[Flutter] Dart에서 static 역할과 메모리 할당

개요

Dart 프로그래밍 언어에서 static 키워드는 특정 클래스와 관련된 변수나 메서드를 클래스 인스턴스가 아닌 클래스 자체에 연결하는 데 사용됩니다.

 

이로 인해  해당 메서드나 변수는 인스턴스를 생성하지 않고도 접근이 가능해요.

 

static 변수는 메모리의 데이터 세그먼트에 저장되며, 프로그램의 라이프사이클 동안 지속되어 메모리 사용을 최적화합니다.

 

 

Dart의 메모리 구조

프로그램이 실행될 때, 다음과 같은 메모리 세그먼트과 관련됩니다.

 

1. Code Segment : 프로그램의 실행 코드가 저장
2. Data Segment : 초기화된 전역 변수 및 static 변수가 저장
3. BSS Segment : 초기화되지 않은 전역 변수 및 static 변수가 저장
4. Stack : 함수 호출과 로컬 변수 저장에 사용
5. Heap : 동적으로 할당된 메모리가 저장

객체 지향 프로그램인 Dart 그리고 Javasript 모두 런타임 객체를 동적으로 생성하고 힙 메모리에 할당을 합니다. 자바스크립트를 보통 많이 사용하는데, static은 ES6 이후 클래스 문법에서 도입되었죠. 

 

 

Dart에서 Static 사용을 위한 빌드업

"static" 은 프로그래밍에서 변수나 함수에 한번 할당되어 프로그램이 종료될 때 해제되는 것을 의미합니다.

 

class Car {
    static int numberOfWheels = 4; // 자동차 기본 특성 바퀴 4개
    String licensePlate;
 
    Car(this.licensePlate);
    
    static void displayWheels() {
    	print("모든 자동차는 $numberOfWheels 개의 바퀴가 있습니다.");
    }

    void displayLicensePlate() {
    	print("이 자동차의 번호판은 $licensePlate 입니다.");
    }
 }
 
 static String carInfo = "자동차 번호 정보";
 
 void main() {
 	print(carInfo);
    // 자동차 객체 생성
    Car myCar = Car("서울 12바 4567");
    Car yourCar = Car("경기 78구 1234");

    // static 메서드 호출
    Car.displayWheels(); // "모든 자동차는 4 개의 바퀴가 있습니다." 출력

    // 인스턴스 메서드 호출
    myCar.displayLicensePlate(); // "이 자동차의 번호판은 서울 12바 4567 입니다." 출력
    yourCar.displayLicensePlate(); // "이 자동차의 번호판은 경기 78구 1234 입니다." 출력
}

 

 

그전에, Car 클래스 내부에 인스턴스 생성 시 초기화 로직을 실행하는 역할인 아래 코드를 봅시다.

 

Car(this.licensePlate);

 

이 생성자는 Car 클래스의 인스턴스를 만들 때마다 각 인스턴스에 고유한 licensePlate 값을 설정하는데 사용됩니다. 없다면 각 Car 객체에 대한 고유한 licensePlate 값을 설정할 수 있는 방법이 제한됩니다. 해당 코드는 licensePlate 이라는 필드를 초기화하는데 간단하여 많이 사용됩니다.

 

해당 생성자가 없다면 아래와 같이 코드가 변경이 됩니다.

 

 void main() {
    // 자동차 객체 생성
    Car myCar = Car();
    myCar.licensePlate = "서울 12바 4567";
    
    Car yourCar = Car();
    yourCar.licensePlate = "경기 78구 1234";

    // 인스턴스 메서드 호출
    myCar.displayLicensePlate(); // "이 자동차의 번호판은 서울 12바 4567 입니다." 출력
    yourCar.displayLicensePlate(); // "이 자동차의 번호판은 경기 78구 1234 입니다." 출력
}

 

이런 코드라면 licensePlate 이라는 필드 값이 제대로 설정되지 않은 상태로 객체가 사용될 위험이 있습니다.

 

Dart 에서는 일관된 초기화를 보장하기 위해서 보통 초기화를 해줘야 합니다.

 

기본적으로 클래스의 멤버변수나 멤버함수는 클래스 객체를 생성해야지만 객체를 사용할 수 있습니다.

