1. 엄마의 냉장고와 컴퓨터의 메모리

“야, 계란은 맨 위 칸에, 야채는 중간 칸에 넣어!”

어릴 적, 냉장고 정리를 도와드릴 때마다 엄마는 항상 이런 말씀을 하셨다. 이유를 물어보면 이렇게 말씀하신다. “그래야 내가 찾을 수 있잖아!”

이 단순한 말 한마디가 사실 컴퓨터 메모리의 기본 원리이기도 하다.

컴퓨터도 데이터를 아무 데나 막 넣지 않는다. 정해진 칸에, 정해진 순서로 넣어야 꺼낼 때도 헷갈리지 않기 때문이다. 이때 “냉장고”는 컴퓨터의 **메모리(RAM)**이고, 계란이나 야채 같은 저장되는 물건은 우리가 말하는 데이터다.

그런데 문제는, 컴퓨터는 우리가 보는 것처럼 “계란”, “야채”라고 저장하지 않는다. 오직 숫자(0과 1)로 저장한다. 그래서 이 데이터를 “어디에”, “어떤 순서로”, “얼마만큼” 저장하느냐가 아주 중요해진다.

 2. 방 번호가 붙은 기숙사: 메모리 주소란?

이제 냉장고에서 기숙사로 이야기를 옮겨보자.

컴퓨터의 메모리는 일종의 기숙사다. 모든 방에는 번호가 붙어 있다. 예를 들어 0번 방, 1번 방, 2번 방… 이런 식이다. 이 번호를 우리는 주소(address) 라고 부른다.

각 방에는 하나의 데이터(예: 1바이트, 4바이트 등)를 저장할 수 있다. 어떤 프로그래밍 언어든지 이 주소를 기준으로 데이터를 넣고 꺼낸다.

C 언어는 이 방 번호를 아주 직접적으로 다룬다. 그래서 처음 C 언어를 배울 때 “포인터(pointer)”니 “주소 연산자(&)”니 하는 낯선 개념들이 쏟아지는 것이다. 사실 이것은 컴퓨터가 어떻게 데이터를 기억하고 꺼내는지를 이해하게 도와주는 중요한 열쇠다.

 3. 배열은 옆 칸 옆 칸 옆 칸에 차곡차곡

이제 배열(array) 이야기를 해보자. 배열은 쉽게 말해서 옆 칸 옆 칸 옆 칸으로 이어진 같은 종류의 데이터 모음이다.

다시 냉장고 비유를 해보자.

엄마가 요리하려고 장을 보시고 사과 5개를 사 오셨다고 하자. 이걸 냉장고에 한 칸에 다 몰아넣지 않는다. 사과는 사과끼리, 각 칸에 하나씩 넣는다. 꺼내기 쉽게.

컴퓨터도 마찬가지다. 예를 들어 C 언어에서 이런 코드가 있다고 하자:

int numbers[5] = {10, 20, 30, 40, 50};


이건 “정수형 데이터를 저장할 수 있는 5칸짜리 배열”을 만든 것이다. 컴퓨터는 이 배열을 연속된 메모리 주소에 순서대로 저장한다.

• numbers[0] → 100번지 (가정)

• numbers[1] → 104번지 (int는 4바이트니까)

• numbers[2] → 108번지

• numbers[3] → 112번지

• numbers[4] → 116번지

이 배열은 마치 책장처럼, 책이 순서대로 꽂혀 있는 구조다. 그래서 꺼낼 때도 몇 번째 칸인지 숫자(index)만 알면 정확히 찾아낼 수 있다.

 4. 왜 배열은 연속된 메모리에 저장되어야 할까?

컴퓨터는 엄청나게 많은 데이터를 빠르게 처리해야 하기 때문에, 예측 가능한 위치에 데이터를 저장하는 것이 중요하다.

배열은 그 자체로 “몇 번째 값인지”만 알면 주소를 바로 계산할 수 있다.

예를 들어 0번 주소가 1000이고, 데이터 타입이 4바이트 정수형이면, 3번째 값의 주소는?

주소 = 시작 주소 + (인덱스 × 데이터 크기)
= 1000 + (3 × 4)
= 1012


이렇게 간단한 수식으로 찾아낼 수 있으니, 컴퓨터 입장에서는 속도와 효율 모두에서 훌륭한 구조다.

 5. 포인터로 보는 배열의 속살

C 언어의 진짜 묘미는 배열과 포인터가 닮았다는 데 있다.

다음 코드를 보자:

int arr[3] = {1, 2, 3};
int *p = arr;


여기서 p는 arr[0]의 주소를 가리킨다. 그리고 *(p+1)은 arr[1]의 값을 의미한다.

“어라? 배열 이름은 주소였네?”

그렇다. 배열 이름 자체가 배열의 첫 번째 요소의 주소를 의미한다. 그래서 배열을 포인터처럼 다룰 수 있다.

 6. 배열에 숨겨진 오류의 함정

배열은 편리하지만, 오류에도 매우 취약하다. C 언어는 배열의 범위를 벗어나도 경고를 안 한다.

예를 들어 다음 코드:

int arr[3] = {1, 2, 3};
arr[5] = 100; // 문제!


이렇게 하면 사실 메모리의 “엉뚱한 방”에 데이터를 저장하게 된다. 그래서 의도치 않은 데이터 덮어쓰기, 프로그램 오류, 심지어 해킹의 원인이 되기도 한다.

 7. 진짜 세상 속 배열 이야기

이쯤에서 조금 더 실생활 예시로 가보자.

• 학급 명단: 학생 이름 30명을 순서대로 저장한다면 배열이다.

• 지하철 노선도: 각 정거장을 번호로 기억하고 싶다면 배열 구조가 어울린다.

• 요리 레시피: “1. 양파 썰기, 2. 마늘 다지기, 3. 고기 볶기…” 이런 순서도 배열로 저장할 수 있다.

하지만 배열은 단점도 있다. 크기가 고정되어 있다. 프로그램이 실행되기 전에 몇 개짜리 배열을 만들지 미리 정해야 한다. 10개짜리 배열을 만들었는데 11개를 저장하려 하면? 오류가 난다. 그래서 요즘은 동적으로 크기를 바꾸는 vector, list 같은 자료구조를 많이 쓴다. 하지만 배열이 기초인 건 변함없다.

