[C++] 포인터 실습

👻 포인터 실습

이번 시간엔, 지난 시간에 실습 해보았던 textRPG를 포인터를 이용하여 간단하게 실습해보자. 포인터 사용법만 익히는 실습이므로 플레이어 직업 선택과 몬스터 랜덤 생성 단계 는 제외한 간단한 알고리즘으로 구현해볼 것이다.

1. 로비 입장
2. 플레이어 생성
3. 몬스터 생성
4. 전투 및 결과

시작하기 전 기본 코드는 아래와 같다.

struct StatInfo
{
    int hp; // +0 (주소)
    int attack; // +4
    int defence;    // +8
};

void EnterLobby();

// 차이를 보기 위해 다르게 만듦
// 포인터 이전 버전
StatInfo CreatePlayer();
// 포인터 이후 버전
void CreateMonster(StatInfo* info);

// 플레이어 승리 유무 리턴 (승 : true, 패 : false)
bool StartBattle(StatInfo* player, StatInfo* monster);

플레이어와 몬스터가 공통으로 사용할 구조체를 하나 작성해주고 함수들을 선언해주었다.

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🌱 코드 작성

void EnterLobby()
{
    cout << "로비에 입장했습니다." << endl;

    // 플레이어 생성
    StatInfo player;

    // 메모리를 편하게 살펴보기 위해 임의의 값 세팅
    player.hp = 0xbbbbbbbb;
    player.attack = 0xbbbbbbbb;
    player.defence = 0xbbbbbbbb;

    player = CreatePlayer();

    // 몬스터 생성
    StatInfo monster;

    // 메모리를 편하게 살펴보기 위해 임의의 값 세팅
    monster.hp = 0xbbbbbbbb;
    monster.attack = 0xbbbbbbbb;
    monster.defence = 0xbbbbbbbb;

    CreateMonster(&monster);
}

StatInfo CreatePlayer()
{
  StatInfo ret;

  cout << "플레이어 생성" << endl;
  // 플레이어 세팅
  ret.hp = 100;
  ret.attack = 10;
  ret.defence = 2;

  return ret;
}

void CreateMonster(StatInfo* info)
{
  cout << "몬스터 생성" << endl;
  // 몬스터 세팅
  info->hp = 40;
  info->attack = 8;
  info->defence = 1;
}

bool StartBattle(StatInfo* player, StatInfo* monster)
{
    while (true)
    {
        int damage = player->attack - monster->defence;
        if (damage < 0)
            damage = 0;

        monster->hp -= damage;
        if (monster->hp < 0)
            monster->hp = 0;

        cout << "몬스터 HP : " << monster->hp << endl;

        if (monster->hp == 0)
            return true;

        damage = monster->attack - player->defence;
        if (damage < 0)
            damage = 0;

        player->hp -= damage;
        if (player->hp < 0)
            player->hp = 0;

        cout << "플레이어 HP : " << player->hp << endl;

        if (player->hp == 0)
            return false;
    }
}

CreatePlayer()에는 이전과 다르게 구조체와 리턴값 조건이 추가되었고 CreateMonster()에는 구조체와 포인터 조건이 추가되었다. 간접 멤버 연산자를 통해 몬스터의 값을 세팅해주었다.

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🌱 코드 분석

위 코드의 디버깅을 통해 코드를 분석해보자. 브레이크 포인트는 각각 player = CreatePlayer();, CreateMonster(&monster);에 잡았다.

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🪐 CreatePlayer

우선 CreatePlayer() 함수를 통해 플레이어 값이 어떤 방식으로 세팅되는 지 천천히 알아보자.

메모리를 쉽게 확인하기 위해 0xbbbbbbbb라는 임의의 값을 설정해두었는데 &player를 입력해 플레이어의 주소로 가면 값이 잘 들어가 있는 것을 확인할 수 있다.