 

 void main() {
    // 자동차 객체 생성
    Car myCar = Car("서울 12바 4567");
    Car yourCar = Car("경기 78구 1234");

    // static 메서드 호출
    Car.displayWheels(); // "모든 자동차는 4 개의 바퀴가 있습니다." 출력

    // 인스턴스 메서드 호출
    myCar.displayLicensePlate(); // "이 자동차의 번호판은 서울 12바 4567 입니다." 출력
    yourCar.displayLicensePlate(); // "이 자동차의 번호판은 경기 78구 1234 입니다." 출력
}

 

 

Static없이 코드가 작성된 경우

 

만약 static이 선언되지 않은 멤버변수나 함수 같은 경우의 코드는 어떻게 작성될까요?

 

class Car {
    int numberOfWheels = 4; // 자동차 기본 특성 바퀴 4개
    String licensePlate;
    
    void displayWheels() {
    	print("모든 자동차는 $numberOfWheels 개의 바퀴가 있습니다.");
    }

    void displayLicensePlate() {
    	print("이 자동차의 번호판은 $licensePlate 입니다.");
    }
 }
 
 void main() {
    Car myCar = Car();
    myCar.licensePlate = "서울 12바 4567";
    
    print(myCar.numberOfWheels); // 4 출력
    print(myCar.licensePlate); // 서울 12바 4567 출력
    myCar.displayWheels(); // "모든 자동차는 4 개의 바퀴가 있습니다." 출력
    myCar.displayLicensePlate();  // "이 자동차의 번호판은 서울 12바 4567 입니다." 출력
    
}

 

위의 코드처럼 클래스로 선언을 해줘야지만 Car 클래스에 멤버변수나 멤버함수를 사용할 수 있습니다.

 

 

Static을 사용하여 작성한 코드 

 

class Car {
    static int numberOfWheels = 4; // 자동차 기본 특성 바퀴 4개
    static String licensePlate = "서울 12바 4567";
    
    static void displayWheels() {
    	print("모든 자동차는 $numberOfWheels 개의 바퀴가 있습니다.");
    }

    static void displayLicensePlate() {
    	print("이 자동차의 번호판은 $licensePlate 입니다.");
    }
 }
 
 void main() {
    print(Car.numberOfWheels); // 4 출력
    print(Car.licensePlate); // 서울 12바 4567 출력
    Car.displayWheels(); // "모든 자동차는 4 개의 바퀴가 있습니다." 출력
    Car.displayLicensePlate();  // "이 자동차의 번호판은 서울 12바 4567 입니다." 출력
    
}

 

static을 사용하면 객체를 따로 생성하지 않고도, static이 붙은 변수나 함수는 바로 사용할 수 있습니다.

 

static 키워드를 사용함으로써, 이미 메모리에 할당되어 있습니다. 그래서 따로 클래스 객체를 생성하지 않아도 되는 것이지요.

 

메모리 할당되어 있다라는 개념을 이해하기 위해서는 컴파일과 컴파일 타임에 대한 이해가 필요합니다.

 

컴파일 타임 (Compile Time)

컴파일 타임은 Source Code가 기계어 코드로 바뀌게 되는 단계입니다. 이 과정은 Source Code를 컴퓨터가 이해 및 실행할 수 있는 형태인 바이너리 코드로 번역하는 컴파일러의 작업을 포함합니다.

 

출처 : https://www.quora.com/

 

주요 특징 및 작업

1. 코드 검사
   • 컴파일러는 코드의 문법적 오류를 검사
     • 변수가 적절히 선언되었는지, 모든 함수가 올바른 파라미터를 사용하고 있는지 등을 체크
2. 최적화
   • 컴파일러는 실행 효율을 높이기 위해 코드 최적화를 수행
     • 이는 불필요한 연산을 제거하거나, 반복되는 계산을 줄이는 등의 작업을 포함
3. 메모리 할당
   • 컴파일 타임에는 정적 메모리 할당 발생
     • 이는 변수나 함수에 필요한 메모리 공간이 프로그램 실행 전에 결정
     • 예시) 전역 변수나 static 변수가 이 단계에서 메모리 주소를 할당

 

class Car {
    static int numberOfWheels = 4; // 자동차 기본 특성 바퀴 4개
    
    ...
    
    static void displayWheels() {
    	print("모든 자동차는 $numberOfWheels 개의 바퀴가 있습니다.");
    }
    
    ...

