[C코드 최적화] 포인터의 활용과 최적화

개요

해당 내용은 ‘임베디드 프로그래밍 C코드 최적화’ 책의 story 10에내용을 정리하였습니다. 포인터는 주소값을 저장하는 변수인데, 이 포인터 변수가 일반 변수와 어떤 차이가 있고, 어떻게 동작하며, 어떻게 사용하는게 좋은지에 대해 정리하였습니다.

문자열 접근시 배열과 포인터의 차이

#include <stdio.h>

void main(){
  char a "apple ";
  char *p = a;
  a[1] = 'k';
  p[1] = 'k';
  printf("%s\n", a);
  printf("%s\n", p);
}

위와 같은 테스트 코드가 있다. ‘k’를 입력할 때 배열a에 입력하는것과 포인터p에 입력할 때의 결과는 동일하다. 이때 어셈블리를 보면 아래와 같다.

a[1] = 'k';
00401041 MOV byte ptr [ebp-7], 6Bh

p[1] = 'k';
00401045 mov eax, dword ptr [ebp-och)
00401048 mov byte ptr (eax+1), 6Bh

결과는 같지만 실제 동작에는 약간의 차이가 있다. 배열 a에 값을 입력할 때는 mov 한번으로 처리하지만, p에 값을 입력할 때는 mov를 2번 수행하게 된다. p에 값을 입력하기 위해서는 해당 주소값을 읽어온 뒤 값을 입력하기 때문이다.

a[1] 에 접근 => acc[0x104]
p[1] 에 접근 => r0 <- [p]
                acc - [ro, #4]

위의 코드를 보면 a[1]에 접근할 때는 그 주소를 바로 가져온다. 하지만 p[1]에 접근할 때는 r0 레지스터에 p의 값을 로드하고 p 값은 배열의 시작 주소이므로 주소에 4바이트를 더한 위치를 acc에 저장한다.

포인터는 큰 데이터를 이동시키는 효과적인 방법이다.

• 값에 의한 호출 (c 코드)

#include <stdio.h>

void f1(struct Test x); 

struct Test {
  int a;
  float b;
  char C;
};

void main() {
  struct Test tl;
  tl.a = 3;
  t1.b = 5.5;
  ti.c = 'x';
  fi(t1);
}

void f1 (struct Test x) {
  printf("%d, %f, %c\n", x.a, x.b, x.c);
)

• 값에 의한 호출 (어셈블리)

15: fl(t1);
0040104A sub  esp, Och
00401040 mov  eax, esp
0040104F mov  ecx, dword ptr (ebp-och)
00401052 mov  dword ptr [eax], ecx
00401054 mov  edx, dword ptr [ebp-8]
00401057 mov  dword ptr [eax+4], edx
0040105A mov  ecx, dword ptr [ebp-4]
0040105D mov  dword ptr (eax+8], ecx
00401060 call @ILT+15 (fl) (00401014)
00401065 add  esp, och

• 참조에 의한 호출 (c 코드)

#include <stdio.h>

void f1(struct Test x); 

struct Test {
  int a;
  float b;
  char C;
};

void main() {
  struct Test tl;
  tl.a = 3;
  t1.b = 5.5;
  ti.c = 'x';
  fi(t1);
}

void f1 (struct Test *x) {
  printf("%d, %f, %c\n", x->a, x->b, x->c);
)

• 참조에 의한 호출 (어셈블리)

16: fi(p);
00401050 mov  ecx, dword ptr (ebp-10h)
00401053 push ecx
00401054 call @ILT+10 (fi) (0040100f)
00401059 add  esp,4

위의 소스에서 중요한 부분은 f1() 함수에 값을 어떻게 전달하느냐 입니다. 값에 의한 호출은 함수에 인자를 넘길 때 값을 복사하여 넘긴다. 값에 의한 호출의 어셈블리를 보면 구조체의 값들을 스택에 저장하는 동작을 수행한다. 하지만 참조에 의한 호추르이 경우 4바이트의 주소값만 복사해주면 된다.

따라서 부피가 큰 데이터를 함수의 인자로 넘겨야 할 경우 포인터를 사용하는 것이 속도와 메모리 모두 효과적이다.

포인터 체인을 제거하라

구조체 포인터를 사용하다 보면 구조체 멤버의 멤버의 멤버…. 에 접근하는 것처럼 포인터가 체인을 형성하는 일이 많아진다. 이때마다 주소값을 매번 매번 읽기 때문에 좋지 않다. 따라서 이러한 포인터 체인은 제거해주는것이 좋다.

• 일반 코드 ``` struct Point { int X, Y, Z; }

struct Obj { Point *pl, *d; };

void draw (struct Obj *a) { a->pl->x = 0; a->pl->y = 0; a->pl->z = 0; };

* 포인터 체인 제거 

struct Point { int X, Y, Z; }

struct Obj { Point *pl, *d; };

void draw (struct Obj *a) { struct Point *k - a->p1; k -> x = 0; k -> y = 0; k -> z = 0; }; ```