C 언어로 배우는 가변 길이 배열: malloc·realloc 활용 도서관 시스템 예제

도서관에서 일어나는 다양한 작업을 기록하고 조회하는 도서관 관리 시스템을 개발한다고 가정해 보겠습니다. 이 시스템에는 다음과 같은 세 가지 명령을 구현해야 합니다.

명령 1: x번 선반에 y페이지 분량의 책 한 권을 추가합니다.
명령 2: x번 선반에 있는 y번째 책의 페이지 수를 출력합니다.
명령 3: x번 선반에 보관된 책의 총 개수를 출력합니다.

명령은 {명령 유형, x, y} 형식의 2차원 배열로 전달되며, y 값이 필요하지 않은 경우 기본값으로 0이 사용됩니다. 프로그램은 각 명령의 실행 결과를 순서대로 출력해야 합니다.

문제 예시

선반의 개수가 4개, 쿼리가 4개이고 입력 배열이 다음과 같다고 해봅시다.

input_arr = {{1, 3, 23}, {1, 4, 128}, {2, 3, 0}, {3, 4, 0}};

이때 프로그램의 출력은 다음과 같습니다.

23
1

실행 과정 설명

명령 1 — 3번 선반에 23페이지짜리 책을 삽입합니다.
명령 2 — 4번 선반에 128페이지짜리 책을 삽입합니다.
명령 3 — 3번 선반의 0번째 책의 페이지 수를 출력합니다. → 23
명령 4 — 4번 선반에 있는 책의 개수를 출력합니다. → 1

해결 접근 방법

이 문제는 각 선반이 서로 다른 개수의 책을 가질 수 있으므로, 동적 메모리 할당(malloc, realloc)을 이용한 가변 길이 배열로 해결할 수 있습니다. 핵심 아이디어는 다음과 같습니다.

b : 크기가 s인 정수 배열로, 각 선반에 있는 책의 개수를 저장합니다.
p : 크기가 s인 포인터 배열로, 각 선반의 책 페이지 정보를 담는 동적 배열을 가리킵니다.
초기화 단계에서 모든 b[i]를 0으로 설정하고, p[i]마다 새로운 배열을 할당합니다.
쿼리를 하나씩 처리하며 명령 유형(qtype)에 따라 동작을 수행합니다.
- qtype == 1 (삽입) : b[x]를 1 증가시키고, realloc()으로 p[x]의 크기를 늘린 뒤 마지막 위치에 페이지 수 y를 저장합니다.
- qtype == 2 (조회) : p[x][y] 값을 출력합니다.
- 그 외 (개수 확인) : b[x] 값을 출력합니다.
모든 작업이 끝나면 free()를 사용하여 할당된 메모리를 반드시 해제하여 메모리 누수를 방지합니다.

C 언어 구현 코드

다음은 위 알고리즘을 실제로 구현한 C 프로그램입니다.

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

void solve(int s, int q, int q_array[][3])
{
    int* b;
    int** p;
    b = (int*)malloc(sizeof(int)*s);
    p = (int**)malloc(sizeof(int*)*s);
    for(int i = 0; i < s; i++)
    {
        b[i] = 0;
        p[i] = (int*)malloc(sizeof(int));
    }
    int loopCount;
    for(loopCount = 0; loopCount < q; loopCount++)
    {
        int qtype;
        qtype = q_array[loopCount][0];
        if (qtype == 1)
        {
            int x, y;
            x = q_array[loopCount][1];
            y = q_array[loopCount][2];
            b[x] += 1;
            p[x] = realloc(p[x], b[x]*sizeof(int));
            p[x][b[x] - 1] = y;
        }
        else if (qtype == 2)
        {
            int x, y;
            x = q_array[loopCount][1];
            y = q_array[loopCount][2];
            printf("%d\n", p[x][y]);
        }
        else
        {
            int x;
            x = q_array[loopCount][1];
            printf("%d\n", b[x]);
        }
    }
    if (b)
        free(b);
    for (int i = 0; i < s; i++)
        if (p[i])
            free(p[i]);
    if (p)
        free(p);
}

int main() {
    int input_arr[][3] = {{1, 3, 23}, {1, 4, 128}, {2, 3, 0}, {3, 4, 0}};
    solve(4, 4, input_arr);
}

입력

int input_arr[][3] = {{1, 3, 23}, {1, 4, 128}, {2, 3, 0}, {3, 4, 0}};
solve(4, 4, input_arr);

출력

23
1

정리

이 예제는 C 언어에서 malloc(), realloc(), free()를 조합하여 고정된 크기의 2차원 배열 대신 실행 중에 크기가 늘어나는 가변 길이 배열을 만드는 방법을 잘 보여줍니다. 특히 선반마다 서로 다른 개수의 데이터를 저장해야 하는 상황에서 메모리를 효율적으로 사용할 수 있으며, 사용이 끝난 메모리를 반드시 해제하는 습관이 중요하다는 점도 함께 기억해 두면 좋습니다.