 }
 
  void main() {
    print(Car.numberOfWheels); // 4 출력
    print(Car.licensePlate); // 서울 12바 4567 출력
    Car.displayWheels(); // "모든 자동차는 4 개의 바퀴가 있습니다." 출력
    Car.displayLicensePlate();  // "이 자동차의 번호판은 서울 12바 4567 입니다." 출력
    
}

 

 

numberOfWheels, displayLicensePlate() 는 컴파일 타임에 메모리 할당이 이루어집니다. 

 

Car 클래스를 사용하기 위해서 객체를 따로 생성하지 않았죠. 바로 static 키워드를 붙여서 멤버 변수 및 함수를 정의했기 때문입니다. static이 붙으면 변수는 데이터 섹션 메모리에 할당되고 함수는 텍스트 섹션 메모리에 할당됩니다. 데이터 섹션 메모리와 텍스트 섹션 메모리는 프로그램이 종료될 때 해제됩니다.

 

다시 한번 정리하면,

• 변수 - 데이터 섹션 메모리(Data Section Memory)
  • 전역 변수 및 정적 변수 등의 데이터가 저장되는 영역
• 함수 - 텍스트 섹션 메모리 (Text Section Memory)
  • 실행 가능한 코드가 저장되는 영역
• 컴파일 타임
  • 앱이 실행할 때, 소스 코드를 기계어 코드로 변환하며  코드 검사, 최적화, 메모리 할당등을 수행

 

런타임 (Run Time)

런타임은 프로그램이 시스템이나 User 의해 실제로 실행되는 시간을 의미합니다. 이 단계에서 프로그램은 사용자의 입력을 받아 처리하고, 출력을 생성합니다.

 

 

주요 특징 및 작업

1. 동적 메모리 할당
   • 프로그램 실행 중에 필요에 따라 메모리를 할당받습니다.
   • 예시) User로부터 입력 받은 데이터 크기에 따라 변할 수 있는 배열이나 객체는 런타임에 힙 영역에 메모리를 할당받습니다.
2. 함수 호출과 실행
   • 함수의 실행은 런타임에 이루어집니다. 함수에 전달되는 인자는 실행 중에 평가되며, 함수의 결과도 런타임에 반환됩니다.
3. 예외 처리
   • 실행 중 발생할 수 있는 예외나 오류를 처리합니다. 예외 처리 로직에 따라 프로그램은 오류를 기록하고, 적절한 조치를 취하거나 종료할 수 있습니다.

 

class Car {
    int numberOfWheels = 4; // 자동차 기본 특성 바퀴 4개
    String licensePlate;
    
    ...
    
    void displayLicensePlate() {
    	print("이 자동차의 번호판은 $licensePlate 입니다.");
    }
 }
 
 void main() {
    Car myCar = Car();
    myCar.licensePlate = "서울 12바 4567";
    
    print(myCar.numberOfWheels); // 4 출력
    print(myCar.licensePlate); // 서울 12바 4567 출력
    myCar.displayWheels(); // "모든 자동차는 4 개의 바퀴가 있습니다." 출력
    myCar.displayLicensePlate();  // "이 자동차의 번호판은 서울 12바 4567 입니다." 출력
    
}

 

numberOfWheels, licensePlate, displayLicensePlate()는 런타임에 메모리 할당이 이루어집니다. 

Car 클래스를 사용하기 위해 myCar 이라는 객체를 생성할 때는 힙 메모리 할당이 됩니다.

 

힙 메모리는 동적할당 메모리가 저장되는 영역입니다.

 

런타임이란, 프로그램이 실제 구동이 되면서 이때 생성된 클래스의 멤버 변수나 함수들을 접근해서 사용하기 시작합니다.

