[사전캠프 TIL 2일차] 자료구조 / 메모리 구조

학습 키워드

자료구조

🗂️ 메모리 구조 🔴

 

 

 

자료구조

1. 배열 (Array)

• 데이터를 순차적으로 저장하는 자료구조
• index 로 특정 요소 접근
• 특징
  • 빠른 조회 : O(1)
  • 삽입 / 삭제시 성능 저하 : O(n)
• 예시 코드)

var numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
numbers.append(6)
print(numbers) // [1, 2, 3, 4, 5, 6]

 

 

 

2. 큐 (Queue)

• 선입선출 (FIFO) 구조
  • 데이터를 한쪽에서 삽입하고, 반대쪽에서 제거
• 사용 사례
  • 프린터 작업 대기열
  • BFS 탐색
• 예시 코드)

struct Queue<T> {
    private var elements: [T] = []
    
    mutating func enqueue(_ element: T) {
        elements.append(element)
    }
    
    mutating func dequeue() -> T? {
        return elements.isEmpty ? nil : elements.removeFirst()
    }
}

 

 

 

3. 스택 (Stack)

• 후입선출 (LIFO) 구조
• 데이터를 한쪽에서 삽입하고 제거
• 사용 사례
  • 함수 호출 스택
  • 알고리즘 문제 _ 괄호 검사
• 예시 코드)

struct Stack<String> {
    private var elements: [String] = []
    
    mutating func push(_ element: String) {
        elements.append(element)
    }
    
    mutating func pop() -> String? {
        return elements.popLast()
    }
    
    mutating func lastElement() -> String? {
        return elements.isEmpty ? nil : elements[elements.count - 1]
    }
}

 

 

 

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메모리 구조

4개의 영역으로 나눠져 있다.

 

1. Code (낮은 주소)
   •  소스코드  가 기계어 형태로 저장
   • CPU에서 Code영역에 저장된 명령어들을 하나씩 처리
   • 프로그램 시작-종료까지 메모리에 유지
2. Data
   • global 변수, static 변수 저장
   • 프로그램 시작과 동시 -> 할당, 종료되면 -> 메모리 해제
3. Heap
   •  동적 메모리 할당 
     • 동적 할당의 불확실성 & 데이터 크기의 변동성 때문에,
       낮은 주소(low) -> 높은 주소(high) 로 데이터가 쌓임 (= 메모리 할당)
   • 참조 타입 값 (클래스) 저장
   •  runtime  에 크기 결정됨
4. Stack (높은 주소)
   
   • 함수 호출, 지역 변수, 매개변수, 리턴값, 포인터 등 저장
   •  compile time  에 크기 결정됨

 

 

 

 

 

 

* 메모리 영역 (free-store)

: heap, stack은 같은 메모리 영역을 공유한다.
   서로의 영역을 침범 ( heap-overflow / stack-overflow ) 하게 될 수 있다. 

 

 

 

 

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(iOS 에서의) Heap & Stack 

	Heap 영역	Stack 영역
특징	- FIFO (Queue) - 참조타입 (클래스 instance(인스턴스 내부 변수/값들 모두), 클로저 등) - Low 주소 -> High 주소 * 메모리 할당/해제 (iOS 에서) - 참조타입은 자동 메모리 할당 - ARC가 자동 메모리 해제	- LIFO (Stack) - 함수(변수/리턴값), 지역변수, 매개변수, 포인터 - High 주소 -> Low 주소 * 메모리 할당/해제 - CPU가 자동 관리
장점	- 메모리 크기 제한 X - 범위 전역	- 메모리 크기 제한 O - 범위 지역
단점	* iOS 가 아닌, 일반적인 경우 - 메모리 직접 관리 -> 속도 저하 - 사용후 반드시 메모리 직접 해제 (release, free ..)	- 메모리 CPU가 자동 관리 -> 속도 매우 빠름
사용	메모리 크기 제한 X  -> 메모리 크기 모르는 경우 -> Stack 에 저장하기 큰 데이터	메모리 크기 제한 O -> Heap 할당 외의 경우

 

1) Heap

 Heap 특징 

• code, data, stack 중, 유일하게  runtime  에 결정되기 때문에,   ➡️ 데이터의 크기가 확실하지 않을 때 사용  
• FIFO
  • Queue의 구조로, 먼저 할당된 데이터 순서대로 먼저 해제 된다. 
• ❤️ iOS 에서는! 
  • 할당
    • 참조타입  (Class instance, closure 등 ) 은, Heap 영역에 자동 할당 
  • 해제
    • ARC 를 통해, (할당된 메모리가 더이상 쓸모없다고 여겨지면), 자동 해제

