
이와 같이 임시 변수를 참조로 사용하기 위해서는 const와 관련된 상황을 주의해야 합니다.
참조 사용시 주의 사항
- 임시 변수 문제: 참조는 원본을 전달하기 때문에, 참조가 가능한 lvalue가 아니거나, 데이터형이 달라 형변환을 하게 될 때, 임시 변수를 생성할 수도 있어, 함수가 의도한 대로 동작하지 않을 수 있습니다.
- 함수 종료와 참조: 함수가 종료되면서 수명이 끝나는 메모리 위치에 대한 참조를 리턴하지 않도록 해야 합니다.
참조와 포인터의 차이점
NULL값: 포인터는NULL값을 가질 수 있지만, 참조는 가질 수 없습니다.- 변경 가능: 포인터는 주소를 마음대로 변경할 수 있지만, 참조는 초기화 이후 변경할 수 없습니다.
- 로우 레벨에서 볼 때, 둘 다 메모리 주소를 사용해 객체에 접근하기 때문에 동작의 차이가 거의 없습니다.
- 하지만, C++ 차원에서 참조는 “안전성“과 “가독성“을 높이기 위해 한 번 초기화 이후 대상을 바꿀 수 없도록 되어있습니다.