 

 

static을 사용할때 주의할 점

class Car {
    static int numberOfWheels = 4; // 자동차 기본 특성 바퀴 4개
    String licensePlate;
 
    Car(this.licensePlate);
    
    static void displayWheels() {
    	print("모든 자동차는 $numberOfWheels 개의 바퀴가 있습니다.");
        print("이 자동차의 번호판은 $licensePlate 입니다."); // error !!
    }

    void displayLicensePlate() {
    	print("이 자동차의 번호판은 $licensePlate 입니다.");
    }
 }

 

static 함수에서는 static으로 선언하지 않은 멤버 변수 또는 함수를 사용할 수 없습니다.

 

displayWheels()는 static으로 선언하였기 때문에 licensePlate를 호출할때 에러가 발생합니다. 서로 다른 메모리에 저장되어 있고, 

.... 내용 추가 예정

 

 

프로그램 실행 사이클 및 메모리 세그먼트에 대한 이해

좀 더 깊게 들어가보려 합니다. 프로그램 실행의 전체 사이클을 이해하기 위해서는 프로그램의 메모리 세그먼트 구조를 알아야 합니다.

 

이해를 하기 위해서는 보통 비유나 연관짓는 개념이 필요한데, 저는 각 단계에서 연관된 회사를 언급하도록 하겠습니다. 이렇게 하면 기억이 잘 나더라고요.

 

본론으로 들어가면, 프로그램이 실행될 때 메모리는 몇 가지 주요 세그먼트로 구분되어 저장됩니다. 각 세그먼트는 프로그램의 다양한 종류의 데이터를 저장하고 관리하는데 특화된 역할을 수행합니다. 이때 알아야할 것이 4가지 세그먼트가 있습니다.

 

Code, Data, Stack, 그리고 Heap 입니다.

 

그렇다면 메모리 세그먼트는 프로그램 실행 단계에서 어디쯤에 위치하는 걸까요?

 

 

1. 프로그램 정보 읽기 (시작!!)

2. 메모리 로드

3. 프로세스 할당

4. 메모리 세그먼트 분류

5. CPU 실행 (끝!!)

 

 

위와 같이 4번째 단계에 위치해 있습니다.

 

 

#1 . 프로그램 정보 읽기 단계

시스템의 운영 체제는 실행 파일(exe)을 읽어들여 프로그램이 사용할 메모리 양, 필요한 리소스, 종속성 등을 파악합니다. 실행 파일의 헤더 정보를 분석하고 파일의 구조와 필요한 메모리 설정 정보를 확인합니다. 이 정보에는 프로그램의 진입점(entry point), 즉 실제 실행이 시작되는 코드의 위치 정보도 포함됩니다.

 

실제로 IntelliJ 또는 VSCode에서 위의 코드가 담겨져 있는 main.dart 파일을 실행하면 Dart 컴파일러는 Dart 코드를 읽고 실행 가능한 형태로 변환합니다.

 

이때 실행 파일의 메타데이터를 분석하여 필요한 리소스와 메모리 요구 사항을 파악합니다.

 

pubspec.yaml 파일에서 Dart 프로젝트의 메타데이터와 의존성 관리를 정의할 수 있습니다.

 

루트 디렉토리 하단에 위치하여, yaml 형식으로 작성됩니다.

 

dev_dependencies(개발에 필요한 외부 패키지 정보들)와 dev_dependencies(개발하기 위해 코드를 작성하는 환경)에 필요한 패키지 정보들을 넣습니다.

 

 

 

#2. 메모리 로드 단계

실행 파일의 코드와 데이터를 시스템의 메모리로 로드하는 과정입니다. 이 때 운영 체제는 프로그램에 필요한 메모리 공간을 할당하고, 파일의 코드와 데이터를 물리적 메모리 주소로 매핑합니다.

 

메모리와 비메모리는 컴퓨터 시스템 상에서 데이터를 저장하거나 처리하는데 사용하는 구성 요소를 지칭합니다. 

 

메모리는 데이터를 일시적으로 저장하는데 사용되는 주 메모리인 RAM을 포함합니다. RAM은 Random Access Memory의 약자로서, 보통 삼성 시금치 오버클럭을 많이 해보신 분들은 아실텐데요. 3200MHz을 3666MHz 등으로 오버클럭하기 위해, CL-tRCDRD-tRCDWR-tRP-tRAS-tRC-voltage 등을 직접 수정하고 Ram Cooler를 사용해보신 분들은 금방 떠오리실 수 있습니다.

