메모리 주소 지정과 변수

1. 메모리 구조

모든 컴퓨터에는 RAM(메인 메모리)이 있어. 그게 뭔지, 어떤 특징이 있는지, 그리고 제일 중요한 건 우리한테 무슨 쓸모가 있는지 알아보자!

모든 프로그램(심지어 C#으로 짠 프로그램도) 실행 전에 RAM에 올라가. RAM에는 프로그램 코드(프로세서가 실행하는 코드)랑 프로그램 데이터(프로그램이 직접 메모리에 넣는 데이터)가 들어있어.

RAM이 뭔지, 뭐랑 비슷한지 궁금하지?

엑셀을 떠올려봐 😎 엑셀 시트는 셀로 이루어져 있고, 각 셀마다 고유 번호가 있어(A1, A2, ... B1, B2). 셀 번호만 알면 언제든 값을 넣거나 꺼낼 수 있지. 컴퓨터 메모리도 거의 똑같이 생겼어.

프로그램이랑 그 데이터는 실행 중에 메모리에 저장돼. 컴퓨터 메모리는 전부 작은 셀, 즉 바이트 단위로 나눠져 있어. 각 셀마다 고유 번호가 있는데, 이걸 0, 1, 2, 3, ... 이런 식으로 매겨. (번호는 0부터 시작해.) 셀 번호만 알면 거기에 데이터를 저장하거나 꺼낼 수 있어. 어떤 셀에는 프로그램 코드(프로세서 명령어)가, 어떤 셀에는 프로그램 데이터가 들어가. 셀 번호를 셀 주소라고도 해.

프로세서는 메모리에 올라간 프로그램의 명령어를 실행할 수 있어. 거의 모든 프로세서 명령어는 이런 식이야: 몇몇 셀에서 데이터 가져오기 → 뭔가 작업하기 → 결과를 다른 셀에 저장하기.

수백 개의 간단한 명령어를 조합하면 복잡하고 유용한 명령어가 만들어져.

코드에서 변수를 선언하면, 아직 안 쓰인 메모리의 일부가 할당돼. 보통 몇 바이트 정도야. 변수를 선언할 때는 반드시 어떤 타입의 정보를 저장할 건지 지정해야 해: 숫자인지, 텍스트인지, 아니면 다른 데이터인지. 타입을 모르면 변수에 얼마만큼 메모리를 할당해야 할지 알 수 없으니까.

컴퓨터 초창기에는 프로그램이 그냥 메모리 셀 번호로만 작업했는데, 나중에 프로그래머 편의를 위해 셀에 이름을 붙이기 시작했어. 변수의 고유 이름은 사실 프로그래머를 위한 거야. 프로그램은 실행 중에 번호만으로도 충분히 잘 돌아가.

2. 메모리 속 변수

C#에는 정수 저장용 기본 타입이 4개 있어. byte, short, int, long이야.

그리고 C#에는 실수 타입도 2개 있어 — float랑 double:

프로그램이 변수 생성 명령어를 만나면, 변수 타입에 따라 작은 메모리 공간이 할당돼.

int a = 10;

C# 프로그램은 메모리에 직접 접근하는 게 금지돼 있어. 메모리 작업은 전부 C#이랑 .NET이 엄격하게 관리해.

3. 메모리 속 string 타입

string 타입은 데이터를 많이 담을 수 있어서, 그냥 데이터 타입이 아니라 완전한 객체야.

string 타입 데이터(텍스트)는 별도의 객체에 저장되고, 그 객체에 메모리가 할당돼. 그리고 그 객체의 주소가 변수에 저장돼. 변수에도 메모리가 할당되지.

• a라는 int 타입 변수는 4 바이트를 차지하고, 값 1을 저장해.
• b라는 int 타입 변수는 4 바이트를 차지하고, 값 10,555를 저장해. 여기서 쉼표는 소수점이 아니라 자리수 구분이야. 소수점은 점(.)으로 구분해.
• d라는 double 타입 변수는 8 바이트를 차지하고, 값 13.001을 저장해.
• str라는 string 타입 변수는 4 바이트를 차지하고, 값 D12을 저장해. 이건 텍스트가 들어있는 객체의 첫 번째 셀 주소야.

string 타입 객체(텍스트 포함)는 별도의 메모리 블록에 저장돼. 그 첫 번째 셀 주소가 str 변수에 저장돼.

4. 우리가 대입할 때 무슨 일이 일어날까

또 하나 중요한 건 대입이 어떻게 동작하는지야. 예를 들어:

int a = 10;
int b = a;
b = 20;
Console.WriteLine(a); // 10

이 예제에서는 메모리에 두 개의 셀이 만들어져: 하나는 a용, 하나는 b용. b = a;라고 쓰면 값이 복사돼(10), "상자" 자체가 복사되는 게 아니야. b를 바꿔도 a에는 아무 영향 없어.

이번엔 문자열로 똑같이 해보자:

string s1 = "Hello";
string s2 = s1;
s2 = s2 + " World";
Console.WriteLine(s1); // "Hello"
Console.WriteLine(s2); // "Hello World"

여기서 s1이랑 s2 두 변수는 같은 문자열 "Hello"를 가리키고 있어. 근데 s2 = s2 + " World"를 하면, s2에 새 문자열 "Hello World"가 만들어지고, s1은 여전히 예전 문자열 "Hello"를 가리켜.

5. 왜 프로그래밍에서는 다 0부터 셀까?

사람들은 왜 프로그래밍에서 거의 항상 0부터 세는지 궁금해하지. 사실 0부터 세는 게 더 편한 경우가 엄청 많아(물론 1부터 세는 게 편한 경우도 있긴 해).

가장 쉬운 예가 바로 메모리 주소 지정이야. 만약 변수에 4 바이트 메모리를 할당받았고, X가 첫 번째 바이트의 주소라면, 각 바이트의 주소는 뭐가 될까? X+0, X+1, X+2, X+3 이렇게 돼. 그래서 인덱스가 0, 1, 2, 3인 바이트 그룹이 생기는 거지.

데이터 블록 안에서 상대 주소를 생각하면 항상 0부터 번호가 매겨져. 이게 바로 0부터 세는 제일 흔한 이유야.