 8. 메모리 속 책장을 정리하는 능력

결국 배열이란, 컴퓨터가 책장처럼 정리된 공간에 정보를 차곡차곡 저장하고 꺼내는 방법이다.

• 배열은 “연속된 주소에 같은 타입의 데이터를 저장하는 구조”

• 배열 이름은 그 자체로 주소

• 배열은 빠르고 간단하지만, 오류에 민감하고 유연하지 않다

프로그래밍이란 결국 컴퓨터에게 “이 정보를 이 순서대로 이 위치에 저장하고 꺼내라”고 명령하는 일이다. 배열은 그 명령을 가장 기본적이고도 강력하게 수행하는 도구다.

 마무리하며

우리는 매일 데이터를 보고, 저장하고, 꺼내고, 전달한다. 메모리 속 배열은 그 모든 것의 출발점이다. 배열이라는 책장을 얼마나 잘 정리하느냐가, 결국 프로그래밍 실력의 기본이 되는 셈이다.

다음에 냉장고를 정리할 일이 있다면 한번 떠올려보자. 컴퓨터도 비슷하게 작동한다는 사실을. 그리고 배열을 떠올리며 “나는 지금 C 언어처럼 정리하고 있다”고 말이다.

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여러분, 안녕하세요! 오늘은 우리가 매일 사용하는 컴퓨터나 스마트폰이 어떻게 숫자를 척척 기억하고 계산해 내는지, 그 신비로운 세계로 함께 떠나볼까 합니다. 마치 마법 상자처럼 보이지만, 그 속에는 아주 체계적이고 논리적인 규칙들이 숨어있답니다. 특히 C언어라는 프로그래밍 언어의 눈으로 보면 이 비밀이 더욱 명확하게 보이죠.

작은 점 하나에도 의미가! 소수점은 어떻게 저장될까요?

우리가 “오늘 온도가 32.7도야”라고 말할 때, 컴퓨터는 이 ‘32.7’이라는 숫자를 어떻게 기억할까요? 그냥 종이에 적듯이 그대로 저장할까요? 사실 컴퓨터는 우리가 쓰는 십진법이 아닌, 0과 1로만 이루어진 이진법의 세계에 살고 있답니다. 그래서 32.7 같은 소수(정확히는 실수)를 저장할 때는 조금 특별한 방법을 사용해요.

컴퓨터는 소수를 저장할 때 ‘가수’, ‘밑’, ‘지수’라는 세 가지 요소로 나누어 기억합니다. 이게 무슨 말이냐고요?

• 가수(Mantissa): 실제 숫자의 유효한 부분을 나타냅니다. 32.7에서는 ‘327’ 같은 부분이 되겠죠.

• 밑(Base): 보통은 2입니다. 컴퓨터는 이진법을 사용하니까요.

• 지수(Exponent): 소수점의 위치를 알려주는 역할을 합니다. “3.27 곱하기 10의 1제곱”처럼 말이죠.

이렇게 나누면 아주 큰 숫자나 아주 작은 소수도 효율적으로 표현할 수 있어요. 그리고 컴퓨터는 이런 소수를 저장하기 위해 특별한 공간을 마련해두는데, 보통 float라는 이름표가 붙은 방(4바이트 크기)과 double이라는 이름표가 붙은 더 넓은 방(8바이트 크기)을 사용합니다. double 방이 더 크니 당연히 더 정밀하게 숫자를 기억할 수 있겠죠?

십진수를 이진수로! 변환 대작전

자, 그럼 32.7이라는 숫자가 실제로 컴퓨터 마법 상자 속에 들어가는 과정을 따라가 볼까요?부터 이 흥미진진한 변환 과정이 시작됩니다.

1. 정수 부분과 소수 부분 분리: 먼저 32.7을 정수 부분인 ’32’와 소수 부분인 ‘0.7’로 나눕니다.

2. 각각 이진수로 변환:

   • ’32’를 이진수로 바꾸면 ‘100000’이 됩니다. (2의 5제곱이니까요!)

   • ‘0.7’을 이진수로 바꾸는 건 조금 더 복잡한데, 0.7에 계속 2를 곱하면서 정수 부분만 취하는 과정을 반복합니다. 예를 들어, 0.7 x 2 = 1.4 (정수 1), 0.4 x 2 = 0.8 (정수 0), 0.8 x 2 = 1.6 (정수 1)… 이런 식으로 ‘0.1011…’ 같은 이진 소수가 만들어집니다.

3. 하나로 합치기: 이렇게 변환된 두 이진수를 합치면 ‘100000.1011…’와 같은 형태가 됩니다.

숫자들의 기준! 정규화 과정

그런데 컴퓨터는 여기서 한 단계 더 나아갑니다. 바로 ‘정규화’라는 과정인데요, 숫자를 일정한 형식으로 맞추는 작업이라고 생각하시면 됩니다. 보통 이진수에서는 가장 왼쪽에 있는 ‘1’ 바로 뒤에 소수점이 오도록 조정해요.

예를 들어 ‘100000.1011…’은 ‘1.000001011…’로 바꾸고, 대신 “여기에 2를 5번 곱해야 원래 숫자가 돼!”라는 정보를 지수 부분에 저장하는 거죠. 이렇게 하면 숫자를 표현하는 방식이 통일되어서 다루기가 훨씬 편해집니다.

32칸 방에 차곡차곡, 부동소수점 저장의 비밀

이제 이 모든 정보, 즉 부호(플러스인지 마이너스인지), 정규화된 가수, 그리고 조정된 지수를 float이라는 32칸짜리 방(32비트)에 차곡차곡 넣어야 합니다.

• 부호 비트 (1칸): 숫자가 양수면 0, 음수면 1을 저장합니다.

• 지수 비트 (8칸): 조정된 지수 값을 저장하는데, 여기서 재미있는 점은 지수가 음수가 될 수도 있어서 실제 지수 값에 ‘127’이라는 바이어스(bias) 값을 더해서 저장한다는 거예요. 이렇게 하면 음수 지수도 양수로 표현해서 처리하기가 쉬워집니다.

