C 언어 malloc 함수 완벽 정리: 동적 메모리 할당의 원리와 실전 예제

문제 상황

동적 메모리 할당(dynamic memory allocation) 함수를 사용하여 배열 요소를 입력받고, 저장된 요소들의 합계를 계산한 뒤 화면에 출력하는 C 프로그램을 작성해 보겠습니다.

malloc 함수란?

C 언어에서 malloc(memory allocation)은 표준 라이브러리 함수로, 프로그램 실행 중(런타임)에 필요한 만큼의 메모리를 바이트 단위로 할당하는 역할을 합니다.

malloc 함수는 다음과 같은 특징을 가집니다.

할당된 메모리 블록의 시작 주소(기본 주소)를 가리키는 void 포인터를 반환합니다.
할당된 메모리를 초기화하지 않고 그대로 반환하므로, 내부에는 쓰레기 값(garbage value)이 남아 있을 수 있습니다.
요청한 크기의 메모리를 확보하지 못하면 NULL을 반환합니다.

함수 구문

void *malloc(size in bytes)

사용 예시

정수형 포인터 선언 후 1000바이트 할당하기
```
int *ptr;
ptr = (int *) malloc(1000);
```
n개의 int 크기만큼 할당하기 (권장 방식)
```
int *ptr;
ptr = (int *) malloc(n * sizeof(int));
```

참고: 메모리가 부족하여 할당에 실패하면 NULL이 반환되므로, 반드시 반환값을 확인하는 것이 좋습니다.

전체 예제 코드

다음 예제는 사용자로부터 요소 개수를 입력받아 malloc으로 메모리를 동적으로 할당하고, 각 요소를 입력받아 합계를 구한 후, free()로 메모리를 해제했을 때 어떤 일이 일어나는지 보여줍니다.

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

void main(){
    // 변수와 포인터, 합계(sum) 선언 //
    int numofe, i, sum = 0;
    int *p;

    // 사용자로부터 요소 개수 입력받기 //
    printf("Enter the number of elements : ");
    scanf("%d", &numofe);

    // malloc() 함수 호출 - 필요한 만큼 메모리 동적 할당 //
    p = (int *)malloc(numofe * sizeof(int));

    /* 메모리 할당이 성공적으로 이루어졌는지
       반드시 if문으로 검사해야 한다 */
    if (p == NULL){
        printf("Memory not available");
        exit(0);
    }

    // 요소 입력 및 합계 계산 //
    printf("Enter the elements : \n");
    for(i = 0; i < numofe; i++){
        scanf("%d", p + i);
        sum = sum + *(p + i);
    }

    printf("\nThe sum of elements is %d", sum);

    // free()로 메모리 해제 //
    free(p);

    // 해제된 메모리 영역 출력 - 쓰레기 값이 표시됨 //
    printf("\nDisplaying the cleared out memory location : \n");
    for(i = 0; i < numofe; i++){
        printf("%d\n", p[i]); // 쓰레기 값(garbage values)이 출력됨 //
    }
}

실행 결과

Enter the number of elements : 5
Enter the elements :
23
45
65
12
23

The sum of elements is 168
Displaying the cleared out memory location :
10753152
0
10748240
0
23

핵심 포인트 정리

malloc(n * sizeof(int)): 자료형 크기를 곱해주는 방식이 이식성 측면에서 안전하며 권장됩니다.
NULL 검사 필수: 메모리 할당 실패 가능성을 항상 염두에 두고 반환값을 확인해야 합니다.
free() 호출 후 주의: 메모리를 해제한 뒤 해당 공간에 접근하면 예측 불가능한 쓰레기 값이 출력되며, 이는 미정의 동작(undefined behavior)에 해당하므로 실제 코드에서는 피해야 합니다.
메모리 누수 방지: 동적으로 할당한 메모리는 사용이 끝나면 반드시 free()로 해제하는 습관을 들여야 합니다.