C++ Programming Inline Function (Working mechanism & Example)


c++언어에서는 인라인 함수라는 것을 제공한다. 인라인이라는 의미는 코드 라인 자체가 안으로 들어간다는 뜻. 즉, 함수의 내용을 호출을 통해서 실행시키는 것이 아니라, 호출하는 코드 자체가 함수 내용의 코드가 되는 효과가 된다는 점이다. 바로 이해한 사람도 있겠지만 아닐 수도 있으니, 예를 들자면...


void PrintHello() {

cout << "Hello, World!" << endl;

}


int main() {

PrintHello();

PrintHello();

return 0;

}


와 같은 코드가 다음과 같이 바뀌게 된다는 뜻이다.


int main() {

cout << "Hello, World!" << endl;

cout << "Hello, World!" << endl;

return 0;

}


눈치챘는가? 인라인 함수는 성능 향상을 위한 것이다. 물론 이렇게 바꿈으로써 실행 코드가 늘어날 수 있다는 단점이 있다. 따라서 인라인 함수는 코드는 작지만(1~3줄 정도) 자주 호출되지 않는 경우에 주로 사용하는 것이 좋다.




| 인라인 함수의 장점


인라인함수는 #define 매크로와 기능이 유사하지만, 인라인 함수만의 장점이 있다.

1. 인라인 함수의 전달인자에 데이터형을 체크할 수 있다. 

(매크로 기능을 활용할 경우에는 파라미터와 리턴값의 데이터 타입을 정확히 '명시'할 수 없게 된다.)

2. 매크로가 갖는 부작용 없이 일반 함수처럼 사용이 가능하다.

(매크로를 사용시에 increment등으로 변수를 넘겨줄 경우 일반적으로 함수를 사용할 때와는 다른 값을 얻게 되는 경우가 많다.)

3. 디버깅이 가능하다. 즉, 현재 변수에 어떤 값이 들어가 있는지 알 수 있다.



| 인라인 함수의 단점


1. 실행 코드가 커진다.

2. 인라인 함수의 구현을 짧게 작성해야 한다. 만약 구현의 내용이 길어진다면 컴파일러는 인라인 함수를 일반 함수로 취급하게 된다.


인라인 함수를 사용함으로써 성능의 향상과 매크로의 부작용을 해결할 수 있다고 하지만, 인라인 함수를 너무 남발하게 되면 실행 코드 자체가 커지게 되는 단점이 있다. 그리고 인라인 함수의 모토는 1~3줄 정도의 짧은 코드를 함수화시킴으로써 효율성의 낭비를 막고자 함이었는데, 코드가 5줄 이상이 되어버린다면 굳이 인라인 함수를 사용할 이유가 없다. 

(프로젝트 개요)


현재 pintos는 시스템 콜 핸들러가 제대로 구현되어 있지 않다. 시스템 콜이 발생해도 system call!! 이라는 출력문 하나만 달랑 뿌리고, 그대로 스레드가 종료된다.(thread_exit()) 따라서, 이번 프로젝트 2는 핀토스의 시스템 콜 핸들러 함수를 구현하고, 간단한 시스템 콜(halt, exit, create, remove)를 구현해본다.



| 시스템 콜?

사용자 모드 수준에서의 프로그램이 커널 기능을 사용할 수 있도록 해주는 인터페이스.

시스템 콜의 기능들은 커널 모드에서 실행되고, 처리 후 사용자 모드로 복귀됨.



(프로젝트 해결 방법 개요)


우선, 2가지 함수를 구현해야 함. 


1. 특정 포인터(주소값)가 유저 영역에 존재하는지 확인하는 함수.

void check_address(void * address);


2. 유저 스택에 들어 있는 인자들의 주소를 저장하는 함수.

void get_argument(void *esp, void *arg, int count);


1. 유저 영역은 0x08048000 에서 0xc0000000 사이에 (경계값 제외) 존재하는 주소값이면 유저 영역인 것이다. check_address를 구현할 때 이 바깥 범위의 값이면 exit (-1)을 호출해 프로그램을 종료시켜야 한다. (유저 영역이 아닌 커널 영역을 건드리는 프로그램은 프로그램을 종료시키는 것이 적절한 운영체제의 반응이다.)