• 가수 비트 (23칸): 정규화된 가수의 소수점 아랫부분을 저장합니다. (정규화하면 맨 앞은 항상 ‘1’이니까 굳이 저장할 필요가 없거든요!)

마치 정해진 규격의 상자에 물건을 종류별로 칸을 나눠 담는 것과 비슷하죠?

숫자 꾸러미, 배열을 만나다!

지금까지 숫자 하나가 저장되는 과정을 살펴봤는데요, 만약 우리가 “우리 반 학생 30명의 수학 점수”처럼 여러 개의 숫자를 한꺼번에 다루고 싶을 때는 어떻게 할까요? 이때 등장하는 것이 바로 ‘배열(Array)’입니다.

배열은 마치 “똑같은 크기의 방이 여러 개 줄지어 붙어있는 아파트”와 같아요. 이 아파트의 각 방에는 같은 종류의 데이터(예: 모든 방에 수학 점수만)를 저장할 수 있습니다. 그리고 각 방에는 ‘0호실, 1호실, 2호실…’처럼 번호표(인덱스)가 붙어 있어서 원하는 방의 숫자를 쉽게 찾아 꺼내 쓸 수 있답니다. “3반 15번 학생 점수 가져와!”처럼 말이죠.

메모리 속 배열의 모습

컴퓨터 메모리라는 넓은 공간에 이 배열 아파트가 실제로 어떻게 지어지는지 상상해 볼까요? 예를 들어 정수(integer) 여러 개를 담는 배열을 만들면, 각 정수가 차지하는 만큼의 메모리 공간(보통 4바이트)이 연속적으로 착착착 할당됩니다. 첫 번째 학생의 점수가 100번지에 저장되었다면, 두 번째 학생의 점수는 바로 옆인 104번지에 저장되는 식이죠. 빈틈없이 따닥따닥 붙어서요!

이 모든 것이 ‘포인터’를 위한 준비운동!

이렇게 숫자들이 메모리에 저장되는 방식, 특히 배열이 연속된 공간에 자리를 잡는 모습을 이해하는 것은 프로그래밍에서 매우 중요한 ‘포인터(Pointer)’라는 개념을 이해하기 위한 훌륭한 준비운동이 됩니다. 포인터는 바로 이 메모리 주소 자체를 다루는 강력한 도구거든요! 마치 “몇 동 몇 호에 누가 사는지” 직접 주소를 가지고 정보를 찾아가는 것과 비슷합니다.

어떠셨나요? 조금은 복잡하게 느껴질 수도 있지만, 컴퓨터가 숫자를 기억하는 방식이 생각보다 체계적이고 논리적이라는 것을 느끼셨을 거예요. 우리가 무심코 사용하는 편리한 디지털 세상 뒤에는 이처럼 수많은 약속과 규칙들이 숨어 있답니다. 다음에는 또 다른 컴퓨터 속 비밀을 함께 파헤쳐 보기로 해요!

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안녕하세요! 혹시 여러분의 방은 늘 깨끗하신가요? 옷이며 책이며 물건들이 제자리에 착착 정리되어 있다면 얼마나 찾기 쉽고 보기 좋을까요? 컴퓨터 속 세상도 마찬가지랍니다. 우리가 사용하는 수많은 정보들, 예를 들어 여러분이 지금 보고 계신 이 글자들, 사진, 동영상 같은 데이터들은 컴퓨터의 기억 장치, 바로 ‘메모리’라는 특별한 공간에 보관돼요. 그런데 이 메모리는 마치 우리 방의 서랍이나 옷장처럼 한정된 공간이라서, 물건들을 아무렇게나 넣어두면 나중에 찾기도 어렵고 금방 꽉 차버리겠죠?

여기, 컴퓨터 속 데이터를 아주 깔끔하고 효율적으로 정리하는 특별한 방법이 있답니다. 바로 오늘 이야기의 주인공, ‘변수’라는 개념이에요. 변수는 마치 우리 방의 ‘이름표 붙은 상자’와 같아요. 우리는 이 상자에 어떤 종류의 물건(데이터)을 담을 건지 미리 정해두고, 상자 겉에는 찾기 쉬운 이름표를 붙여놓는 거죠.

예를 들어볼까요? 여러분이 가장 좋아하는 숫자가 ‘7’이라고 해볼게요. 컴퓨터는 이 숫자 7을 메모리라는 방 어딘가에 덩그러니 저장해둘 수도 있지만, 나중에 다시 이 숫자를 찾아서 사용하려면 어디에 있는지 일일이 뒤져봐야 하는 번거로움이 있겠죠. 하지만 우리가 ‘favorite_number’라는 이름표를 붙인 ‘정수 상자’를 만들고 그 안에 숫자 7을 넣어둔다면 어떨까요? 나중에 ‘favorite_number’ 상자만 열어보면 언제든 쉽게 숫자 7을 꺼내 쓸 수 있게 되는 거죠!

C 언어라는 컴퓨터 언어에서는 이러한 ‘상자’를 만들기 전에 반드시 어떤 종류의 데이터를 담을 건지 미리 알려줘야 해요. 마치 우리가 택배 상자를 보내기 전에 안에 깨지기 쉬운 물건이 있는지, 옷인지, 책인지 종류를 써 붙이는 것과 비슷하죠. C 언어에는 여러 종류의 ‘상자’가 있답니다.

가장 기본적인 ‘상자’ 중 하나는 바로 ‘정수 상자’예요. 이 상자에는 -100, 0, 5, 1000과 같은 정수, 즉 소수점이 없는 숫자를 담을 수 있어요. C 언어에서는 이 ‘정수 상자’를 만들 때 ‘int’라는 특별한 약속된 단어를 사용합니다. 마치 “나는 이제부터 정수를 담을 상자를 만들 거야!”라고 컴퓨터에게 알려주는 것과 같아요. 그리고 이 ‘정수 상자’는 컴퓨터 메모리 안에서 4바이트라는 크기의 공간을 차지하게 됩니다. 1바이트는 우리가 흔히 사용하는 알파벳 한 글자 정도를 저장할 수 있는 크기라고 생각하시면 돼요. 그러니까 정수 상자는 알파벳 4글자가 들어갈 만한 공간을 사용하는 거죠.

