메모리 레이아웃은 다음과 같이 이루어진다.
- text segment
- 보통 코드 영역이라 부르는 장소. 실행에 대한 명령을 담고있다.
- initalized data segment
- 전역변수, 정적변수 중 초기화 된 데이터들이 담긴다. 세부적으로는 READ only , READ / WRITE 영역이 나누어진다.
- uninitalized data segment (bss : block start by symbol)
- 전역변수, 정적변수 중 초기화되지 않은 데이터들이 담긴다.
- heap
- 동적 메모리 할당이 발생하는 영역. brk/sbrk 와 같이 데이터 세그먼트의 영역을 늘리는 시스템콜을 사용하는 malloc, realloc 및 free에 의해 관리된다.
- stack
- 함수가 호출될 때마다 돌아갈 곳의 주소, 레지스터와 같은 호출자의 대한 정보, 임시 변수 등이 저장되는 영역.
- 한 함수에 대한 정보의 단위를 Stack frame 이라 지칭함.
Zombie *newZombie(std::string name)
return new Zombie(name);newZombie() 함수는 Zombie 클래스 인스턴스를 new 를 사용해 동적 할당하고, 포인터를 반환함.
newZombie() 함수는 포인터를 반환하고 STACK 에서 제거됨.
하지만 반환한 Zombie 인스턴스는 HEAP 영역에 남아있고, 다른 함수에서 이를 사용 가능함.
-> Heap memory case
void randomChump(std::string name)
{
Zombie temp_zombie = Zombie(name);
temp_zombie.announce();
return;
}randomChump 함수는 호출시 지역변수(temp_zombie)에 Zombie 클래스 인스턴스를 초기화 한다.
newZombie() 함수는 Zombie 의 announce() 메서드를 실행한 뒤 STACK 에서 제거됨.
temp_zombie 는 newZombie() 함수가 제거될 때 같이 소멸한다.
-> Stack memory case
이론적으로 이해한 내용을 바탕으로 코드를 구현했지만, 실제로도 이론과 같이 작동하는지 확인해보고 싶기에 다음과 같은 방법을 사용하였다.
- STACK/HEAP 외의 주소값 찾기
#include <mach-o/getsect.h>
// mac os에서 .bss .text .data 등의 주소값을 가져올 수 있도록 도와주는 라이브러리
bool IS_IN_STATIC(void *x){
unsigned long end = get_end();
if (x <= (void *)end)
return TRUE;
return FALSE;
}get_end() 는 bss 가 끝나는 주소값을 반환한다. 비교하고자 하는 대상을 인자로 받아 end 값과 비교하여 HEAP/STACK 영역 외에 존재하는지 확인할 수 있다.
- Stack 주소값 찾기
void *stack_bottom;
bool IS_IN_STACK(void *x) __attribute__((noinline));
bool IS_IN_STACK(void *x) {
void *stack_top = &stack_top;
return x <= stack_bottom && x >= stack_top;
}
int main(){
int bottom;
stack_bottom = ⊥
...
}Stack 영역에 해당하는지 판별하기 위해선 Stack의 시작점과 끝점을 확인하면 된다.
먼저 Stack 의 시작점을 찾아보자. main 역시 함수이기에 Stack에 올라가고, 프로그램 인자로 들어온 값(argv), 환경변수 등이 stack의 시작점에 위치하게 된다.
예시에서는 편의를 위해 전역변수 하나를 두고 Main 의 시작과 함께 임시변수 하나의 값을 가르키도록 했다.
Stack 의 끝점은 먼저 비교를 함수를 만들면 된다. 비교를 위해 IS_IN_STACK() 함수를 호출하게 되면, stack 의 최상부에 해당함수가 올라가고, 이때 생긴 임시변수의 주소값을 통해 stack의 끝점을 확인할 수 있다.
IS_IN_STACK() 호출 된 동안 우리는 Stack 의 시작점과 끝점을 알 수 있다. 이제 우리는 비교하고자 하는 대상의 주소값을 비교해보면 Stack 영역에 해당하는지 아닌지 확인이 가능하다.
IS_IN_STACK() 의 경우 noinline 을 사용하였는데, 이는 컴파일러가 최적화를 위해 해당 함수를 다른 함수에 포함 시키는 것을 막기 위해서다.
- Heap 주소값 찾기
Heap 경우 정확히 어디서부터 어디까지인지 찾기는 어렵다.
하지만, 우리는 1. 2.를 통해 비교하고자 하는 대상이 Stack 에 속하는지 또는 STACK/HEAP 외의 영역에 속하는지 알수있다.
