const 변수와 일반 변수

C++

const 변수와 일반 변수

Keisa 2024. 12. 17. 17:48

1. const 메모리

const는 특정 변수를 변경할 수 없도록 선언할 때 사용됩니다. 이를 통해 메모리 영역에 저장된 값은 변할 수 없으며, 코드의 안전성을 높이고 프로그램 오류를 줄일 수 있습니다.

특징:

컴파일 타임에 값이 고정될 수 있다
const 변수는 컴파일러가 해석하여 상수처럼 취급될 수 있습니다. 최적화 단계에서 const 값은 코드에 직접 인라인될 수 있습니다.
읽기 전용
메모리 위치에 접근할 수 있지만 값을 변경할 수 없습니다. 변경 시 컴파일 오류가 발생합니다.
런타임에 값이 결정될 수 있음
반드시 모든 const 변수가 컴파일 타임 상수는 아닙니다. 런타임에 초기화된 const 변수도 존재할 수 있습니다.

예시:

const int x = 10; // 컴파일 타임 상수
int y = 20;

const int* ptr = &y; // 포인터는 const로 선언되었으므로 *ptr의 값은 변경 불가.

const int x = 10; // 컴파일 타임 상수 int y = 20; const int* ptr = &y; // 포인터는 const로 선언되었으므로 *ptr의 값은 변경 불가.

메모리 할당 위치:

일반적으로 const 변수는 데이터 영역 또는 스택 영역에 위치합니다.
- 컴파일 타임 상수라면 코드 내에 하드코딩되어 존재할 수 있습니다.
- 런타임 상수라면 스택 메모리에 저장되지만 값은 변경되지 않습니다.

2. 일반 메모리 (변경 가능한 변수)

일반적으로 선언된 변수는 변경이 가능하며 읽기와 쓰기가 모두 가능합니다.

특징:

값 변경 가능
값을 언제든지 수정할 수 있습니다.
컴파일러의 최적화와 제약 없음
값이 언제든 변경될 수 있으므로, 컴파일러는 이러한 변수를 최적화할 때 더 주의를 기울여야 합니다.

예시:

int a = 10; // 일반 변수
a = 20;     // 값 변경 가능

int a = 10; // 일반 변수 a = 20; // 값 변경 가능

메모리 할당 위치:

스택: 함수 내에서 선언된 지역 변수들은 스택에 저장됩니다.
힙: 동적 할당된 변수들은 힙 메모리에 저장됩니다.
데이터 영역: 전역 변수나 정적 변수는 데이터 영역에 저장됩니다.

3. const와 일반 변수의 메모리 사용의 차이점 요약

특성const 변수일반 변수

변경 가능성	변경 불가능	변경 가능
최적화	값이 상수로 취급될 수 있어 최적화에 유리	변경될 수 있어 최적화에 제한적
메모리 위치	컴파일 타임에 상수로 치환되거나 데이터 영역에 저장	스택, 힙, 데이터 영역 등 다양한 위치
런타임 결정 여부	컴파일 타임 또는 런타임 상수	항상 런타임에 값 결정

4. 결론

const 변수는 읽기 전용이며, 컴파일러가 더 강력한 최적화와 안정성을 보장할 수 있습니다.
일반 변수는 값 변경이 자유롭지만 최적화 측면에서는 제약이 생길 수 있습니다.

따라서, 코드에서 변경되지 않는 값을 const로 선언하면 코드의 명확성과 안정성을 높이고 최적화에 도움을 줄 수 있습니다.

※ const로 선언된 변수가 런타임에 초기화된다면 일반 변수와 똑같은가?

1. const 변수와 일반 변수의 차이점

1-1. 값 변경 가능 여부

const 변수:
한번 초기화되면 값을 변경할 수 없습니다.
즉, 메모리 상에 할당된 위치는 읽기 전용입니다.
일반 변수:
언제든지 값을 변경할 수 있습니다.