&player : 0x00EFFD3C

다음으로 어셈블리코드를 확인해보자. CreatePlayer() 함수 실행 이전에 [ebp-110h]를 스택에 push해주는 걸 확인할 수 있다. 아직까지는 무엇을 뜻하는지는 모르지만 메모리에 ebp-110h를 입력해 해당 주소로 이동해보자.

참고로 여기서 조금만 내리면 &player를 확인할 수 있다. 지금은 쓰레기값이 들어가있지만 아무튼 이 주소값을 temp라 가정하고 다음 CreatePlayer() 함수 내부로 들어가보자. 함수 내부 StatInfo ret;에 브레이크 포인트를 추가한 다음 F5를 눌러 진행해보자.

ebp-110h(temp) : 0x00EFFC40

함수 내부로 들어와 한 줄씩 실행해주었다. &ret를 찾아가니 값이 잘 들어가 있는 것을 확인할 수 있다.

여기서 플레이어의 값을 세팅해주고 있는데 주소가 각각 [ret], [ebp-0Ch], [ebp-8]로 되어있는 것을 볼 수 있다. 모두 직접 스택 프레임에 접근해 값을 세팅해 주고 있다는 뜻이며 [ret]는 우리가 보기 편하도록 되어있는 것이지 [ebp-16]과 동일하다.

이제 이 값을 어떻게 외부로 보내느냐에 대해 알아보자.

ebp+8을 eax에, ret(ebp-16)을 ecx에 각각 넣어주고 있는 것을 확인할 수 있다. 그 밑의 어셈블리 코드는 구조체 자체를 복사해오는 코드이다. ebp+8을 찾아가보자.

해당 주소에 들어있는 값은 아까 보았던 ebp-110h(temp) 주소값과 동일한 걸 알 수 있다. 이제 다시 temp로 이동해 값이 세팅되는 것을 실시간으로 확인해보자.

F10을 눌러 한 줄씩 실행시키면 각 값이 세팅되는 것을 확인할 수 있다. 이로써 temp에 값 세팅은 끝났고 ret를 만나면 함수 내부를 빠져나와 함수 호출 밑의 코드가 실행될 것이다.

add esp, 4부터 아래에 있는 코드가 바로 temp의 값을 player에 세팅해주는 기능을 수행한다. 플레이어의 주소로 이동한 후에 한 줄씩 실행해보면 각 값이 세팅되는 것을 확인할 수 있다.

💡 요약 (각 스택의 depth는 숫자로 구분)

1. 지역변수1 player와 임시 저장소 역할을 하는 temp(ebp-110h) 할당
2. CreatePlayer() 함수 호출
3. 매개변수2에 temp 주소값 저장
4. 지역변수2 ret 할당 및 값 세팅
5. return ret;을 함으로써 temp에 값 세팅
6. temp의 값을 player에 세팅

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🪐 CreateMonster

이제 몬스터 생성 함수를 살펴보자. 메모리 창에 &monster를 검색하여 값을 확인해보자.

플레이어와 같이 임의로 지정한 값이 세팅되어있는 것을 알 수 있다.

어셈블리코드는 플레이어와 다르게 간단한 것을 볼 수 있다. 이번엔 임시 저장소가 아닌 monster의 주소값을 스택에 push한 후 함수 호출을 진행한다. F11을 눌러 함수 내부로 이동해보자.

함수 내부로 이동한 후 어셈블리코드에 브레이크 포인트를 걸어주었다. 다음 F5를 눌러 바로 해당 포인트로 이동해 주었다. 매개변수인 info의 주소값을 바로 전달받아 eax에 세팅하고, 해당 주소가 가리키는 값을 바로 변경해주는 걸 볼 수 있다. info가 가리키는 주소는 곧 monster의 주소와 동일하다는 걸 알 수 있고, 그렇다는 뜻은 처음 설정해 주었던 monster 원본 자체에 직접 접근하여 값을 변경해주고 있다는 것을 알 수 있다. 한 줄 씩 실행시키면서 monster의 메모리를 확인해보자.