 

비메모리는 주 메모리 외에 데이터를 저장하는 모든 형태의 저장소를 의미합니다. HDD는 이제 잘 사용하지 않으니, SSD를 떠올리시면 됩니다. SSD는 Solid State Drive 입니다.

 

이렇게 프로그램에 구동에 필요한 코드와 데이터들은 메모리에 CPU로 가기 위한 준비를 합니다. 저의 경우를 예를들면 48G RAM이 주 메모리로 사용되며 여기에 데이터와 프로그램 코드가 임시로 저장되며 빠른 접근이 가능해집니다. 코드는 보통 읽기 전용 메모리에 배치됩니다. 반면, 데이터는 쓰기 가능한 메모리 영역에 배치됩니다. 이는 메모리 보호와 관련된 중요한 보안 조치 중 하나입니다. 그리고 내부 SSD인 비메모리 영역에는 운영 체제, 어플리케이션, 개인 파일 등이 영구적으로 저장되어 있습니다.

 

 

#3. 프로세스 할당 단계

운영 체제는 이제 프로그램에 프로세스 ID를 할당하고, 프로세스에 대한 제어 블록인 PCB(Process Control Block)을 생성합니다. PCB는 프로세스의 상태, 프로그램 카운터, CPU 레지스터 정보, 메모리 관리 정보 등을 포함하고 있습니다.

 

프로세스 할당 단계에서는 프로그램이 시스템 내에서 독립적으로 운영될 수 있도록 필요한 모든 관리 정보를 설정하는 과정입니다.

 

#4. 메모리 세그먼트 분류 단계

컴퓨터 시스템에서 메모리 관리를 위해 사용되는 세그먼트 방식은 아래와 같습니다. 논리적으로 분리된 여러 세그먼트로 나누어 관리하며, 각 세그먼트는 프로그램의 다른 부분을 담당합니다. 이러한 구조는 메모리를 더 효율적으로 사용하고, 프로그램 간 또는 내부의 보안을 강화하는데 보안을 강화하는데 도움을 줍니다. 프로그램의 메모리는 코드, 데이터, 힙, 스택 영역으로 분류됩니다.

• Code
• Data
• Heap
• Stack

코드(Code) 영역은 실행 명령어가 저장되는 곳입니다.

• 텍스트 세그먼트(Text Segment) 또는 코드 세그먼트(Code Segment)로 불리기도 합니다.
• 실행 가능한 명령어(Instruction)이 포함된 Object 파일 또는 메모리 공간을 할당받은 프로그램 섹션 중의 하나입니다.
• 프로그램이 텍스트 세그먼트에 있는 명령어(Instruction)를 변경하지 못하도록 읽기 전용(Read-Only인 경우가 많습니다.
• Heap과 Stack에 의해 메모리 공간이 덮어씌워지지 않도록 하기 위해 메모리 하단에 위치해있습니다.
• 프로세스가 종료될 때까지 유지되는 영역입니다.
• main() 함수와 같은 모든 함수의 코드가 여기에 저장됩니다.
• 텍스트 세그먼트는 일반적으로 변하지 않는 명령어(Instruction)입니다.
• 시스템 상태에 관계없이 유지될 수 있도록 ROM 메모리에 저장합니다.
• ROM에 직접 접근하여 데이터를 읽어오거나, 필요한 메모리공간을 RAM으로 복사하여 사용합니다.
• Car 클래스에 대한 정의도 여기에 저장됩니다.

class Car {
    static int numberOfWheels = 4; // 자동차 기본 특성 바퀴 4개
    String licensePlate;
 
    Car(this.licensePlate);
    
    static void displayWheels() {
    	print("모든 자동차는 $numberOfWheels 개의 바퀴가 있습니다.");
    }

    void displayLicensePlate() {
    	print("이 자동차의 번호판은 $licensePlate 입니다.");
    }
 }

 

데이터(Data) 영역은 전역 변수와 정적 변수를 저장합니다. (BSS세그먼트를 같이 묶어서 보면)

