함수 호출 구조

 포인터 파트에서 함수 호출 구조에 대해 잠깐 언급한 적이 있습니다. 이 포스트에서 그 내용을 다뤄볼 것입니다.

 

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프로세스의 구조

 프로세스[# 프로세스는 운영체제의 로더에 의해 프로그램이 메모리에 올라갈 때 CPU가 실행할 수 있도록 구조를 변경하여 메모리에 올라가 있는 바이트 코드를 의미합니다.]는 Windows 기준으로 하여 아래와 같은 구조[# 정확한 구조는 아니니, 이런 식으로 구성되어 프로세스에 올라간다고만 생각하기 바랍니다. 이 스택 프레임은 플랫폼, 언어, 개발자 구현 방식에 따라 달라질 수 있습니다.]를 가지고 있습니다.

코드 세그먼트	기계어(명령어)
데이터 세그먼트	문자열 상수 목록
	전역 변수
	static 변수
엑스트라 세그먼트	힙(Heap)
	스택(Stack)

 

코드 세그먼트:

 코드 세그먼트에서 관리하는 데이터는 CPU에서 실행되는 바이트 코드를 담고 있습니다.

데이터 세그먼트:

 문자열 상수 목록: 프로그램을 작성하다가 쌍따옴표[# "]로 묶은 문자열을 담고 있는 공간입니다.

 전역 변수: 함수 외 바깥에서 선언한 변수를 관리하는 공간입니다.

 static 변수: 전역 변수의 특성[# 함수가 종료되어도 데이터가 유지됨. LifeCycle(생명 주기)이 프로그램과 같음]과 지역 변수의 특성[# 해당 변수가 선언된 블록과 그 안쪽 블록에서만 사용이 가능함]을 고루 갖춘 static으로 선언된 변수를 관리하는 공간입니다.

엑스트라 세그먼트:

 힙(Heap): 동적 할당으로 메모리를 할당 받았을 때 사용하는 공간입니다.

 스택(Stack): 코드상에 드러나 있는 메모리(변수 등)를 관리하는 공간입니다.

 여기에서 우리는 스택 부분을 집중적으로 노려볼 것입니다. 

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스택

 자료구조 스택과 이름이 같은 이 공간은 스택처럼 데이터를 위로 쌓고 위에서부터 꺼낸다고 하여 붙여진 이름입니다. 다음 코드를 보겠습니다.

#include <stdio.h>

void funcA(int v){
    printf("%d\n", b);
}

void funcB(int* v){
    printf("%d\n", *v);
}

int main(void){
    
    int num;
    
    num = 5;
    funcA(num);
    
    num = 13;
    funcB(&num);
    
    return 0;
}

 함수 funcA와 funcB, 그리고 엔트리 포인트인 main이 존재합니다. 이 함수를 실행할 때는 다음과 같이 스택이 구성됩니다.

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실행에 따른 스택 변화

 가장 먼저 main 함수에 대한 정보(변수 등)가 스택 메모리 공간에 쌓입니다. 그리고 작업을 진행하면서 funcA 함수와 funcB 함수가 호출되므로 각 함수에 대한 정보가 스택 메모리 공간에 쌓이고 사라집니다. 순서는 아래와 같습니다.

 

 main 함수를 호출하는 함수에 대한 정보를 스택에 쌓습니다.

 그리고 main 함수에서 사용하는 변수 등의 정보를 스택에 쌓습니다. 이 코드에서 사용할 변수는 하나 뿐이군요.

 여러 연산 코드를 실행한 뒤 funcA 함수를 실행합니다. 따라서 현재 작동중인 main 함수에 대한 정보를 스택에 쌓아줍니다. 그리고 나서 funcA 함수의 인자로 int v가 존재하므로 그 위에 이 변수를 넣어줍니다.

# 이전 함수의 정보를 스택에 쌓는 이유?

 이전 함수의 정보를 스택에 쌓는 이유는 호출된 자녀 함수[#동의어 callee 함수. 역 관계로는 caller 함수]가 실행 완료된 뒤 이전 함수에서 자녀 함수 이후에 실행될 코드를 정상적으로 실행하기 위함이 있습니다.

 우리가 편지를 쓰다가 잠시 물을 가지러 다녀 왔다고 합시다. 물을 가지러 다녀온 뒤에 우리는 편지를 어디까지 썼는지 기억하고[# 혹은 읽어보고] 이어서 글을 작성해야합니다. 물을 가지고 왔는데 다음으로 쓸 글이 무엇인지 모른다면 편지의 내용이 이상할 것입니다. 시작에 "안녕하세요"를 이어 써야하는데 "안녕히 계세요"를 쓴다면 편지를 왜 써야하는지 의문일 것입니다.

 funcA 함수 안에서는 printf 함수를 사용합니다. printf 함수를 이용하기 전에 funcA 함수에 대한 정보를 저장하고, 첫 문자열[# 이 문자열은 서식지정자를 0개 이상 포함하는 문자열입니다.]과 이어서 추가 정보로 사용하는 가변인자[#va_list 가변인자에 대한 설명은 이 페이지를 참고하세요.]의 정보를 넣습니다.

 사용을 마치면 printf 함수에 대한 정보를 날려줍니다.

 funcA 함수에서는 더이상 작업이 존재하지 않으므로 funcA 함수에 대한 정보를 날리고 main 함수에 대한 정보로 스택을 롤백[# 이전으로 되돌림]합니다.

 연산하는 코드는 스택에 영향을 주지 않으므로 넘어가고, 이어서 funcB 함수에 대한 과정을 위와 같이 반복합니다. 그리고 main 함수의 마지막 작업이 완료되면 main 함수가 실행되기 이전으로 스택 정보를 롤백합니다.

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번외. 재귀 함수가 좋지 않은 이유

 종종 재귀함수를 지양하라는 말을 듣습니다. 구현을 쉽게 할 수 있는 장점이 있지만 단점이 존재하기 때문인데요, 그 단점이 이 스택 프레임에 의해 발생하는 것입니다.

void fibo(int a){
    if(a <= 1) return 1;
    else fibo(a - 1) + fibo(a - 2);
}

 피보나치 수 구하는 재귀함수입니다. 이 코드의 경우 스택 프레임에 fibo 함수의 정보를 반복적으로 담아야합니다. 따라서 1MB[# Windows OS 기준]의 공간만 가지고 있는 스택의 범위를 쉽게 초과할 수 있고 이렇게 범위를 초과하면 스택 오버플로우로 인해 프로그램이 종료될 수 있습니다.

 

 문단의 제목으로 재귀 함수가 좋지 않은 이유로 작성하였지만, 재귀 함수가 꼭 나쁜 것은 아닙니다. 서두에 말 했듯이 알고리즘의 구현이 쉽고, 반복문[# 재귀함수를 이용할 수 있다면 복잡하더라도 반복문으로 해결 가능한 경우가 많다.]을 이용한 코드보다 직관적일 수 있다는 장점이 있습니다. 본인의 프로그램에 더 나은 선택을 하는 것은 개발자 본인의 몫입니다.

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