 

 Heap 장점 

• 메모리 크기 제한 없음
• 범위가 전역이므로, 프로그램의 모든 함수에서 접근 가능

 

 Heap 단점: 속도 저하 

• 동적 할당 / 해제 작업으로 인한, 속도 저하
• 메모리 직접 관리해야 함

 

 

 

2) Stack

Stack 특징

• 프로그램이 자동으로 사용하는 임시 메모리 영역
• CPU에 의해 관리됨 -> 속도 매우 빠름!!
• 함수 호출 -> 함수 내의 변수/리턴값 등 메모리 할당,
  종료 -> 메모리 해제
• LIFO

 

Stack 장점

• CPU가 Stack 메모리를 효율적으로 관리 -> 속도 매우 빠름!!
• 메모리 직접 해제 X

 

Stack 단점

• 메모리 크기 제한
• 지역변수만 접근

 

 

 

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🔴 Heap & Stack 실제 메모리 할당 예시 🔴

https://babbab2.tistory.com/26

iOS) 메모리 관리 (1/3) - ARC(Automatic Reference Counting)

 

 

 

 

 

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컴파일 타임 (Compiletime)

: 소스코드를 기계어로 변역하여 실행 가능한 형태로 만드는 과정

• Swift 코드는, 컴파일 타임에 LLVM 컴파일러를 통해 중간 언어로 변환 됨
• Error )
  • Syntax error
  • 타입 체크 오류
  • 파일 참조 오류

 

런타임 (Runtime)

: 프로그램이 실제로 실행되어 동작하는 시점

• 사용자의 입력에 따라 프로그램 반응 / 데이터 처리
• Error )
  • 0 나누기 오류
  • nil 참조 오류
  • 메모리 부족 오류

 

 

 

 

 

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직접 구현해보기
:  자료구조 구현

1-1. 큐 구현하기

정수를 저장하는 Queue 구조체를 구현하세요.

enqueue()로 데이터를 삽입하고, dequeue()로 데이터를 제거합니다.

큐의 현재 상태를 출력하는 메서드를 추가하세요.

struct Queue<Int> {
    private var elements: [Int] = []
    
    mutating func enqueue(_ element: Int) {
        elements.append(element)
    }
    
    mutating func dequeue() -> Int? {
        return elements.isEmpty() ? nil : elements.removeFirst()
    }
    
    mutating func printElements() {
        print(elements)
    }
}

 

 

 

1-2. 스택 구현하기

문자열을 저장하는 Stack 구조체를 구현하세요.

push()로 데이터를 삽입하고, pop()으로 데이터를 제거합니다.

스택의 최상단 값을 반환하는 메서드를 추가하세요.

struct Stack<String> {
    private var elements: [String] = []
    
    mutating func push(_ element: String) {
        elements.append(element)
    }
    
    mutating func pop() -> String {
        return elements.popLast()
    }
    
    mutating func

 

 

 

 

 

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회고

효율적인 메모리 관리를 위해 알아야 하는 필수 자료구조..

지금까지 알고리즘 문제를 풀때는 파이썬을 사용했었는데, Swift 로 자료구조들을 구현한 것은 처음인 것 같다.

어떤 상황에 놓일지 모르니, Swift로 자료구조를 구현할 수 있게 해놓자. 

 

사전캠프 퀘스트 STEP 3의 담임 매니저님과 면담을 위한 질문들을 작성했다.

취업 / 학습 관련 면담이다 보니, 자기소개서 질문들과 대부분 겹쳤다.

오랜만에 생각하며 답을 써내려다가 보니, 시간이 많이 할애되어 ARC 는 학습하지 못했다.

그러나, 본캠프(지금부터가 본 캠프라고 생각하지만) 시작전 반드시 생각하고 정리해 둬야 하는 질문들 이기에,,

그리고 마음과 생각을 글로 정리하니, 어떤 개발자가 되고싶은지, 나의 개발자로서의 강점, 보완/개선해야하는 점이 명확해지면서, 

동기부여도 다시 된다!

 

내일 다시 오늘 배운것 복습하고 새로운 개념들 복습해보자!

 

 

 

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출처

https://velog.io/@averycode/iOS-%EB%A9%94%EB%AA%A8%EB%A6%AC-%EA%B5%AC%EC%A1%B0-Stack-Heap-Data-Code

[iOS] 메모리 구조 (Stack, Heap, Data, Code)

 

https://velog.io/@o_joon_/Swift-Memory

[Swift] Memory Structure