또 다른 유용한 ‘상자’는 바로 ‘문자 상자’랍니다. 이 상자에는 ‘a’, ‘B’, ‘!’, ‘?’과 같은 하나의 문자를 담을 수 있어요. C 언어에서는 이 ‘문자 상자’를 만들 때 ‘char’라는 단어를 사용합니다. ‘character(문자)’의 줄임말이죠. 이 ‘문자 상자’는 ‘정수 상자’보다 훨씬 작은 1바이트의 메모리 공간만을 사용해요. 하나의 글자만 저장하면 되니까 더 작은 공간으로도 충분한 거죠.

여기서 중요한 점은, 왜 굳이 이렇게 여러 종류의 상자를 만들어서 사용하는 걸까요? 그 이유는 바로 ‘효율성’ 때문이에요. 만약 우리가 모든 데이터를 다 똑같은 크기의 아주 큰 상자에만 담는다고 상상해 보세요. 알파벳 ‘a’ 하나만 저장하는데도 커다란 상자 전체를 낭비하게 되겠죠. 마치 반지 하나를 보관하기 위해 커다란 금고를 사용하는 것과 같은 비효율적인 상황이 벌어지는 거예요.

하지만 C 언어에서는 데이터의 종류에 맞춰서 딱 맞는 크기의 상자를 사용하기 때문에 메모리라는 소중한 공간을 낭비하지 않고 효율적으로 사용할 수 있답니다. 정수는 비교적 큰 숫자를 표현해야 하므로 4바이트를 사용하고, 하나의 문자만 저장하면 되는 경우에는 1바이트만 사용하는 것이죠.

우리가 변수라는 ‘이름표 붙은 상자’를 만들고 그 안에 원하는 데이터를 넣는 과정을 C 언어에서는 ‘변수 선언’이라고 부릅니다. 변수를 선언할 때는 어떤 종류의 데이터를 담을 건지(int인지 char인지 등)를 먼저 쓰고, 그 상자에 붙일 이름표(변수 이름)를 써주면 돼요. 예를 들어, 아까 우리가 좋아했던 숫자 7을 저장하는 ‘정수 상자’를 만들고 ‘favorite_number’라는 이름표를 붙이고 싶다면 C 언어에서는 이렇게 쓴답니다

int favorite_number;

이렇게 선언만 해두면 ‘favorite_number’라는 이름의 ‘정수 상자’가 메모리 어딘가에 4바이트 크기로 뿅 하고 만들어지는 거예요. 아직 상자 안에는 아무것도 들어있지 않지만, 이제 우리는 이 상자에 정수를 넣고 필요할 때 언제든 ‘favorite_number’라는 이름으로 불러서 사용할 수 있게 된 거죠.

만약 우리가 좋아하는 알파벳 ‘A’를 저장하고 싶다면 ‘문자 상자’를 만들고 ‘favorite_alphabet’이라는 이름표를 붙일 수 있겠죠. C 언어에서는 이렇게 쓴답니다.

char favorite_alphabet;

이렇게 하면 ‘favorite_alphabet’이라는 이름의 ‘문자 상자’가 메모리 어딘가에 1바이트 크기로 만들어지고, 우리는 이 상자에 문자 ‘A’를 비롯한 다양한 문자를 담을 수 있게 되는 거예요.

우리가 컴퓨터에 저장하는 모든 데이터는 사실 0과 1로 이루어진 이진수 형태로 변환되어 저장된다는 사실, 알고 계셨나요? 마치 우리가 일상에서 10진수를 사용하는 것처럼, 컴퓨터는 2진수를 사용해서 모든 정보를 표현하고 이해한답니다. 우리가 변수에 어떤 값을 저장하든, 컴퓨터 내부에서는 이 값이 2진수로 바뀌어서 해당 변수가 차지하는 메모리 공간에 저장되는 것이죠.

예를 들어, 우리가 ‘favorite_number’라는 ‘정수 상자’에 숫자 30을 저장한다고 해볼게요. 숫자 30은 컴퓨터 내부에서 2진수 ‘00000000 00000000 00000000 00011110’ (4바이트, 즉 32비트)으로 변환되어 ‘favorite_number’ 상자가 차지하는 메모리 공간에 저장되는 것이랍니다. 우리가 나중에 ‘favorite_number’ 값을 읽어오라고 명령하면, 컴퓨터는 이 2진수를 다시 우리가 이해할 수 있는 10진수 30으로 바꿔서 보여주는 것이죠.

문자도 마찬가지예요. 우리가 ‘favorite_alphabet’이라는 ‘문자 상자’에 문자 ‘A’를 저장하면, 컴퓨터는 문자 ‘A’에 해당하는 ASCII 코드값인 65를 이진수 ‘01000001’ (1바이트, 즉 8비트)로 변환해서 ‘favorite_alphabet’ 상자에 저장합니다. 나중에 이 변수의 값을 읽어오면 컴퓨터는 이 2진수를 다시 ASCII 코드표를 참조하여 문자 ‘A’로 변환해서 보여주는 것이죠.

이처럼 변수는 우리가 데이터를 편리하게 저장하고 관리할 수 있도록 도와주는 아주 중요한 개념이랍니다. 마치 우리 방에 있는 이름표 붙은 상자들 덕분에 물건을 쉽게 찾고 정리할 수 있는 것처럼 말이죠. C 언어를 배우는 것은 컴퓨터의 정리정돈 비법을 배우는 것과 같다고 할 수 있어요. 변수라는 똑똑한 저장 상자를 잘 활용하면 우리는 컴퓨터의 메모리를 효율적으로 사용하고, 복잡한 데이터도 체계적으로 관리할 수 있게 된답니다.

다음 시간에는 이 변수라는 상자에 어떻게 원하는 값을 처음으로 넣어주는지, 그리고 그 안에 들어있는 값을 어떻게 꺼내서 사용하는지에 대한 더 흥미로운 이야기를 들려드릴게요. 컴퓨터 속 세상의 정리정돈 이야기는 아직 끝나지 않았답니다!

