변수의 유효 범위
변수의 유효 범위(variable scope)
C언어에서는 변수의 선언 위치에 따라 해당 변수의 유효 범위, 메모리 반환 시기, 초기화 여부, 저장되는 장소 등이 변경됩니다.
C언어에서 변수는 위와 같은 특징들을 기준으로 다음과 같이 나눌 수 있습니다.
1. 지역 변수(local variable)
2. 전역 변수(global variable)
3. 정적 변수(static variable)
4. 레지스터 변수(register variable)
메모리의 구조
컴퓨터의 운영체제는 프로그램의 실행을 위해 다양한 메모리 공간을 제공합니다.
C 프로그램이 운영체제로부터 할당받는 대표적인 메모리 공간은 다음과 같습니다.
1. 코드(code) 영역
2. 데이터(data) 영역
3. 스택(stack) 영역
4. 힙(heap) 영역
메모리의 구조에 대한 더 자세한 사항은 C언어 메모리의 구조 수업에서 확인할 수 있습니다.
지역 변수(local variable)
지역 변수란 '블록' 내에서 선언된 변수를 의미합니다.
지역 변수는 변수가 선언된 블록 내에서만 유효하며, 블록이 종료되면 메모리에서 사라집니다.
이러한 지역 변수는 메모리상의 스택(stack) 영역에 저장되며, 초기화하지 않으면 의미 없는 값(쓰레기값)으로 초기화됩니다.
함수의 매개변수 또한 함수 내에서 정의되는 지역 변수로 취급됩니다.
예제
#include <stdio.h>
void local(void);
int main(void)
{
int i = 5;
int var = 10;
printf("main() 함수 내의 지역 변수 var의 값은 %d입니다.\n", var);
if (i < 10)
{
local();
int var = 30;
printf("if 문 내의 지역 변수 var의 값은 %d입니다.\n", var);
}
printf("현재 지역 변수 var의 값은 %d입니다.\n", var);
return 0;
}
void local(void)
{
int var = 20;
printf("local() 함수 내의 지역 변수 var의 값은 %d입니다.\n", var);
}
실행 결과
main() 함수 내의 지역 변수 var의 값은 10입니다.
local() 함수 내의 지역 변수 var의 값은 20입니다.
if 문 내의 지역 변수 var의 값은 30입니다.
현재 지역 변수 var의 값은 10입니다.
위의 예제에서 변수 var은 한 번은 main() 함수 내에서, 또 한 번은 if 문에서, 마지막은 local() 함수 내에서 선언됩니다.
이처럼 같은 이름의 변수 var은 모두 다른 중괄호({}) 영역에서 선언되었으며, 이러한 중괄호 영역을 블록(block)이라고 합니다.
이렇게 변수의 유효 범위는 변수가 선언된 블록을 기준으로 설정되며, 해당 블록이 끝나면 모든 지역 변수는 메모리에서 사라지게 됩니다.
전역 변수(global variable)
전역 변수란 함수의 외부에서 선언된 변수를 의미합니다.
전역 변수는 프로그램의 어디에서나 접근할 수 있으며, 프로그램이 종료되어야만 메모리에서 사라집니다.
이러한 전역 변수는 메모리상의 데이터(data) 영역에 저장되며, 직접 초기화하지 않아도 0으로 자동 초기화됩니다.
예제
#include <stdio.h>
void local(void);
int var; // 전역 변수 선언
int main(void)
{
printf("전역 변수 var의 초깃값은 %d입니다.\n", var);
int i = 5;
int var = 10; // 지역 변수 선언
printf("main() 함수 내의 지역 변수 var의 값은 %d입니다.\n", var);
if (i < 10)
{
local();
printf("현재 변수 var의 값은 %d입니다.\n", var); // 지역 변수에 접근
}
printf("더 이상 main() 함수에서는 전역 변수 var에 접근할 수가 없습니다.\n");
return 0;
}
void local(void)
{
var = 20; // 전역 변수의 값 변경
printf("local() 함수 내에서 접근한 전역 변수 var의 값은 %d입니다.\n", var);
}
실행 결과
전역 변수 var의 초기값은 0입니다.
main() 함수 내의 지역 변수 var의 값은 10입니다.
local() 함수 내에서 접근한 전역 변수 var의 값은 20입니다.
현재 변수 var의 값은 10입니다.
더 이상 main() 함수에서는 전역 변수 var에 접근할 수가 없습니다.
위의 예제에서 전역 변수 var와 같은 이름의 지역 변수 var가 main() 함수 내부에서 선언됩니다.