어셈블리코드는 모두 진행이 되었고,

몬스터의 값이 바로 세팅된 것을 볼 수 있다.

💡 요약 (각 스택의 depth는 숫자로 구분)

1. 지역변수1 monster 할당
2. CreateMonster() 함수 호출
3. 매개변수2 info(&monster) 할당
4. 매개변수2가 가리키는 지역변수1 monster에 값 바로 세팅

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🪐 StartBattle

간접 멤버 연산자를 이용해 플레이어와 몬스터 원본 자체에 직접 접근하여 데이터를 세팅하고 있다.

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👻 실습 결과

포인터를 사용하지 않은 플레이어의 경우 임시 저장소 생성부터 수많은 값의 복사가 일어나게 되는데, 포인터를 사용한 몬스터의 경우 원본 자체에 접근을 하여 간편하고 빠르게 값을 이동시키는 걸 확인할 수 있었다. 고로 포인터를 사용하게되면 사용하지 않는 경우보다 훨씬 간편하고 효율적으로 프로그램을 작성할 수 있게된다.

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👻 번외

번외로, 구조체끼리 복사할 때 어떤 일이 벌어지는지 알아보자.

player = monster;

해당 코드를 작성한 후 어셈블리코드를 살펴보자.

우리가 작성한 코드는 한 줄이지만 어셈블리코드로 살펴보면 여섯 번의 이동이 있다는 것을 알 수 있다. 고로 player = monster;의 뜻은

player.hp = monster.hp;
player.attack = monster.attack;
player.defence = monster.defence;

와 같다.

지금은 3개의 int 타입을 예시로 들어 구조체를 만들어 사용했지만, 실제 게임을 만들다보면 데이터가 수천 바이트까지 늘어날 수 있다. 그러다보면 이렇게 구조체를 복사하는 것도 많은 부하가 걸리기 때문에 조심해서 사용해야 할 필요가 있다.

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👻 글을 마치며

이번 시간에는 지난 시간에 만들어보았던 textRPG를 포인터를 이용하여 구현해보았다. 확실히 포인터를 이용하니 코드가 간편해지고 데이터 접근 자체가 쉬워졌다. 디버깅을 통해 데이터가 어떤 식으로 이동되는지까지 동시에 알아보니 포인터의 중요성을 더 많이 느끼게 되었다. 반대로 포인터를 사용했을 때의 데이터 이동 방식은 쉽게 이해할 수 있었는데, 포인터를 이용하지 않았을 때의 데이터 이동이 약간 어려운 것 같다. 아무래도 임시 저장소가 새로 생겨서 그런 것 같은데, 데이터 이동 방식은 알겠으나 주소를 정하는 기준이 약간 애매모호하다.. 포스팅 후 복습을 조금 더 해야할 것 같다.

➕ 이해했다! CreatePlayer 함수 호출 전에 push eax를 하게 되는데 임시 저장소인 temp의 주소값을 스택에 넣는 것이다. 이 부분이 지역 변수 temp 할당 겸 주소를 매개 변수 영역에 저장하게 되는 것이다.
push 하는 시점에의 ebp-110h 값이 esp 주소에 저장이 된다. 그런 다음 함수 호출이 진행되는 것이다.

➕ temp 변수는 특별히 할당되는 시점이 따로 있는 게 아니고, 스택 프레임이 만들어지는 시점에 보통 esp를 쫙 내리게 되는데 이 때 간접적으로 특정 위치에 사용하기로 하고 컴파일러에 의해 코드가 만들어진다고 한다. (강사님 감사합니다 ㅠㅠ 이해가 쏙쏙 되었어요 ㅠㅠ)

포스팅을 마치고 30분동안 계속 반복적으로 살펴보았던 것 같다. 강의를 듣다보니 질문도 해보았고 혼자 계속 곱씹으면서 천천히 분석해보니 답이 나오게 되었다. 하..이제 발 뻗고 잘 수 있을 것 같다..

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출처
인프런 Rookies님 강의