유튜브 채널에서 더 자세한 내용 확인해보세요!

https://youtu.be/THp66SnjPm8

내 손안의 보물 지도, 포인터 이야기

여러분, 혹시 어렸을 적 보물 찾기 놀이를 해보신 적 있으신가요? 낡은 지도 한 장을 들고 여기저기 숨겨진 단서를 따라 마침내 빛나는 보물을 발견했을 때의 그 짜릿함! 오늘 제가 여러분께 들려드릴 이야기는 마치 보물 찾기와 아주 흡사한, 컴퓨터 세계의 흥미로운 개념 ‘포인터’에 관한 것입니다. 어렵게 느껴지시나요? 걱정 마세요. 제가 여러분의 손에 친절한 보물 지도를 쥐여드리겠습니다.

컴퓨터 기억 창고, 주소라는 보물 단서

우리가 흔히 사용하는 컴퓨터는 방대한 양의 정보를 저장하고 관리하는 거대한 창고와 같습니다. 이 창고 안에는 수많은 칸들이 있고, 각 칸에는 고유한 ‘주소’라는 이름표가 붙어있죠. 우리가 어떤 데이터를 컴퓨터에 저장하면, 이 데이터는 창고의 어느 칸에 자리를 잡게 되고, 그 칸의 주소를 통해 우리는 언제든 다시 그 데이터를 찾아올 수 있습니다.

마치 우리가 친구에게 “우리 집 주소는 서울시 강남구…”라고 알려주듯이, 컴퓨터도 데이터가 저장된 ‘메모리 주소’를 기억하고 활용합니다. 그런데, 만약 우리가 친구 집의 정확한 주소를 적어둔 쪽지를 가지고 있다면, 굳이 친구의 이름을 외우지 않아도 언제든 그 집을 찾아갈 수 있겠죠? 바로 이 ‘주소를 적어둔 쪽지’와 같은 역할을 하는 것이 바로 ‘포인터’입니다.

포인터, 주소를 담는 특별한 상자

포인터는 단순히 숫자로 이루어진 메모리 주소를 ‘값’으로 가지는 특별한 변수입니다. 일반적인 변수가 ‘내용물’을 담는 상자라면, 포인터는 그 내용물이 어디에 있는지 알려주는 ‘주소’라는 정보를 담는 상자라고 생각하시면 쉽습니다.

예를 들어, 우리가 ‘나이’라는 정보를 저장하기 위해 age라는 이름의 상자를 만들었다고 가정해 봅시다. 이 상자 안에는 ‘25’라는 숫자가 들어있겠죠. 반면, ‘나이’ 정보가 저장된 곳의 주소를 알고 싶다면, 우리는 age_pointer라는 특별한 상자를 만들 수 있습니다. 이 age_pointer 상자 안에는 ‘나이’ 정보가 실제로 저장된 메모리 주소, 예를 들어 ‘0x1004’와 같은 값이 들어있게 되는 것이죠. (실제 컴퓨터 메모리 주소는 훨씬 복잡한 형태를 띱니다.)

보물 지도를 읽는 방법, 역참조 연산자

자, 이제 age_pointer라는 보물 지도를 손에 쥐었습니다. 이 지도에는 ‘0x1004’라는 주소가 적혀있죠. 우리가 이 지도를 따라 실제로 ‘나이’라는 보물이 있는 곳으로 가려면 어떻게 해야 할까요? 이때 필요한 것이 바로 ‘역참조 연산자’인 * 입니다.

마치 지도에 표시된 특정 지점을 손가락으로 가리키는 것처럼, 포인터 변수 앞에 *를 붙이면 “이 주소에 있는 실제 값은 무엇이니?”라고 컴퓨터에게 물어보는 것과 같습니다. 즉, *age_pointer는 ‘0x1004’라는 주소에 실제로 저장되어 있는 값, 즉 ‘25’를 우리에게 보여주는 마법과 같은 역할을 하는 것이죠.

배열이라는 보물 창고, 포인터로 더 쉽게 찾기

우리가 여러 개의 데이터를 순서대로 저장하고 싶을 때는 ‘배열’이라는 특별한 형태의 창고를 사용합니다. 마치 아파트 단지처럼, 배열은 여러 개의 칸들이 연이어 붙어있고, 각 칸은 0번부터 시작하는 ‘인덱스’라는 번호로 구분됩니다.

예를 들어, 5명의 친구들의 이름을 저장하는 names라는 배열이 있다고 해봅시다. names[0]에는 첫 번째 친구의 이름, names[1]에는 두 번째 친구의 이름이 저장되겠죠. 흥미로운 점은 이 배열의 이름 자체가 배열의 첫 번째 요소의 주소를 가리키는 포인터와 같다는 것입니다.

마치 아파트 단지 입구에 있는 안내판이 첫 번째 집의 위치를 알려주는 것과 같습니다. 따라서 우리는 배열의 이름이라는 포인터를 이용하여 각 요소에 더 쉽고 효율적으로 접근할 수 있습니다. 포인터에 숫자를 더하면, 그만큼 떨어진 다음 요소의 주소로 이동하는 ‘포인터 연산’이 가능하기 때문입니다. 마치 “첫 번째 집에서 오른쪽으로 두 칸 가면 네 번째 집이 있어”라고 말하는 것과 같습니다.

구조체라는 복합 보물 상자, 포인터로 섬세하게 접근하기

때로는 여러 종류의 데이터를 하나의 의미 있는 묶음으로 관리하고 싶을 때가 있습니다. 예를 들어, 학생의 이름, 나이, 학번 등의 정보를 묶어서 ‘학생’이라는 하나의 단위로 다루고 싶을 때 ‘구조체’라는 것을 사용합니다. 구조체는 마치 여러 개의 칸막이가 있는 보물 상자와 같습니다. 각 칸막이 안에는 이름, 나이, 학번과 같은 서로 다른 종류의 정보가 담겨 있는 것이죠.