• 초기화된 데이터 세그먼트(Initialized Data Segment)는 간단히 데이터 세그먼트(Data Segment)라고 불립니다.
• 프로그램의 가상 주소 공간의 일부분으로써 초기화된 전역 변수와 Static 정적 변수를 포함하고 있습니다.
• 초기화된 읽기 전용 영역(Initialized Read-Only Area)과 초기화된 읽기-쓰기 영역(Initialized Read-Write Area)으로 추가로 분류될 수 있습니다.
• 초기화된 읽기 전용 영역(Initialized Read-Only Area)은 런타임(Runtime) 중에 변수에 접근하여 값을 변경할 수 있습니다.
• 초기화되지 않은 데이터는 Uninitialized Data Segment(BSS)라고 불리며 BSS(Block Started by Symbol) 세그먼트로 불립니다. 따로 구분하지는 않겠지만 BSS 세그먼트의 데이터는 프로그램의 실행과 함께 커널(스타트업 코드)에 의해 0으로 초기화됩니다.
• 초기화되지 않은 데이터는 데이터 세그먼트 공간의 끝에서 시작되며 명시적인 초기화가 없는 모든 전역 변수와 Static 정적 변수를 포함하고 있습니다.
• Data 세그먼트와 BSS 세그먼트가 구분되는 이유는 메모리 공간을 효율적으로 사용하기 위함입니다.
• 데이터 세그먼트는 '초기값을 가지고 있는' 데이터이므로 ROM 메모리에 저장합니다.
• '변수'로써 사용하기 위해서 프로그램 실행과 함께 RAM 메모리로 불러와 사용하는 것이 효율적입니다.
• BSS 세그먼트는 '초기값을 가지고 있지 않아', 0의 값으로 초기화 될 변수들입니다.
• 그래서 ROM에 저장하지 않아도 됩니다.
• 프로그램을 수행하면서 0으로 초기화하여 RAM 메모리로 불러와 사용하도록 합니다.
• 아래는 새롭게 만든 코드이지만, 참고하세요.

class Vehicle {
  // 정적 변수: 모든 Vehicle 인스턴스에서 공유됩니다.
  static int totalVehicles = 0;

  // 인스턴스 변수: 각 Vehicle 인스턴스마다 별도로 존재합니다.
  String vehicleID;

  // 생성자: 새로운 Vehicle 객체를 생성할 때마다 totalVehicles를 증가시킵니다.
  Vehicle(this.vehicleID) {
    totalVehicles++;
  }

  // 정적 메서드: 정적 변수를 출력합니다.
  static void displayTotalVehicles() {
    print("총 등록된 차량 수: $totalVehicles");
  }

  // 인스턴스 메서드: 각 차량의 ID를 출력합니다.
  void displayVehicleID() {
    print("차량 ID: $vehicleID");
  }
}

// 전역 변수: 프로그램 전체에서 접근 가능하며 데이터 영역에 저장됩니다.
String appVersion = "1.0.0";

void main() {
  // Vehicle 인스턴스 생성
  var vehicle1 = Vehicle("VH1001");
  var vehicle2 = Vehicle("VH1002");

  // 정적 메서드 호출
  Vehicle.displayTotalVehicles();

  // 인스턴스 메서드 호출
  vehicle1.displayVehicleID();
  vehicle2.displayVehicleID();

  // 전역 변수 출력
  print("애플리케이션 버전: $appVersion");
}

 

힙(Heap) 영역은 동적으로 할당되는 데이터를 위한 공간입니다.

• 프로그램이 실행하는 동안 개발자에 의해 요구되는 동적 메모리가 런타임에 할당되고 해제되는 공간입니다.
• 보통 Dart에서 new 키워드를 사용하여 객체를 생성할 때 이 영역이 사용됩니다.
• 위 코드에서는 String licensePlate; 와 같은 인스턴스 변수는 각 Car 객체가 생성될 때마다 별도의 메모리 공간인 힙에 할당이 됩니다.
• BSS 세그먼트의 끝 주소에서 시작합니다.
• brk 및 sbrk 시스템 호출을 사용하여 크기를 조정할 수 있는 malloc, calloc, realloc 그리고 free 함수를 통해 관리합니다.
• 런타임 결정

 

스택(Stack)은 함수 호출과 로컬 변수를 위해 사용됩니다.