만약 둘다 속하지 않는다면 Heap 영역에 속한다는 것을 간접적으로 알 수 있다.
- Class instance 의 고향 찾기
Zombie::Zombie(std::string name)
Say_Your_Origin((void *)this);
Zombie::~Zombie(void)
Say_Your_Origin((void *)this);위 1. 2. 3. 을 통해 우리는 메모리 주소값이 있다면 어떤 메모리 영역에 속하는지 알 수 있게됐다.
이제 적절한 메모리 위치를 판별하는 함수와 함께, 소속된 메모리 영역을 출력하는 Say_Your_Origin() 함수를 생성자와 소멸자에 포함시키고 다음 메인문을 실행시켜보자.
int main(){
Zombie zombie0 = Zombie("zom0");
Zombie *zombie1 = new Zombie("zom1");
Zombie *zombie2 = new Zombie("zom2");
Zombie *zombie3 = newZombie("zom3");
Zombie *zombie4 = newZombie("zom4");
zombie0.announce();
zombie1->announce();
zombie2->announce();
zombie3->announce();
zombie4->announce();
randomChump("zom_ran_0");
randomChump("zom_ran_1");
randomChump("zom_ran_2");
delete zombie1;
delete zombie2;
delete zombie3;
delete zombie4;
return (0);
A jump table can be either an array of pointers to functions or an array of machine code jump instructions
만일 정해진(static) 함수의 집합이 있다면 함수의 pointer 를 Table 로 만들 수 있다. 이 Table 의 index 를 통해 간단히 함수 포인터를 검색하거나 접근할 수 있다!
이를 사용할 시 이점은
- index는 메모리 효율이 좋다(if/else 는 메모리 효율이 나쁜편).
- 외부 함수에서 사용해도, index는 stable 하다는 점.
- 함수를 변경하고자 하면 포인터만 교체하면 됨.
inline char prompt() //this function will probably 900% be inlined even if you don't specify the inlike keyword
{
printf("Enter bits from 0 to 3 or q to quit:\n");
char v;
while (!(std::cin >> v)); //Just to make sure we get valid input
return v;
}
int main()
{
static const std::unordered_map<char, void(*)()> mymap =
{
{ '0' , Zero },
{ '1' , One },
{ '2' , Two },
{ '3' , Three }
};
while(1)
{
auto it = mymap.find(prompt());
// Without this check, your program will crash if input is invalid.
if (it != mymap.end())
{
it->second();
break;
}
}
return 0;
}- 음수의 표현
- 부호 비트와 절대값
- 최상위 bit로 부효를 표현하고, 나머지 비트로 정수의 절대값을 표현
- 표현할 수 있는 절대값의 범위가 절반이 됨.
- -0 이 존재하는 문제점이 생김.
- 1의 보수법(One's Complement)
- not 연산으로 양수의 모든 비트를 반전해서 음수를 표현하는 방법.
- -0 이 존재하는 문제점이 생김.
- 2의 보수법(Two's Complement)
- not 연산 후 1을 더해서 음수를 표현하는 방법.
- 0 의 경우 not 연산 후 1을 더하면 overflow 로 인해 다시 0이 됨
- -0 을 없앨 수 있다!
- 바이어스 표현법(Biased notation)
- float point 의 지수부 부호를 표기하기 위해 사용
- 가장 작은 음수를 00....00, 가장 큰 양수를 11....11 과 같이 표현하는 방법.
- 부호를 바꾸기 위해선 정해진 상수를 더하거나 빼야 함(IEEE754 표준 8bit 기준 2^(8-1)-1).
- 부호 비트와 절대값
-
fixed point bits (고정 소수점)
- 고정 소수점은 특정한 크기로 예약된 bit 의 정수부와 소수부를 갖는다.
-
float point bits (부동 소수점)
- 부동 소수점은 부호부 1bit 지수부 8bit 가수부 23bit 를 갖는다.
- 표현하고자 하는 수를 2진수로 치환하고,
1.가수부 * 2^지수부와 같은 형태로 만든다. - 가수부는 가수부에 2를 계속 곱하여 정수로 만든 뒤 2진법으로 변환한다고 생각하면 쉽다.
10진수를 2진수로 0.6875 * 2 = 1.375 1.375 * 2 = 2.75 2.75 * 2 = 5.5 5.5 * 2 = 11 11 ---binary--> 1011 == 0.1011 2진수를 10진수로 0.1101 1 / 2^1 + 1 / 2^2 + 0 / 2^3 + 1 / 2^4 * ``` * 정수부는 무조건 1이기 떄문에 이는 데이터에서 생략됨.