구조체 변수를 선언하면, 이 복합적인 정보 묶음이 메모리 어딘가에 저장됩니다. 이때, 구조체 변수의 주소를 담는 ‘구조체 포인터’를 활용하면, 이 상자 안의 각 칸막이에 더욱 편리하게 접근할 수 있습니다. 마치 상자의 겉면에 붙은 특별한 열쇠 구멍을 통해 각 칸막이를 열어보는 것과 같습니다. 이때 사용하는 것이 바로 화살표 연산자(->)입니다. 구조체 포인터를 통해 멤버에 접근할 때는 점(.) 대신 화살표(->)를 사용하여 “이 구조체 포인터가 가리키는 구조체의 ‘이름’ 칸에 있는 값을 가져와줘”라고 명령하는 것이죠.

함수 포인터, 기능을 가리키는 놀라운 지도

지금까지 포인터가 데이터를 저장한 메모리 주소를 가리키는 것을 살펴보았습니다. 그런데, 포인터는 놀랍게도 ‘함수’의 주소까지 가리킬 수 있습니다! 함수는 특정 작업을 수행하는 코드 블록입니다. 마치 요리 레시피와 같다고 생각할 수 있습니다. 함수 포인터는 바로 이 레시피가 저장된 곳의 주소를 알고 있는 지도와 같습니다.

왜 함수 포인터가 필요할까요? 예를 들어, 우리가 다양한 종류의 계산 기능을 제공하는 프로그램을 만든다고 가정해 봅시다. 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈 등의 여러 함수가 있을 수 있겠죠. 함수 포인터를 사용하면, 어떤 연산을 수행할지를 실행 중에 결정할 수 있습니다. 마치 사용자가 원하는 요리 레시피를 선택하면, 그 레시피를 가리키는 함수 포인터를 통해 해당 기능을 실행하는 것과 같습니다. 이는 프로그램을 훨씬 더 유연하고 동적으로 만들어줍니다.

포인터, 강력하지만 섬세한 도구

지금까지 포인터의 기본적인 개념과 활용 방법에 대해 알아보았습니다. 포인터는 컴퓨터의 메모리를 직접적으로 다룰 수 있게 해주는 매우 강력한 도구입니다. 하지만, 그만큼 주의해서 사용해야 합니다. 포인터가 잘못된 메모리 주소를 가리키거나, 허용되지 않은 방식으로 메모리를 조작하려고 하면 프로그램이 오작동하거나 심지어 다운될 수도 있습니다. 마치 날카로운 칼을 능숙하게 다루면 훌륭한 요리사가 될 수 있지만, 부주의하게 다루면 다칠 수 있는 것과 같습니다.

마무리하며

포인터는 처음에는 다소 어렵고 낯설게 느껴질 수 있습니다. 하지만, 그 개념을 이해하고 능숙하게 활용할 수 있게 되면, 여러분은 컴퓨터 메모리를 더욱 깊이 이해하고, 더욱 효율적이고 강력한 프로그램을 만들 수 있는 능력을 갖게 될 것입니다. 마치 보물 지도를 따라 숨겨진 보물을 찾아냈을 때의 희열처럼, 포인터를 통해 컴퓨터 세계의 깊숙한 곳을 탐험하는 즐거움을 느껴보시길 바랍니다. 이 이야기가 여러분의 컴퓨터 여정에 작은 나침반이 되기를 바라며, 다음에 또 더욱 흥미로운 이야기로 다시 찾아뵙겠습니다.

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https://youtu.be/NtFp7loKqUA?si=jct7iT5Ge8onRgAT

우리는 일상에서 숫자를 쓸 때, 대부분 10진수를 사용합니다. 예를 들어, 친구에게 빵을 사주려고 90원을 주고 20원을 더 보탰더니 총 110원이 되었어요. 이렇게 0부터 9까지 열 개의 숫자로 이루어진 체계를 10진수라고 부릅니다. 너무 익숙해서 의식하지 못할 정도죠. 하지만 컴퓨터는 우리처럼 숫자를 쓰지 않습니다. 컴퓨터는 단 두 개의 숫자, 0과 1만을 사용해서 모든 계산과 처리를 합니다. 이걸 바로 2진수라고 해요.

컴퓨터가 왜 0과 1만 사용할까요? 간단합니다. 컴퓨터는 전기의 흐름을 통해 정보를 처리하는데, 전기가 흐르면 1, 흐르지 않으면 0으로 구분할 수 있기 때문이죠. 이 두 상태만 가지고도 놀라운 계산과 처리가 가능합니다.

그럼, 2진수는 실제로 어떻게 작동할까요? 일단 숫자 “1과 1을 더한다”는 상황을 생각해볼까요? 10진수에서는 1 + 1 = 2가 되지요. 그런데 2진수에서는 1 + 1을 하면 “10”이 됩니다. 처음엔 좀 헷갈릴 수 있지만, 10진수에서 9에 1을 더하면 10이 되듯이, 2진수에서도 1에 1을 더하면 자릿수가 올라가는 것이죠.

실제로 한 번 계산해보면 이렇습니다: 2진수 1 + 1 = 10 (10진수로는 2) 2진수 1 + 1 + 1 = 11 (2진수의 1 + 1 = 10, 그 10에 1을 더해서 11)

자, 이제 2진수를 10진수로 바꾸는 방법을 알아볼까요? 이것도 그리 어렵지 않아요. 2진수의 각 자리는 오른쪽부터 시작해서 2의 거듭제곱 값을 나타냅니다. 즉, 가장 오른쪽 자리는 2의 0승, 그 다음은 2의 1승, 2의 2승… 이런 식으로 올라가요.

예를 들어 2진수 1011은:

• 오른쪽 첫 번째 1은 2^0 = 1

• 그 왼쪽 1은 2^1 = 2

• 0은 2^2 = 0 (곱하면 0이니까 무시)

• 가장 왼쪽 1은 2^3 = 8 이걸 다 더하면 8 + 0 + 2 + 1 = 11이 됩니다. 즉, 2진수 1011은 10진수로 11인 거예요.

