[C++] reference 변수에 대한 이해 (pointer와 비교)

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C에서 주소를 다루는 방식으로 pointer가 제공된다. pointer는 그 이름만으로도 괜히 마음을 불편하게 한다. 괜히 잘못 쓰면 dangling pointer 문제가 일어날 것 같고, 막 그렇다. C++에서는 이런 개발자들의 심적 부담을 덜어주기 위해 주소를 핸들링할 수 있는 또 다른 방식으로 reference라는 방식을 제공한다. 그러면, pointer와 reference의 차이는 무엇일까? 쓰는 문법이 다르다는 식상한 답변 말고, reference만의 장점을 부각할 수 있는 예제를 한번 보고 넘어가면 좋다. (그래야 C++에서 reference라는 기능을 도입한 이유를 제대로 이해할 수 있다)

 

 

 

 

목차

1. Reference 문법 및 pointer와 비교하기

2. Reference 의 특징을 보여주는 예제 (pointer와 어떻게 다른지 제대로 확인하고 넘어가자)

 

 

 

 

1. Reference 문법 및 Pointer와 비교하기

 

 Reference 문법

• 레퍼런스 변수 선언 문법

자료형& 변수명;

 

 Reference 변수와 Pointer 변수 비교하기

• Reference는 포인터와 유사하게 메모리 접근을 가능하게 한다.
  • 일반적으로, reference 변수가 아닌 일반 변수 (int a)를 인자로 함수를 호출하는 경우 스택 메모리에 '값'이 복사된다.
  • 이 경우, 전달된 인자는 대입 연산에서 R-Value로만 사용이 가능하다 (값만 가지고 오지, 주소에의 접근이 불가능하기 때문)
    • // void hello(int a)이고, a = 10이라고 했을 때,
    • 10 = 20; (X) // a = 20;이 불가능한 이유
    • b = 10; (O)  // b = a;가 가능한 이유
  • 하지만 reference 변수의 경우 R-Value 뿐 아니라, L-Value로도 사용이 가능하다는 특징을 갖는다.
    • 이러한 점에서 pointer와 유사하다. 
      • // void hello(int* a)이고, *a = 10이라고 했을 때,
      • *a = 20; // a가 가리키고 있는 메모리 (10이 저장되어있는)에 20을 넣어라
      • b = *a;  // b에 a가 가르키고있는 메모리 값 (10)을 넣어라
    • 하지만, pointer와도 다른데, 대표적인 차이점이 "문법적으로 특별히 어떤 일을 할 필요가 없다"는 것
      • // void hello (int& a)이고, a = 10이라고 했을 때,
      • a = 20;
      • b = a;

• reference 변수는 pointer 변수와는 다르다.
  
  • 엄밀하게 말하자면 reference 변수는 주소 값을 바꿀 수 없는 (const) 포인터이다. 예를 들어, int v = 10; 일 때,
    • int& p = v;
    • int* const q = &v; // q가 가리키는 값은 변경 가능하지만, q에 들어가는 주소 값은 더 이상 변경 불가
  • 그리고, 문법적으로 특별히 어떤 일을 할 필요가 없다는 것이 reference 변수와 pointer의 용법을 가르는 큰 특징이다.
  • '그게 뭐 그리 큰 특징이라고?'라고 생각할 수 있다. 아래의 예제를 보시면 왜 이런 말을 했는지 이해가 되실 거예요.

 

2. Reference 변수의 특징을 보여주는 예제 (pointer와 어떻게 다른지 제대로 확인하고 넘어가자)

Reference 변수의 효용성을 잘 보여주는 예는 바로 operator overloading이다. (C++의 큰 특징 중 하나이다 - C랑 비교했을 때)

Array indexing 연산자를 overloading 한다고 생각해 보자. Arr라는 클래스를 정의했고, 그 클래스 안에는 pInt라는 Int array pointer가 있다고 가정하자. 그렇다면 [] operator overloading 함수의 반환 형은 어떻게 되어야 할까?

 

• 함수 반환 형으로 int 타입을 사용하는 경우 
  • (결론) Lvalue로 indexing 결과를 사용할 수 없다. (이렇게 쓰면 안 된다)
  • Arr k;라고 하자, 이때
  • int a = k[10]; 은 가능할지 몰라도
  • k[10] = 10;은 불가능하다. (반환 값이 int 값이니까)

int Arr::operator[](int idx){
	return pInt[idx];
}



• 함수 반환 형으로 int* 타입을 사용하는 경우
  • (결론) 사용은 가능하지만, 일반적인 indexing 용법으로 사용이 불가능하다.
  • Arr k;라고하자, 이때 문법적으로 다음과 같이 써줘야한다.
  • int a = *k[10];
  • int* b= k[10];
  • *k[10] = 10;

int* Arr:operator[](int idx){
	return pInt + idx;
}

 

• 그래서 정답은 reference 변수 형으로 반환 int &로 사용하는 것이다. 
  • (결론) 이 함수에는 reference 변수 타입 밖에 사용할 수 없다.
  • Arr k; 라고 하자, 이 때 다음과 같이 사용할 수 있다.
  • int a = k[10];
  • k[10] = 20;

int& Arr::operator[] (int idx){
	return pInt[idx];
}

 

 

대입 연산자 overloading도 reference 변수의 효용성을 보여주는 좋은 예시이다.

 

 

여담이자 맺음말

최근에는 '왜?'에 대해서 질문을 가질만한 것들에 대해 글을 써보자라는 생각이 들었다. 단순히 '이러니까 받아들여'라는 것들에서 탈피하는 것이 좋은 엔지니어가 되는 길이자, 좋은 연구자가 되는 길이다. 그런 관점에서 본 글을 써보았다. "C++ 문법에 reference 변수라는 게 있어, pointer랑 비슷하게 주소에 접근이 가능한데 쓸 때 훨씬 편해!"라고 reference 변수를 배웠다면, 얘의 용법에 대해서 8할밖에 모르는 것이다. 그러면 무엇이 pointer와 비슷하고, 어떤 게 다른지, 비슷하다면 굳이 왜 reference 변수라는 것을 도입했는지 정도는 질문해 보고 이에 대해 답을 생각해 보는 엔지니어가 되자 🤍

 

 

끝 ◼︎