🖥️ - Memory 구조 개요

일반적인 프로세스 메모리 구조는 다음과 같이 구성된다.

 

Memory 구조 - Stack/Heap/Data/Code 영역으로 나뉜다.

 

Stack ➡️ 높은 주소

Heap

BSS Data

Code(Text) ➡️ 낮은 주소

 

Code 영역 (Text Segment)

• 실행할 기계어 명령(즉, 컴파일된 코드)이 저장되는 영역
• 읽기 전용(read-only)
• 공유 가능(동일 프로그램 실행 시 코드 영역은 공유됨)
• 함수들이 이 영역에 위치한다.

int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

 

➡️ add 함수의 기계어 코드가 code 영역에 들어간다.

 

Data 영역(Data Segment)

static/global variable들이 저장되는 영역이다. 이 영역은 다시 2부분으로 나뉜다.

 

• Initialized Data Segment(Data Segment)
  • 초기값이 있는 전역/정적 변수들이 저장된다.
  • ex)

int g_val = 10;
static int count = 3;

• Uninitialized Data Segment(BSS Segment)
  • 초기값이 없는 전역/정적 변수들이 저장된다.
  • 실행 시 0으로 자동 초기화된다.
  • ex)

int g_uninit;
static int total;

 

Stack 영역

• 함수 호출 시 생성되는 지역 변수, 매개변수, 리턴 주소등이 저장되는 LIFO 구조
• 함수가 호출될 때마다 스택 프레임 생성
• 함수가 종료되면 해당 스택 프레임은 제거됨(pop)
• 컴파일러에 의해 자동으로 관리된다.

ex)

void foo() {
    int local = 5;  // stack에 저장
}

 

Heap 영역

• 동적 메모리 할당(malloc, new)시 사용되는 영역
• 프로그램 실행 중 크기 조절 가능
• 직접 free() 해줘야 함(자동 소멸되지 않음)

영역	저장 대상	생성 시점	소멸 시점	관리 주체
Code	실행 명령어, 함수 코드	컴파일 타임	프로그램 종료 시	운영체제
Data	초기화된 전역/정적 변수	프로그램 시작 시	프로그램 종료 시	운영체제
BSS	초기화되지 않은 전역/정적 변수	프로그램 시작 시	프로그램 종료 시	운영체제
Stack	지역 변수, 매개변수, 리턴 주소	함수 호출 시	함수 종료 시	컴파일러
Heap	동적 할당 변수 (malloc)	런타임 동적 할당	직접 free 시	프로그래머 직접

 

• new는 어떤 함수인가?
  
  • new는 연산자이다. C++에서 객체 또는 변수의 동적 메모리 할당을 위해 사용된다.
  • 메모리 할당 및 생성자 호출(클래스인 경우) 역할을 한다.

int* p = new int;     // int 1개 공간을 heap에 동적 할당
*p = 10;

[기본 형 변수 할당]

int* arr = new int[5];   // int 5개짜리 배열을 heap에 할당

[변수 할당]

class MyClass {
public:
    MyClass() { cout << "생성자 호출\n"; }
};

MyClass* obj = new MyClass();  // heap에 객체 생성 + 생성자 호출

[클래스 객체 생성]

할당된 메모리는 꼭! delete 또는 delete[]로 해제해야한다.

delete p;          // 단일 변수 해제
delete[] arr;      // 배열 해제
delete obj;        // 클래스 객체 해제

C와 비교 : malloc() vs new

비교 항목	C(malloc)	C++(new)
메모리 할당	malloc(sizeof(int))	new int
타입 안전성	❌ 수동 캐스팅 필요	✅ 타입 자동 적용
생성자 호출	❌ 없음	✅ 클래스 생성자 호출됨
메모리 해제	free(p)	delete p
배열 해제	수동	delete[] 필요

 

• new는 C++에서만 제공되는 동적 메모리 할당 연산자이다.
• C에서는 malloc() / calloc() 등을 사용해야 한다.
• C++에서 객체 지향 프로그래밍(OOP)를 할 때 필수적으로 사용된다.

new 연산자의 작동 원리에 대해서 조금만 더 공부해보자

int* p = new int(42);

 

위 한 줄은 다음 3가지 작업을 자동으로 해주게 된다.

 

1. operator new 호출 ➡️ 메모리 할당(실제로는 malloc()과 유사하다)

void* raw_mem = operator new(sizeof(int));

• 내부적으로 malloc() 또는 커스텀 할당자를 호출한다.
• 실패하면 std::bad_alloc 예외를 던진다(C의 NULL과는 다르다)

2. 생성자 호출(초기화)

int* p = static_cast<int*>(raw_mem);
*p = 42;

• 기본형(int, float 등)일 경우는 직접 초기화하고
• 클래스일 경우에는 생성자(constructor)가 호출된다.

3. 최종 포인터 반환

• 최종적으로는 p는 힙 영역에 생성된 변수/객체의 주소를 가리킨다.

delete?

delete p;

1. 소멸자 호출(~ClassName() 호출 - 객체인 경우)

2. operator delete 호출 ➡️ 내부적으로 free()와 유사한 방식으로 메모리 반환

 

malloc() 과의 비교 핵심 정리

항목	new/delete	malloc() / free()
언어	C++ 전용	C / C++ 모두 사용 가능
메모리 할당 방법	operator new() 호출	malloc() 호출
생성자/소멸자 호출	✅ 자동 호출	❌ 수동 초기화 필요
실패 시 동작	bad_alloc 예외 발생	NULL 반환
오버로딩	가능 (operator new)	불가능

 

실무에서 많이 보는 커스텀 operator new

void* operator new(size_t size) {
    std::cout << "메모리 " << size << "바이트 할당\n";
    return malloc(size);
}

• 클래스마다 operator new/delete를 오버로딩하면
  • 메모리 추적
  • 디버깅
  • 최적화된 allocator 적용 등이 가능함.

정리 요약

 

• new는 단순한 malloc이 아니다.
  • 메모리 할당 + 생성자 호출 = new
• C++ 객체지향의 핵심 기능인 생성자 호출을 자동으로 처리한다.
• 예외를 던지므로 안정성과 추적 기능 면에서도 우위에 있다.
• 고급 C++에서는 커스텀 operator new/delete로 성능 개선도 가능!