이쯤 되면 이런 의문도 생깁니다. “10진수 외에도 숫자 체계가 더 있나요?” 그럼요! 대표적인 게 16진수입니다. 16진수는 숫자 0부터 9까지, 그리고 A부터 F까지 총 16개의 기호를 사용합니다. A는 10, B는 11, C는 12… 이런 식으로 F는 15를 의미하죠.

이걸 왜 쓰느냐고요? 2진수는 너무 길어지기 쉬워요. 예를 들어 10진수 255는 2진수로 쓰면 11111111입니다. 여덟 자릿수죠. 그런데 16진수로 쓰면 FF, 단 두 글자입니다. 훨씬 간단하죠? 그래서 컴퓨터 관련 분야에서는 16진수를 자주 사용합니다.

이제 거꾸로, 우리가 익숙한 10진수를 2진수로 바꾸는 방법도 알아볼까요? 이건 나눗셈을 이용하는데, 생각보다 재밌어요.

예를 들어 10진수 13을 2진수로 바꾼다고 해봅시다.

1. 13을 2로 나누면 몫 6, 나머지 1

2. 6을 2로 나누면 몫 3, 나머지 0

3. 3을 2로 나누면 몫 1, 나머지 1

4. 1을 2로 나누면 몫 0, 나머지 1

이 나머지들을 아래에서 위로 읽으면? 1101! 즉, 10진수 13은 2진수로 1101입니다.

이 과정을 아이스크림 가게에서 거스름돈을 주는 상황으로 생각해볼 수도 있어요. 예를 들어 13원을 1원짜리와 2원짜리만 가지고 나눠줘야 한다고 하면, 가능한 방법은:

• 8원(2^3)짜리 하나

• 4원(2^2)짜리 없음

• 2원(2^1)짜리 하나

• 1원(2^0)짜리 하나 이 조합도 결국 8 + 0 + 2 + 1 = 11이니 같은 개념이죠.

2진수는 컴퓨터의 언어입니다. 우리가 하는 모든 검색, 게임, 사진, 동영상도 결국엔 0과 1로 이루어진 데이터입니다. 이 조그만 숫자들이 모여 우리가 사용하는 세상을 만들고 있는 거예요.

물론 처음엔 조금 낯설고 복잡하게 느껴질 수 있지만, 몇 가지 예제를 따라 해보면 금세 익숙해질 수 있습니다. 예를 들어 여러분의 스마트폰 비밀번호를 숫자 대신 2진수로 바꿔보는 놀이도 해볼 수 있죠.

비밀번호가 45라면, 2진수로는?

1. 45 ÷ 2 = 22, 나머지 1

2. 22 ÷ 2 = 11, 나머지 0

3. 11 ÷ 2 = 5, 나머지 1

4. 5 ÷ 2 = 2, 나머지 1

5. 2 ÷ 2 = 1, 나머지 0

6. 1 ÷ 2 = 0, 나머지 1

역순으로 읽으면 101101. 즉, 비밀번호 45는 2진수로 101101입니다!

이렇게 숫자를 다른 관점에서 바라보는 것만으로도 세상이 새롭게 보일 수 있어요. 오늘은 숫자의 세계를 잠깐 엿봤지만, 이처럼 숫자 하나에도 재미와 원리가 숨어있다는 걸 기억해 주세요.

혹시 다음엔 16진수로 색깔을 표현하는 법, 즉 웹디자인에서 자주 쓰는 #FF5733 같은 코드를 해석하는 이야기도 해볼까요? 그 이야기도 정말 흥미롭답니다!

유튜브 채널에서 더 자세한 내용 확인해보세요!

https://youtu.be/4E7BF_5TcOo

안녕하세요, 독자 여러분! 혹시 여러분은 스마트폰으로 친구와 메시지를 주고받거나, 컴퓨터로 좋아하는 음악을 들을 때, 이 모든 것이 어떤 신비한 언어로 이루어지고 있는지 생각해 보신 적 있으신가요? 마치 우리가 한국어, 영어, 프랑스어 등 다양한 언어를 사용하듯, 디지털 세상에도 특별한 언어가 존재합니다. 바로 0과 1, 단 두 개의 숫자만으로 이루어진 ‘2진수’라는 녀석이죠. 오늘은 이 흥미로운 디지털 언어에 대한 이야기를 쉽고 재미있게 풀어보려고 합니다. 마치 옆집 철수 이야기처럼 말이죠!

우리가 일상생활에서 가장 익숙하게 사용하는 숫자는 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 이렇게 열 개의 숫자로 이루어진 ‘10진수’입니다. 예를 들어, 우리가 시장에서 사과 3개와 배 2개를 합쳐서 총 5개라고 셀 때, 자연스럽게 10진수를 사용하죠. 아주 직관적이고 편리한 체계입니다. 손가락이 열 개라서 10진수를 사용하게 되었다는 이야기도 있을 정도니까요.

그런데 컴퓨터는 왜 이렇게 편리한 10진수를 사용하지 않고 0과 1, 단 두 개의 숫자만 고집하는 걸까요? 마치 외골수 프로그래머처럼 말이죠! 그 이유는 바로 ‘전기’ 때문입니다. 컴퓨터 내부에서는 전기가 흐르거나 흐르지 않는 두 가지 상태를 가장 확실하고 빠르게 구분할 수 있습니다. 전기가 ‘흐르는 상태’를 1로, ‘흐르지 않는 상태’를 0으로 약속한 것이죠. 마치 스위치를 켜고 끄는 것과 같다고 생각하시면 됩니다.

이 0과 1 하나하나를 우리는 ‘비트(bit)’라고 부릅니다. 마치 알파벳 하나하나가 모여 단어를 이루듯, 이 작은 비트들이 모여 더 크고 복잡한 정보를 표현하게 됩니다. 예를 들어, 8개의 비트가 모이면 ‘바이트(byte)’라는 단위가 되는데, 이 1바이트로 하나의 글자나 숫자를 표현할 수 있습니다. 우리가 컴퓨터 키보드로 ‘A’라는 글자를 입력하면, 컴퓨터 내부에서는 01000001과 같은 8개의 0과 1로 이루어진 신호로 바뀌어 처리되는 것이죠. 정말 신기하지 않나요?

