C++ 메모리 관리 (스택 vs 힙, 스마트 포인터, RAII)

C++ 메모리 관리 (스택 vs 힙, 스마트 포인터, RAII)

📌 학습 목표

• 스택과 힙의 차이를 명확히 이해
• 스마트포인터 사용법 학습
• RAII 개념과 활용

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📝 개념 정리

1. 스택 (Stack)

• 함수 호출 시 자동으로 할당/해제되는 메모리 영역
• 지역 변수, 함수 인자 저장
• LIFO 구조, 빠르지만 크기 제한이 있음

void Foo() {
    int x = 42;  // 스택에 저장, Foo() 종료 시 자동 해제
}

주의점

• 지역 변수는 스택에 두는 것이 효율적
• 너무 큰 배열/버퍼는 스택 오버플로우 위험 → 힙 사용 권장

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2. 힙 (Heap)

• new / delete 로 동적 할당되는 메모리
• 크기가 유연하지만 관리 책임이 프로그래머에게 있음
• 잘못 관리 시 메모리 누수 발생

void Foo() {
    int* p = new int(42); // 힙에 메모리 할당
    delete p;             // 반드시 해제 필요
}

주의점

• delete 누락 → 메모리 누수
• 중복 해제(double free) 위험

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3. 스마트포인터

• C++11 이후 도입된 자동 자원 관리 도구
• unique_ptr: 단일 소유권
• shared_ptr: 참조 카운팅 기반 공유
• weak_ptr: 순환 참조 방지

#include <memory>
void Foo() {
    std::unique_ptr<int> p1 = std::make_unique<int>(42);
    std::shared_ptr<int> p2 = std::make_shared<int>(100);
} // 범위 종료 시 자동 delete

주의점

• new/delete 직접 사용보다 안전
• shared_ptr 순환 참조 시 weak_ptr로 끊어야 함

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4. RAII (Resource Acquisition Is Initialization)

• 객체 생성 시 자원 획득, 소멸 시 자원 해제
• 예: 파일 핸들, 뮤텍스, 스마트 포인터

#include <iostream>
class FileHandler {
public:
    FileHandler() { std::cout << "Open file\n"; }
    ~FileHandler() { std::cout << "Close file\n"; }
};
void Foo() {
    FileHandler fh; // 함수 종료 시 자동으로 Close file 호출
}

주의점

• 예외 안전성 보장
• C++에서 가장 중요한 자원 관리 패턴

5. 그 외의 다양한 포인터들

• T* : 내장 포인터 타입. 타입 T의 객체 혹은 인접해서 할당된 타입 T의 원소 시퀀스를 가리킨다.
• T& : 내장 참조 타입. 타입 T의 객체를 참조한다. 암묵적 역참조를 갖는 포인터.
• span<T> : 인접한 T 시퀀스로의 포인터
• string_view<T> : const 부분 문자열로의 포인터
• X_iterator<C> : C로부터의 원소 시퀀스. 이름에 들어있는 X는 반복자의 종류를 나타낸다.

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🎯 연습 문제

1. unique_ptr와 shared_ptr의 차이를 설명하고, 순환 참조 문제를 weak_ptr로 해결하는 코드를 작성하세요.
2. RAII 패턴으로 LockGuard 클래스를 직접 구현해보세요.
3. 스택에 할당된 변수와 힙에 할당된 변수를 디버거로 비교해보세요.

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🔎 심화 학습

• malloc/free와 new/delete 차이
• shared_ptr의 내부 동작(제어 블록)
• std::scoped_lock과 같은 RAII 활용 사례

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🪞 회고

• 스택과 힙의 차이를 스스로 설명할 수 있는가?
• 실무에서 스마트포인터를 언제 선택해야 하는가?
• RAII 개념이 없는 언어(C 언어)에서는 어떻게 자원 관리를 해야 할까?

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🔗 관련 페이지

• 객체지향
• 클래스
• 스마트포인터
• RAII

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쉽게 알아보자!

graph LR
  %% ===== 메인 토픽 =====
  MM[CPP 메모리 관리]
  SP[스마트 포인터]
  RA[RAII]

  %% ===== 서브 토픽 =====
  ST[스택]
  HP[힙]
  UP[unique_ptr]
  SD[shared_ptr]
  WK[weak_ptr]
  LG[lock-guard]
  FH[파일-핸들]
  EX[예외-안전성]

  %% ===== 관계선 =====
  MM --> ST
  MM --> HP
  MM --> SP
  MM --> RA

  SP --> UP
  SP --> SD
  SP --> WK
  HP --> SP
  SD --> WK

  RA --> LG
  RA --> FH
  RA --> EX

  %% 연관성 보강
  UP -. 소유권·이동시멘틱 .-> RA
  SD -. 순환참조-주의 .-> WK

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