malloc과 free (malloc & free)

# malloc과 free (malloc & free)

## 동적 할당이란?

컴파일 타임에 크기를 알 수 없거나, 런타임에 유연한 크기가 필요할 때  
**힙(Heap)** 에서 메모리를 직접 할당합니다.

```c
// 정적 할당 — 크기가 컴파일 타임에 고정
int arr[10];

// 동적 할당 — 런타임에 크기 결정 가능
int n = 10;
int *arr = malloc(sizeof(int) * n);
```

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## malloc — 메모리 할당

```c
#include <stdlib.h>

void *malloc(size_t size);
```

- `size` 바이트만큼 힙에 메모리를 할당합니다.
- 반환값: 할당된 메모리의 시작 주소 (`void *`)
- 실패 시: `NULL` 반환
- 할당된 내용: **초기화되지 않음 (쓰레기값)**

### 기본 사용법

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

int main(void) {
    int *p = malloc(sizeof(int));  // int 1개 할당

if (p == NULL) {               // NULL 체크 필수
        perror("malloc failed");
        return 1;
    }

*p = 42;
    printf("%d\n", *p);  // 42

free(p);             // 해제
    p = NULL;            // 댕글링 포인터 방지
    return 0;
}
```

---

## 배열 동적 할당

```c
int n = 5;
int *arr = malloc(sizeof(int) * n);

if (arr == NULL) {
    perror("malloc");
    return 1;
}

for (int i = 0; i < n; i++) {
    arr[i] = i * 10;   // 0, 10, 20, 30, 40
}

for (int i = 0; i < n; i++) {
    printf("%d ", arr[i]);
}
printf("\n");

free(arr);
arr = NULL;
```

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## void * 캐스팅

`malloc`은 `void *`를 반환합니다.  
C에서는 암묵적 변환이 되지만, 명시적 캐스팅을 권장하는 경우도 있습니다.

```c
// C 스타일 (캐스팅 없이도 OK)
int *p = malloc(sizeof(int) * 10);

// 명시적 캐스팅 (선호에 따라)
int *p = (int *)malloc(sizeof(int) * 10);
```

> C++에서는 `void *` 암묵적 변환이 허용되지 않으므로 캐스팅이 필요합니다.

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## free — 메모리 해제

```c
void free(void *ptr);
```

- `malloc`으로 할당한 메모리를 힙에 반환합니다.
- `free` 후 포인터는 여전히 이전 주소를 가리킴 → 반드시 `NULL`로 초기화

### 주의사항

```c
int *p = malloc(sizeof(int));

// ❌ 이중 해제 — 정의되지 않은 동작 (Undefined Behavior)
free(p);
free(p);

// ✅ 해제 후 NULL 초기화로 이중 해제 방지
free(p);
p = NULL;
free(p);  // NULL 해제는 안전 (아무 동작 안 함)
```

---

## NULL 체크 패턴

```c
int *arr = malloc(sizeof(int) * 1000);
if (!arr) {                        // NULL이면 할당 실패
    fprintf(stderr, "Out of memory\n");
    exit(EXIT_FAILURE);
}
// ... 사용 ...
free(arr);
```

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## sizeof를 활용한 안전한 할당

타입 이름 대신 **변수에 sizeof를 적용**하면 타입 변경 시 자동 반영됩니다.

```c
// 타입 기반 — 타입 바꾸면 두 곳 수정 필요
double *p = malloc(sizeof(double) * n);

// 변수 기반 — 타입 바꿔도 malloc 줄은 수정 불필요 ✅
double *p = malloc(sizeof(*p) * n);
```

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## 전체 예제 — 동적 정수 배열

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

int main(void) {
    int n;
    printf("원소 개수: ");
    scanf("%d", &n);

int *arr = malloc(sizeof(*arr) * n);
    if (!arr) {
        perror("malloc");
        return 1;
    }

for (int i = 0; i < n; i++) {
        arr[i] = (i + 1) * 10;
    }

printf("배열: ");
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    printf("\n");

free(arr);
    arr = NULL;
    return 0;
}
```

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## 정리

| 함수 | 역할 | 초기값 |
|------|------|--------|
| `malloc(size)` | 힙에 `size`바이트 할당 | 쓰레기값 |
| `free(ptr)` | 할당된 메모리 해제 | — |

**핵심 습관:**
1. malloc 직후 **NULL 체크**
2. free 후 **NULL 초기화** (댕글링 포인터 방지)
3. 모든 malloc에 대응하는 **free 확인**

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malloc과 free (malloc & free)

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