메모리 구조 힙 ( Heap )

힙 ( Heap ) 영역은 프로그램이 실행되는 동안 동적으로 생성되는 데이터 ( 객체 , 배열 등 ) 를 저장하는 메모리 공간이다.

이 영역은 컴파일 시점 ( Compile )이 아니라, 실행 시점 ( Runtime )에 메모리 크기와 생명주기가 결정된다는 점이 핵심이다.

다시 말해, 스택 ( Stack )과는 달리 메모리 크기가 정해져 있지 않고 프로그램이 실행되는 도중에 크기나 개수가 가변적인 데이터를 저장하기 위한 공용 저장소 역할을 하는 공간이다.

C언어 같은 예전 언어들은 사용 후 반드시 개발자가 직접 해제해야 한다.

 

 

작동 원리

프로그램이 실행되면 운영체제 ( OS ) 는 프로세스에 여러 영역을 나누어 메모리를 할당해준다.

대표적으로 Code , Data , Stack , Heap 네 가지 영역으로 나눈다.

 

그중 Heap 은 프로그램의 메모리 공간 중 가장 유연하게 확장 가능한 부분으로,

필요에 따라 운영체제가 메모리를 동적으로 확보하거나 해제할 수 있다.

  • 개발자가 new , malloc ( ) 등을 호출하면 OS 는 Heap 영역에서 일정 크기의 공간을 찾아서 할당해준다.
  • 이렇게 할당된 메모리의 주소값 ( 참조 )이 반환되어 Stack 영역의 변수 ( 참조형 변수) 가 이를 가리키게 된다.
  • 이후 해당 객체를 더 이상 참조하지 않으면 , C# 에서는 GC 가 주기적으로 이 Heap 을 탐색하여 불필요한 객체를 정리해준다.
    └ 이 과정에서 Stack 에서는 일어나지 않는다. Stack 은 함수 종료 시 자동 정리된다.

 

구분 설명
위치 프로세스 메모리 구조의 상단 쪽에 위치 ( Stack 영역의 반대 방향으로 성장 )
할당 시점 프로그램 실행 중 ( new , malloc ( ) 등으로 동적 할당할 때 )
해제 시점 명시적 해제 ( delete , free ( ) ) 또는 가비지 컬렉터 ( GC ) 가 자동으로 해제 
수명 명시적으로 해제될 때까지 유지된다. 함수가 끝나도 남아있다.
속도 Stack 보다 느리다. ( 할당 / 해제 관리가 복잡하다 )
관리 주체 프로그래머 또는 GC
용도 객체 , 배열 , 컬렉션 ( List , Dictionary 등 ) 같은 참조형 데이터 저장

예시 코드

class Player
{
    public int hp;
    public string name;
}

void Main()
{
    // new 로 생성된 객체는 Heap 에 저장됨
    Player hero = new Player();
    hero.hp = 100;
    hero.name = "HoChan";
}
  • hero 변수 자체는 Stack 영역에 저장한다.
  • new Player( ) 로 만들어진 Player 객체의 데이터 ( hp , name ) 는 Heap 영역에 저장된다.
  • Stack 의 hero 변수는 Heap 에 있는 객체를 참조 ( Reference ) 하는 역할을 한다.

이때 , 함수 Main( ) 이 끝나면 hero 변수는 Stack 에서 사라지지만,

Heap 에 있던 Player 객체는 GC 가 회수하기 전까지는 메모리에 남아있는다.

 

 

Heap 메모리 관리 흐름

  1. new 연산자 → Heap 에 메모리 공간 확보
  2. 변수 ( 참조형 ) 가 해당 객체의 주소를 Stack 에 저장한다
  3. 더 이상 참조되지 않으면 Garbage Collector 가 탐지한다
  4. GC 가 필요 시 Heap 에서 해당 객체를 정리 ( 해제 ) 한다

주의할 점

  1. Heap 메모리 누수 ( Leak )
    └ GC가 없는 언어 ( C / C++ ) 에서는 free( ) 를 빼먹으면 메모리가 계속 남는다.
    └ C# 에서도 GC 가 즉시 회수하지 않기 때문에, 짧은 시간에 많은 객체를 반복 생성하면 성능 저하가 있다.
  2. 할당 비용이 크다
    └ Stack 은 단순히 포인터만 움직이지만 , Heap은 OS 레벨의 메모리 요청이 필요하므로 상대적으로 느리다.
    └ 따라서 짧게 쓰이는 임시 변수는 Heap 보다 Stack 에 두는 것이 훨씬 효율적이다
  3. 조심해야 할 참조 유지 ( Reference Hold )
    └ 이미 필요 없는 객체를 여전히 참조 중이라면 , GC 는 그 객체를 살아있다고 판단해 회수하지 않는다.
    └ null 처리나 스코프 제한으로 의도적으로 참조를 끊어주는 습관이 좋다.

정리

Heap 은 프로그램 실행 중에 동적으로 생성되는 객체나 데이터가 저장되는 공간이다.

참조형 변수들이 실제로 가리키는 메모리 영역이다.

Stack 보다 오래 유지되며 GC가 자동으로 관리하는 동적 메모리 공간이다.

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