[프로그래밍 개념] (정적) 배열은 왜 크기가 고정되어 있는가

출처

ChatGPT

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정적 배열(Static Array)은 크기가 고정된 데이터 구조로, 선언 시저에 크기가 미리 정해져야 하는 이유는 메모리 할당 방식과 관련이 있다. 정적 배열이 크기가 고정된 이유는 주로 다음과 같은 이유 때문이다.

 

1. 연속적인 메모리 할당

정적 배열은 연속적인 메모리 공간에 할당된다. 즉, 배열의 모든 요소가 메모리 상에서 연속적인 주소에 위치하게 된다.

메모리 할당 시점

컴파일러는 프로그램이 실행되기 전에 메모리에 필요한 공간을 할당하기 위해 배열의 크기를 알아야 한다. 크기가 고정되어 있으면, 컴파일러는 배열의 전체 크기를 계산하고 프로그램이 실행될 때 연속적인 메모리 블록을 예약할 수 있다.

효율적인 접근

정적 배열의 경우, 연속적인 메모리 배치 덕분에 특정 인덱스를 O(1)의 시간 복잡도로 빠르게 접근할 수 있다. 예를 들어, 배열의 시작 주소를 알고 있다면, 배열의 n번째 요소는 시작 주소 + (n * 요소 크기)의 위치에 있다는 것을 알 수 있어 바로 접근이 가능하다.

 

2. 고정된 메모리 요구사항

정적 배열은 프로그램의 스택(stack) 메모리에 할당되는 경우가 많다. 스택 메모리는 크기가 고정된 메모리 영역이기 때문에, 스택에 할당되는 배열의 크기도 미리 알고 있어야 한다.

컴파일 시간 결정

배열의 크기를 컴파일 타임에 결정함으로써, 스택의 사용량을 예측할 수 있음며, 메모리 관리가 간단해진다. 크기가 동적인 경우, 컴파일러는 배열의 크기를 예측할 수 없기 때문에, 이를 스택에 할당할 수 없다.

 

3. 메모리 낭비 방지와 성능 최적화

정적 배열의 크기를 변경할 수 없다면, 크기를 미리 결정하여 필요한 만큼만 메모리를 할당할 수 있다.

메모리 효율성

미리 크기를 알 수 있으면, 필요한 만큼의 메모리만 할다하고 낭비를 최소화할 수 있다. 반대로, 크기를 동적으로 조정할 수 있다면, 배열의 크기를 변경할 때마다 새로운 메모리를 할당하고 기존 데이터를 복사하는 등의 비용이 발생하게 된다.

 

4. 언어와 시스템 수준의 제약

정적 배열이 크기를 변경할 수 없는 또 다른 이유는 언어와 시스템의 제약 때문이다.

언어의 설계

C, C++, Java와 같은 많은 프로그래밍 언어는 스택 기반 메모리 할당을 사용할 때 배열의 크기를 변경할 수 없도록 설계되었다. 이는 시스템 수준에서 메모리를 효율적으로 관리하고 프로그램이 안정적으로 실행되도록 하기 위함이다.

 

5. 메모리 관리의 단순화

고정된 크기의 배열은 메모리 관리 측면에서도 단순하다.

메모리 주소 계산

배열의 크기가 고정되어 있으면, 메모리 주소를 계산하는 것이 더 단순해진다. 동적 크기의 배열을 지원하려면 추가적인 메모리 관리 로직이 필요해지며, 이는 메모리 관리 오버헤드를 증가시킬 수 있다.

 

결론

정적 배열의 크기가 고정된 이유는 주로 연속적인 메모리 할당과 효율적인 메모리 관리 때문이다. 고정된 크기는 프로그램의 실행 중 메모리 사용을 예측 가능하게 하고, 성능을 최적화할 수 있다. 이러한 이유로 정적 배열은 메모리 사용량이 명확하고, 크기가 변경되지 않는 상황에서 적합한 데이터 구조이다.