자, 이제 2진수가 어떻게 숫자를 표현하는지 조금 더 깊이 들어가 볼까요? 10진수에서는 각 자릿수가 1, 10, 100, 1000처럼 10의 거듭제곱을 의미합니다. 예를 들어 123이라는 숫자는 (1 \times 10^2 + 2 \times 10^1 + 3 \times 10^0)으로 해석할 수 있죠. 마치 건물을 지을 때 1층, 10층, 100층처럼 층수가 올라가는 것과 같습니다.

2진수도 마찬가지 원리입니다. 다만 각 자릿수가 2의 거듭제곱을 의미하죠. 예를 들어 2진수 1011은 오른쪽부터 (1 x 2^0 + 1 x2^1 + 0 x2^2 + 1 x 2^3)으로 계산됩니다. 이를 10진수로 바꾸면 (1 + 2 + 0 + 8 = 11)이 되는 것이죠. 마치 주사위 두 개를 던져서 나온 눈의 합을 계산하는 것처럼 간단합니다.

처음에는 조금 낯설 수 있지만, 몇 번 연습하다 보면 2진수의 매력에 푹 빠지실 거예요. 마치 새로운 외국어를 배우는 것처럼 말이죠! 2진수를 이해하면 컴퓨터가 어떻게 숫자를 저장하고 계산하는지, 또 어떻게 그림이나 음악 같은 복잡한 정보를 처리하는지 어렴풋이 짐작할 수 있게 됩니다. 마치 마법 상자의 비밀을 조금 엿보는 기분이랄까요?

그런데 가끔 컴퓨터 관련 용어를 보면 16진수라는 녀석도 등장합니다. 0부터 9까지의 숫자뿐만 아니라 A, B, C, D, E, F라는 알파벳까지 사용하는 조금 특이한 숫자 체계죠. 마치 암호처럼 보이기도 합니다. 왜 컴퓨터는 이렇게 복잡한 16진수를 사용하는 걸까요?

사실 16진수는 2진수를 좀 더 간결하게 표현하기 위해 만들어졌습니다. 16은 2의 4제곱이기 때문에, 16진수 한 자리는 정확히 4개의 2진수 비트에 대응됩니다. 예를 들어 2진수 1111은 16진수 F로, 2진수 0000은 16진수 0으로 간단하게 표현할 수 있죠. 마치 긴 문장을 줄임말로 사용하는 것과 비슷하다고 생각하시면 됩니다. 프로그래머들은 긴 2진수 코드를 16진수로 바꿔서 봄으로써 훨씬 더 쉽게 코드를 읽고 이해할 수 있습니다.

우리가 10진수를 2진수로 바꾸는 방법도 알아두면 꽤 유용합니다. 마치 우리가 외국어를 우리말로 번역하는 것과 같죠. 가장 일반적인 방법은 10진수를 2로 계속해서 나누고, 그 나머지를 역순으로 나열하는 것입니다. 예를 들어 10진수 13을 2진수로 바꿔볼까요?

• 13을 2로 나누면 몫은 6, 나머지는 1

• 6을 2로 나누면 몫은 3, 나머지는 0

• 3을 2로 나누면 몫은 1, 나머지는 1

• 1을 2로 나누면 몫은 0, 나머지는 1

나온 나머지들을 역순으로 쓰면 1101이 됩니다. 즉, 10진수 13은 2진수로 1101이 되는 것이죠. 신기하죠?

이처럼 2진수는 컴퓨터가 정보를 처리하는 가장 기본적인 언어이며, 16진수는 2진수를 효율적으로 표현하기 위한 방법입니다. 마치 건물의 뼈대와 그 뼈대를 보기 좋게 포장하는 디자인과 같다고 할 수 있죠. 우리가 스마트폰으로 사진을 보고, 유튜브 영상을 시청하고, 온라인 쇼핑을 하는 모든 순간 뒤에는 이 0과 1로 이루어진 디지털 언어가 쉼 없이 움직이고 있는 것입니다.

처음에는 2진수와 16진수가 외계어처럼 느껴질 수도 있습니다. 마치 어려운 수학 공식처럼 말이죠. 하지만 조금만 관심을 가지고 들여다보면, 이들이 디지털 세상을 움직이는 핵심 원리라는 것을 알 수 있습니다. 마치 우리가 매일 사용하는 스마트폰의 작동 원리를 이해하는 첫걸음이라고 생각하시면 좋을 것 같습니다.

우리가 일상에서 10진수를 사용하는 것처럼, 컴퓨터는 2진수를 사용해서 모든 정보를 표현하고 처리합니다. 글자, 숫자, 그림, 음악, 영상, 심지어 우리가 지금 보고 있는 이 글까지도 결국 수많은 0과 1의 조합으로 이루어져 있다는 사실이 정말 놀랍지 않나요? 마치 레고 블록으로 세상의 모든 것을 만들 수 있는 것처럼 말이죠!

디지털 세상은 끊임없이 발전하고 변화하고 있습니다. 인공지능, 빅데이터, 사물인터넷 등 새로운 기술들이 쏟아져 나오고 있죠. 하지만 이 모든 기술의 가장 기본적인 토대는 바로 이 0과 1, 즉 2진수입니다. 마치 아무리 높은 건물을 지어도 그 기초가 튼튼해야 하는 것처럼 말이죠.

오늘 우리는 디지털 세상의 숨겨진 언어, 2진수와 16진수에 대한 흥미로운 이야기를 나눠봤습니다. 처음에는 조금 어렵게 느껴졌을 수도 있지만, 이 작은 숫자 두 개가 만들어내는 거대한 디지털 세계를 이해하는 데 조금이나마 도움이 되었기를 바랍니다. 다음에는 이 2진수가 실제로 컴퓨터 내부에서 어떻게 활용되는지에 대한 더 흥미로운 이야기를 들고 돌아오겠습니다. 그때까지 디지털 세상과 조금 더 친해지는 시간을 가져보시는 건 어떨까요? 감사합니다!

유튜브 채널에서 더 자세한 내용 확인해보세요!

https://youtu.be/4E7BF_5TcOo