이 지역 변수가 선언되기 전까지는 main() 함수에서도 전역 변수 var에 접근할 수 있습니다.
하지만 지역 변수 var가 선언된 후에는 main() 함수에서 전역 변수 var로 접근할 방법이 없어집니다.
왜냐하면, 블록 내에서 선언된 지역 변수는 같은 이름의 전역 변수를 덮어쓰기 때문입니다.
또한, 여러 개의 파일로 구성된 프로그램에서 외부 파일의 전역 변수를 사용하기 위해서는 extern 키워드를 사용해 다시 선언해야 줘야합니다.
C언어의 extern 키워드에 대한 더 자세한 사항은 C언어 분할 컴파일 수업에서 확인할 수 있습니다.
정적 변수(static variable)
C언어에서 정적 변수란 static 키워드로 선언한 변수를 의미합니다.
이렇게 선언된 정적 변수는 지역 변수와 전역 변수의 특징을 모두 가지게 됩니다.
함수 내에서 선언된 정적 변수는 전역 변수처럼 단 한 번만 초기화되며(초기화는 최초 실행 시 단 한번만 수행됨), 프로그램이 종료되어야 메모리상에서 사라집니다.
또한, 이렇게 선언된 정적 변수는 지역 변수처럼 해당 함수 내에서만 접근할 수 있습니다.
예제
#include <stdio.h>
void local(void);
void staticVar(void);
int main(void)
{
int i;
for (i = 0; i < 3; i++)
{
local();
staticVar();
}
return 0;
}
void local(void)
{
int count = 1;
printf("local() 함수가 %d 번째 호출되었습니다.\n", count);
count++;
}
void staticVar(void)
{
① static int static_count = 1;
printf("staticVar() 함수가 %d 번째 호출되었습니다.\n", static_count);
static_count++;
}
실행 결과
local() 함수가 1 번째 호출되었습니다.
staticVar() 함수가 1 번째 호출되었습니다.
local() 함수가 1 번째 호출되었습니다.
staticVar() 함수가 2 번째 호출되었습니다.
local() 함수가 1 번째 호출되었습니다.
staticVar() 함수가 3 번째 호출되었습니다.
위의 예제는 지역 변수로 선언된 count와 정적 변수로 선언된 static_count를 서로 비교하는 예제입니다.
지역 변수인 count는 함수의 호출이 끝날 때마다 메모리상에서 사라집니다.
하지만 정적 변수인 static_count는 함수의 호출이 끝나도 메모리상에서 사라지지 않고, 다음 함수 호출 때 이전의 데이터를 그대로 가지고 있습니다.
정적 변수 static_count의 초기화를 수행하는 ①번 라인의 코드는 최초로 실행될 때 단 한 번만 수행되며, 두 번째부터는 수행되지 않습니다.
또한, static_count는 전역 변수와는 달리 자신이 선언된 staticVar() 함수 이외의 영역에서는 호출할 수 없습니다.
레지스터 변수(register variable)
레지스터 변수란 지역 변수를 선언할 때 register 키워드를 붙여 선언한 변수를 의미합니다.
이렇게 선언된 레지스터 변수는 CPU의 레지스터(register) 메모리에 저장되어 빠르게 접근할 수 있게 됩니다.
하지만 컴퓨터의 레지스터는 매우 작은 크기의 메모리이므로, 이 영역에 변수를 선언하기 힘든 경우도 많습니다.
그럴 때 C 컴파일러는 해당 변수를 그냥 지역변수로 선언하게 됩니다.
변수의 종류
| 변수 종류 | 키워드 | 선언 위치 | 유효 범위 |
|---|---|---|---|
| 지역 변수 | auto | 함수/블록의 내부 | 함수/블록의 내부 |
| 전역 변수 | extern | 함수의 외부 | 프로그램 전체 |
| 정적 변수 | static | 함수/블록의 내부 | 함수/블록의 내부 |
| 레지스터 변수 | register | 함수/블록의 내부 | 함수/블록의 내부 |
| 변수 종류 | 메모리 소멸 시기 | 초깃값 | 저장 장소 |
|---|---|---|---|
| 지역 변수 | 함수 종료시 | 초기화되지 않음. | 스택(stack) 영역 |
| 전역 변수 | 프로그램 종료시 | 0으로 초기화됨. | 데이터(data) 영역 |
| 정적 변수 | 프로그램 종료시 | 0으로 초기화됨. | 데이터(data) 영역 |
| 레지스터 변수 | 함수 종료시 | 초기화되지 않음. | CPU의 레지스터(register) |