• 스택은 함수 호출과 관련된 지역 변수, 매개 변수, 반환 주소 등을 저장하는데 사용됩니다.
• Stack과 Heap은 서로 반대 방향으로 데이터를 저장합니다.
• 스택 포인터와 힙 포인터가 가리키는 주소가 같아지면, 사용가능한 메모리 공간이 모두 소진되었다는 의미입니다.
• Stack Overflow란 스택 포인터가 Heap 영역을 침범한 상황입니다. 반대로 Heap Overflow는 Heap 포인터가 Stack 영역을 침범한 상황입니다.
• 위 코드에서 Car.displacyLicensePlate() 메서드는 개별 Car 인스턴스의 licensePlate 값을 출력하는데, 이 메소드는 호출될 때 스택 영역에 해당 인스턴스의 정보(메소드 내에서 사용하는 변수 및 매개변수)를 저장합니다.
• 스택 영역은 LIFO(후입선출, Last in First Out) 구조를 가지는 프로그램 스택을 포함합니다.
• 프로그램 스택은 일반적으로 메모리 상위 주소에 위치합니다.
• 스택 포인터(SP, Stack Pointer) Register는 스택의 가장 상단의 위치를 가리키는 값을 가지고 있습니다.
• 스택이 Push 될 때마다 값이 조정됩니다.
• 하나의 함수 호출에 의해 푸시된 값들의 집합을 Stack Frame이라고 합니다.
• 즉, 함수 호출이 일어날 때마다 해당 함수의 실행 정보(지역 변수, 매개 변수 등)가 스택 프레임 형태로 Stack에 푸시되고, 함수가 반환될 때 스택에서 Pop 됩니다.
• 새로 호출된 함수는 스택 메모리 공간에 데이터와 지역 변수를 저장하고,  함수 수행 이후에 리턴할 주소와 레지스터 상태 값 등의 정보가 스택에 저장됩니다.
• 함수가 호출될 때마다 새로운 스택 프레임이 사용됩니다.

 

스택과 힙을 나눠놓은 이유는 다음과 같습니다.

스택의 경우, 매우 빠른 접근과 할당이 가능하며 메모리에 낭비되는 공간 없이 사용이 가능합니다.

의미대로 그냥 차례대로 쌓는 연속적인 메모리 영역이기 때문이죠. 하지만 용량이 Heap에 비해 작습니다.

 

힙은 사용자가 따로 할당 및 관리를 해서 사용해야하는 공간으로 스택보다는 느리게 할당이 됩니다. 용량은 크지만 단편화의 위험성을 가지고 있습니다. 여기서 단편화란 기억 장치의 빈 공간 또는 자료가 여러 개의 조각으로 나뉘는 현상입니다.

그래도 크기를 미리 설정해주기 때문에 스택 영역보다는 유연함이 있습니다. 하지만 메모리 누수(Memory Leak)가 일어나 메모리 손해가 일어날 수 있으니, 프로그래밍 코드를 동적으로 할당할때 주의해야 합니다.

 

그렇다면 이런 생각을 할 수 있습니다.

 

스택이 힙보다 빠른 접근이 가능하고,
낭비되는 공간없이 사용이 가능한데,
왜 힙 대신 스택만 사용하지 않는거지?

 

우선 결론적으로,각각의 용도와 특성이 명확하기에 스택과 힙이 같이 사용되어야 합니다.

 

스택은 

 

#5. CPU 실행 단계

이제 CPU에서는 프로그램의 진입점에서 명령어를 읽기 시작합니다. CPU의 프로그램 카운터는 실행할 다음 명령어의 주소를 가리킵니다.

이제 명령어를 하나씩 가져와서 Decode 단계를 거칩니다. 이후 실행합니다. 이 과정에서는 레지스터, 캐시, 메모리와 같은 자원이 사용됩니다. 필요에 따라 데이터를 읽고 쓰기를 수행합니다. 

 

프로세스의 상태는 실행(Running) 상태로 전환됩니다.

 

명령어의 실행 결과에 따라 다양한 연산과 메모리 접근이 이루어집니다.