[C] strlen vs sizeof

이전에 알고리즘 문제를 풀다가 char array에 strlen을 쓸 수 있는지 궁금했던 적이 있었다. 그때 써봤는데 의외로 제대로 동작했지만 모르고 쓰기에는 찝찝해서 정리해두고 넘어가려고 한다.

또 생각해보니 둘의 차이도 좀 애매하게 알고 있는 것 같아서 짚고 넘어가려고 한다.

‼️우선 내가 가장 크게 착각하고 있던 점!

C에는 string자료형이 없다. string은 개념에 가까운 느낌이고 사실상은 null-terminated char array이다..!

그니까 char array인데 \0 으로 끝나면 string이라고 할 수 있다는 의미이다.

strlen vs sizeof

string.h에서는 문자열에 관련된 여러 함수를 제공한다.

여러가지가 있는데 대표적으로 strcpy, strlen, strcat, strcmp 등이 있다.

이 중 내가 궁금했던 건 왜 char array에서 strlen이 제대로 작동하는가와, sizeof와 내부적으로 어떤 차이가 있느냐였다.

strlen

먼저 strlen의 구현 예제를 먼저 확인해보면 아래와 같다.

size_t strlen(const char *s) {
  const char *eos = s; 
  while (*eos++);
  return (int)(eos - s - 1);
}

eos(end of string)이 0 (\0)되면 \0 이 들어있던 주소값과 시작 주소값의 차를 구해서 문자열의 길이를 구한다.

그러니까 사실 문자열 내에 문자가 몇 개 있나 보다는 시작주소부터 \0 전까지 몇 바이트가 있나를 반환하게 된다.

그래서 실제로 “안녕”같은 한글을 넣게 되면 UTF-8 기준 한글은 각 글자마다 3바이트 크기를 차지하므로 6을 반환하게 된다.

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main() {
    int l = strlen("안녕"); //"안" 3byte , "녕" 3byte
    printf("%d",l); //output : 6
}

sizeof

사실 진짜 많이 쓰는 함수인데 어떻게 동작하는지는 딱히 생각 안 해봤다. 그냥 알아서 잘 하겠거니 하고 썼다.

근데 이것도 알고 보니 꽤 재밌다.

일단 sizeof는 함수가 아니라 연산자였다!!🤯

그래서 무려 괄호가 없어도 쓸 수 있다.

int main() {
    char a[] ="abc";
    char b[] ="abcd";
    size_t la = sizeof a;
    size_t lb = sizeof(b);
    printf("%d %d",la,lb); //4 5
}

또한 컴파일 타임에 계산되기 때문에 런타임에서 오버헤드가 발생하지 않는다.

변수든 타입이든 상관없이 해당 객체가 차지하는 메모리 크기를 반환한다.

해당 객체가 차지하는 메모리 크기를 계산하는 방법은 컴파일러가 사전에 가지고 있는 정보를 활용한다.

왜 strlen가 char array에서 제대로 동작할 수 있었나🤔

사실상 이게 가장 궁금했던 부분이다.

strlen은 \0 이전까지의 바이트 수를 반환하는 함수인데 어떻게 char array에서 제대로 동작할 수 있었을까?

내가 추측하는 원인은 두 가지이다.

1. 처음부터 char array가 (\0 을 포함하는) 문자열 형태로 이루어져 있어서 종료 문자가 포함되어있었다. (이거일 가능성이 높다)
2. 운이 좋게 char array가 끝나는 영역 이후에 0 이 들어있어서 이를 \0 으로 인식하고 결과를 반환했다.

실험

가설을 확인하기 위해 실험을 해봤는데 그냥 그때는 내가 운이 좋았던 것 같다.

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main() {
    char a[] = {'a','b','c'};
    
    for(int i=0;i<5;i++){
        printf("%d ",*(a+i)); //97 98 99 -99 0 
    }
    printf("\nres : %d",strlen(a)); //4
}

\0이 없는 char array에 strlen을 썼더니 잘못된 결과가 나왔다. 메모리를 보니 그냥 0이있는곳까지 계속 읽는다.

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main() {
    char a[] = {'a','b','c'};
    char b[] = {'d','e','f'};
    printf("a_addr : %p, b_addr : %p\n",a,b); //a_addr : 0x7ffc12cbc3d2, b_addr : 0x7ffc12cbc3d5
    printf("%d",strlen(a)); //7
}

이것도 마찬가지로 \0 이없는 char array를 두개 연달아 붙여 선언했더니 strlen에서 둘을 더한것보다 약간 더 큰값이 나왔다.

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main() {
    char a[] = "abc";
    printf("res : %d",strlen(a)); //3
}

뭐 이건 당연한 거지만 문자열 데이터를 가진 char array에서는 정확한 값이 나왔다.

결론

문자열 데이터가 아닌 char array와 strlen을 함께 사용하면 안된다.

문자열 데이터를 가진 char array에서는 문제가 없었지만 그렇지 않은 char array에서는 계속해서 종료 문자(\0 )을 찾으며 메모리 경계를 넘어 쓰레기 값을 읽는다.

그러다 접근 권한이 없는 메모리까지 가버리면 segmentation fault가 발생하게 된다.

앞으로는 들어가는 데이터를 잘 생각하고 주의해서 strlen을 써야 할 것 같다.

sizeof vs strlen

공부를 하다보니 strlen과 sizeof는 생각 보다 많이 다르다.

정리하자면 아래와 같다.

• strlen : 문자열 형태의 데이터에 \0 까지의 길이를 찾는 용도.

• sizeof : 컴파일 타임에 실행되며 미리 알고있는 정보를 활용하여 객체에 할당된 메모리 크기를 구하는 연산자.

+) char pointer, char array

공부하다 보니 생각보다 재밌는 부분이 좀 더 있어서 메모할 겸 추가해둔다.

char* c1 = "abcd"; //"abcd"는 .rodata에 저장되며 수정할 수 없다.
char c2[] = "efgh"; // "efgh"는 stack영역에 저장되며 수정이 가능하다.

참고

https://www.ibm.com/docs/ko/i/7.3?topic=functions-strlen-determine-string-length#strlen

https://modoocode.com/106

https://velog.io/@french_ruin/C-언어-String