클래스의 크기와 메모리 구조

 

 

 

클래스의 메모리 구조

기본적으로 프로그램이 실행된다는 것은 결국 CPU와 메모리의 데이터 교환으로 환원될 수 있습니다. 메모리에 저장된 프로그램 코드를 가져와서 CPU가 실행하고 실행 중에 메모리의 내용을 읽거나 새로운 내용을 쓰는 것이 거의 전부라고 할 수 있습니다. 결국 프로그래밍을 하는데 있어서 메모리가 중요하다는 말입니다.

class CTest
{

public:
	char m_Char;
	int m_Int;
	double m_Double;
	static int m_SInt;


	int MemberFunc()
	{
		return m_Int;
	}

};

 

위 클래스 CTest의 정적 멤버 변수 m_SInt와 멤버 함수 MemberFunc는 CTest t 객체의 메모리 영역에 포함되어 있지 않습니다.

일반 멤버변수는 객체마다 존재하지만 정적 멤버 변수는 오직 하나만 존재합니다.(m_SInt는 전역변수가 저장되는 전역 데이터 메모리 영역에 4바이트만큼 하나만 존재한다.) 멤버 함수를 포함하여 모든 함수들은 일찌감치 메모리 코드 영역에 위치합니다.

클래스가 정의되면 클래스의 일반 멤버 변수는 해당 변수가 클래스의 메모리 시작 위치에서 얼마나 떨어져서 위치하게 되는지를 나타내는 오프셋 정보를 갖게 됩니다.(오프셋 정보는 컴파일러에 의해서 기억됩니다.)

즉, CTest를 살펴볼 때 (m_Char, 0), (m_Int, 1), (m_Double, 5)라는 정보를 컴파일러가 기억합니다.

 

 

void PrintOffset()

{
	int OffsetC = (int)(&(((CTest*)0)->m_Char));
	int OffsetI = (int)(&(((CTest*)0)->m_Int));
	int OffsetD = (int)(&(((CTest*)0)->m_Double));
}

 

생소할 수 있으나 기본적인 처리 방식은 0을 CTest* 타입으로 변환하여 객체의 메모리 시작 주소를 0으로 맞추고 각 멤버의 주소를 얻어내서 오프셋을 구하는  것입니다.

기대했던 [0, 1, 5]와는 달리 [0, 4, 8]이 나옵니다. 이는 컴파일러의 적절한 조치라고 볼 수 있습니다. 일반적으로 멤버 변수는 오프셋이 변수 타입 크기의 배수일 때 CPU의 메모리 접근 횟수가 최소화되어 최적의 성능을 냅니다. 그러나 이런 식으로 배치를 하면 낭비되는 빈 공간이 생기게 되며(내부 메모리 단편화) 변수 타입의 크기의 크기가 너무 클 경우 낭비되는 공간도 커지는 문제도 있습니다. 따라서 가능하면 오프셋이 타입 크기의 배수가 되도록 설정을 하지만 너무 커지지 않도록 최대값을 둡니다.

윈도우의 경우 Visual C++의 [구성속성 > C/C++ / 코드 생성 / 구조체 멤버 맞춤]에서 확인 할 수 있는데, /Zp8 옵션이 기본으로 잡혀있습니다.만약 /Zp2 옵션을 사용할 경우 [0, 2, 6]이 나오고, Zp1 옵션을 사용할 경우 [0, 1, 5]가 나옵니다.

 

 

클래스의 크기

클래스가 메모리에 배치되었다는 것은 일정한 메모리 영역을 차지한다는 것과 같습니다. 클래스의 크기는 sizeof로 알 수 있습니다.

다만, 멤버변수가 없는 클래스는 size가 0이라고 생각할 수도 있는데, 이는 클래스 자체가 메모리를 하나도 차지하지 않는 다는 말과 같기 때문에 성립되지 않습니다. 따라서 컴파일러는 멤버변수가 없는 클래스에 대해 기본적으로 1Byte 크기의 멤버를 추가합니다.

또한 클래스에 가상 함수가 하나라도 존재할 경우(가상 소멸자도 마찬가지) 가상함수를 위한 가상 함수 테이블이 생성되고 클래스에는 해당 테이블을 가리키는 vfptr이라는 가상 함수 테이블 포인터가 추가되기 때문에 가상함수를 가진 클래스의 size는 시스템에 따라서 4바이트 혹은 8바이트가 됩니다.

 

 

 

출처: Fundamental C++, 이화수