2. get_argument 의 함수는 esp 인자에서 인자들을 4바이트씩 긁어온 후, arg라는 변수에 저장하는 행동을 한다. 참고로, arg에 저장하는 값들은 인자의 주소값이다. (이 부분을 정확히 이해하라.) arg에 주소값을 저장하지 않고 인자값 자체를 저장하면 안된다. 왜냐하면, 시스템 콜의 인자들이 전부 4바이트로 표현할 수 있다는 보장이 없기 떄문이다. (가령 문자열이 전달되어 온다면 어떻게 할것인가..? 해결방법은 문자열 자체의 주소값을 저장하는 것이다.)


따라서, arg에는 반드시 인자의 주.소.값이 저장되어야 함을 무한 강조!!

f->esp 의 첫 4바이트는 시스템 콜 넘버이므로, 그 다음 4바이트씩 count 횟수만큼 긁어와서 arg에 저장하면 된다.



============

시스템 콜 핸들러 함수

static void syscall_handler (struct intr_frame *f UNUSED) { /* 유저 스택에 저장되어 있는 시스템 콜 넘버를 이용해 시스템 콜 핸들러 구현 */ /* 스택 포인터가 유저 영역인지 확인 */ /* 저장된 인자 값이 포인터일 경우 유저 영역의 주소인지 확인*/

}

f->esp (유저 스택)에는 4바이트씩 인자들이 저장되어 있다. f->esp의 첫 번째 4바이트에는 시스템 콜의 넘버가 저장되어 있고, 그 뒤로 4바이트씩 시스템 콜의 인자가 저장되어 있다.


예를 들어, create 시스템 콜은 인자로 파일 이름과 파일의 첫 크기를 인자로 받는다. 그러면, create 시스템 콜이 발생할 때 유저 스택 포인터는

다음과 같은 구조를 띈다.


f->esp

(4바이트) 4

(4바이트) 0x100

(4바이트) 0x104

....

0x100은 파일 이름 문자열의 주소값이고, 0x104는 파일의 첫 크기의 주소값이다. 물론, 파일의 첫 크기값은 정수일테지만, 정수값 자체를 유저 스택에 저장하지 않는다. 유저 스택에는 '주소값'이 저장되어 있음을 무조건 기억하라. 따라서, 나중에 시스템 콜 핸들러에서 create 시스템 콜을 처리할 때 다음과 같이 처리해야 한다.


    case SYS_CREATE:/* 4 */
      f->eax = create((char *)*(int *)arg[0], (unsigned)*(int *)arg[1]);
    break;

현재 arg에는 인자들의 '주소값'이 저장되어 있다. 즉, arg[0], arg[1],...등은 전부 '주소값'이다. 따라서, *arg[0]의 의미는, arg의 첫 번째 값의 내용물을 찾아오는 것이다. 따라서, 첫 번째 인자의 주소값의 내용물을 찾아와서 그들을 시스템 콜 함수의 인자로 넘겨줘야 하는 것이다. 


malloc and realloc functions in C / C++ - Out4Mind

사진 출처: Out4Mind


C언어에는 메모리 할당 및 해제에 대한 4가지 함수가 stdlib.h 라이브러리에서 제공되고 있다.

malloc, calloc, free, 그리고 realloc 함수이다.


이 4가지 함수들 중

realloc 함수의 동작 원리에 대해서 자세히 살펴보고자 한다.


realloc 함수의 프로토타입은 다음과 같다.


void * realloc(void * ptr, size_t size);


realloc 함수는 포인터에 할당된 메모리의 크기를 늘리거나 줄이는 일이 필요할 때 사용하는 함수이다. realloc함수는 호출 시 두 개의 인자를 취하며, 재할당된 영역의 포인터를 반호나한다. 첫 번째 인자는 기존 할당된 메모리에 대한 포인터이며, 두 번째 인자는 요청할 메모리의 크기다. 재할당된 메모리의 크기는 기존 메모리의 크기와 다르며 반환 값은 재할당된 메모리의 포인터다.


 두 개의 인자가 변함에 따라 realloc은 어떻게 작동할까? 아래의 표를 참고하면 한 눈에 이해할 수 있을 것이다.


첫 번째 매개변수 

두 번째 매개변수 

동작 

null 

 임의의 size

 malloc 함수와 동일하다. 

null 아님 

 0

*** 기존 메모리를 해제한다.

null 아님 

 기존 메모리 크기보다 작은 size

 현재 메모리 영역을 사용하여 작은 메모리 영역을 할당한다.

null 아님

 기존 메모리 크기보다 큰 size

 현재 메모리 영역을 사용하거나, 다른 메모리 영역을 사용하여

보다 더 큰 메모리 영역을 할당한다.


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