[C/C++] C에서 다차원 배열을 동적으로 할당하는 올바른 방법

1. 문제 개요

C 언어에서 다차원 배열을 동적으로 할당할 때, 많은 프로그래머가 포인터 배열(pointer-to-pointer)을 사용하는 방식을 배웁니다. 그러나 이는 실제로 비효율적이며 잘못된 접근입니다. 본 글에서는 포인터 배열 방식의 문제점과 진정한 다차원 배열을 동적으로 할당하는 방법을 소개합니다.

---

2. 포인터 배열 방식의 문제점

2.1 메모리 비연속성

포인터 배열 방식은 각 차원의 메모리를 별도로 할당하므로 메모리가 연속적이지 않습니다. 이는 CPU 캐시 효율성을 떨어뜨리고, 힙(fragmentation)을 심화시켜 메모리 관리가 복잡해집니다.

int** arr = malloc(sizeof(*arr) * x);
for (size_t i = 0; i < x; i++) {
    arr[i] = malloc(sizeof(**arr) * y);
}

2.2 성능 저하

• 메모리가 분산되어 있어 반복 작업 시 CPU 캐시를 효과적으로 사용할 수 없습니다.
• malloc과 free를 여러 번 호출해야 하므로 성능이 저하됩니다.

2.3 제한된 표준 라이브러리 함수 활용

포인터 배열 방식은 연속 메모리를 요구하는 memcpy, qsort 등의 함수에서 사용할 수 없습니다.

---

3. 진정한 다차원 배열 할당 방법

3.1 연속 메모리 할당

다차원 배열을 연속된 메모리로 한 번에 할당하면 효율성과 코드 가독성이 크게 향상됩니다.

int (*arr)[y] = malloc(sizeof(int[x][y]));

3.2 구현 예제

아래는 연속 메모리를 사용하는 다차원 배열의 동적 할당, 초기화, 출력 예제입니다:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>

// 다차원 배열 동적 할당
void arr_alloc(size_t x, size_t y, int (**arr)[x][y]) {
    *arr = malloc(sizeof(int[x][y]));
    assert(*arr != NULL);
}

// 배열 초기화
void arr_fill(size_t x, size_t y, int arr[x][y]) {
    for (size_t i = 0; i < x; i++) {
        for (size_t j = 0; j < y; j++) {
            arr[i][j] = (int)j + 1;
        }
    }
}

// 배열 출력
void arr_print(size_t x, size_t y, int arr[x][y]) {
    for (size_t i = 0; i < x; i++) {
        for (size_t j = 0; j < y; j++) {
            printf("%d ", arr[i][j]);
        }
        printf("\n");
    }
}

// 메인 함수
int main(void) {
    size_t x = 2, y = 3;
    int (*arr)[x][y];

    arr_alloc(x, y, &arr);
    arr_fill(x, y, *arr);
    arr_print(x, y, *arr);

    free(arr); // 메모리 해제
    return 0;
}

---

4. 왜 이 방법이 더 나은가?

4.1 성능

• 메모리가 연속적으로 할당되므로 CPU 캐시 효율성이 높아집니다.
• malloc 호출이 한 번만 이루어져 성능 저하를 방지합니다.

4.2 라이브러리 함수 호환성

연속 메모리 덕분에 memcpy, qsort 등 표준 라이브러리 함수를 사용할 수 있습니다.

4.3 코드 간결성

포인터 배열 방식의 복잡한 메모리 할당 코드가 간단하고 가독성이 높아집니다.

---

5. 결론

포인터 배열 방식은 다차원 배열 할당을 제대로 처리하지 못하며, 성능과 유지보수 측면에서 비효율적입니다. 대신 연속 메모리를 사용하여 진정한 다차원 배열을 할당하면 성능과 코드 품질을 모두 향상시킬 수 있습니다. 이러한 접근 방식을 활용해 더 나은 C 프로그래밍을 경험하세요!