예시:

int a = 10;       // 일반 변수
const int b = a;  // 런타임에 초기화되는 const 변수

b = 20; // 오류! b는 const로 선언되어 값을 변경할 수 없습니다.

int a = 10; // 일반 변수 const int b = a; // 런타임에 초기화되는 const 변수 b = 20; // 오류! b는 const로 선언되어 값을 변경할 수 없습니다.

설명: b는 a의 값을 복사해서 초기화되었으나, 그 이후 변경할 수 없습니다. 일반 변수라면 이 코드가 문제없이 실행되었을 것입니다.

1-2. 메모리 보호

const로 선언된 변수는 값 변경을 방지하기 위한 보호 장치로 사용됩니다.
컴파일러는 const 변수의 값을 변경하려는 시도를 감지하여 컴파일 타임 오류를 발생시킵니다.

예시:

void func(const int x) {
    x = 100; // 오류! x는 const로 선언되어 변경 불가능.
}

void func(const int x) { x = 100; // 오류! x는 const로 선언되어 변경 불가능. }

일반 변수였다면 x를 수정하는 코드가 실행될 수 있지만, const가 적용되면 컴파일러가 변경을 막습니다.

1-3. 컴파일러의 최적화 여부

컴파일러는 const 변수의 변경 불가능성을 활용하여 최적화를 수행합니다.
하지만 런타임에 초기화된 const 변수는 컴파일 타임에 값을 알 수 없으므로 일반 변수와 동일하게 취급될 수 있습니다.
다만, const로 선언된 변수는 불변성이 보장되기 때문에, 그 이후 코드에서 값이 변경될 수 없다는 점을 컴파일러가 알고 최적화를 돕습니다.

예시:

void func() {
    const int a = getInput(); // 런타임에 결정됨
    int b = getInput();       // 일반 변수

    // 이후 코드에서 a는 불변, b는 변할 수 있음
}

void func() { const int a = getInput(); // 런타임에 결정됨 int b = getInput(); // 일반 변수 // 이후 코드에서 a는 불변, b는 변할 수 있음 }

여기서 a는 불변이기 때문에 이후 코드에서 a를 불변 값으로 간주하고 최적화를 적용할 수 있지만, b는 변경될 수 있기 때문에 최적화에 제한이 있습니다.

2. const의 의미적 차이

const로 선언된 변수는 코드의 의미상 "변하지 않는 값"이라는 의도를 명확히 전달합니다.

코드 리뷰나 유지 보수 시, 해당 변수가 절대 변경되지 않는다는 것을 보장합니다.
반대로 일반 변수는 언제든 값을 변경할 수 있다는 암묵적 의미가 포함됩니다.

예시:

const int threshold = getThreshold(); // threshold는 초기화 후 변경되지 않음
int current = getValue();             // current는 계속 변경될 수 있음

const int threshold = getThreshold(); // threshold는 초기화 후 변경되지 않음 int current = getValue(); // current는 계속 변경될 수 있음

여기서 threshold는 불변 값이라는 점이 명확하며, 다른 개발자들도 이 변수를 변경하려고 하지 않을 것입니다.

3. const와 일반 변수의 요약

특징const 변수 (런타임 초기화)일반 변수

값 변경 가능 여부	초기화 후 변경 불가능	언제든지 변경 가능
의미적 불변성	코드상 의미적으로 불변임을 나타냄	변경될 수 있음
최적화 기회	변경 불가능을 활용한 최적화 가능	최적화에 더 많은 제약
코드 안정성	의도치 않은 값 변경 방지	의도치 않은 변경 가능
컴파일 타임 오류 여부	변경 시 컴파일 타임 오류 발생	변경 시 오류 없음

결론

런타임에 초기화된 const 변수는 컴파일 타임 상수는 아니지만, 값이 변경되지 않는다는 점에서 일반 변수와 차이가 있습니다.

의미적으로 불변성을 나타내어 코드 안정성을 높이고,
컴파일러가 값을 변경하지 않는다고 가정할 수 있으므로 최적화 기회를 제공하며,
컴파일 타임 오류를 통해 의도치 않은 값을 변경하는 실수를 방지합니다.

이러한 이유로, 값이 변경될 필요가 없는 경우 const를 사용하는 것이 바람직한 코드 스타일입니다.