포인터 관련 연산자 - 변수의 주소를 얻고, 메모리 위치에 접근하고 역참조하기

C#에서 포인터를 다뤄야 하는 상황이라면, 그 핵심은 결국 몇 가지 연산자에 달려 있어요. 변수의 주소를 얻고(&), 포인터가 가리키는 값을 꺼내고(*), 포인터 값을 비교하고, 포인터와 정수를 더하거나 뺄 수 있게 해 주는 것이 바로 포인터 연산자입니다. 지금부터 이 연산자들을 하나씩 짚어볼게요.

출처: Microsoft Learn

본문

포인터를 다룰 때 쓰는 연산자는 다음과 같아요.

단항 &(주소 연산자, address-of) 연산자: 변수의 주소를 얻어요.
단항 *(포인터 역참조, pointer indirection) 연산자: 포인터가 가리키는 변수를 얻어요.
->(멤버 접근, member access)와 [](요소 접근, element access) 연산자.
산술 연산자 +, -, ++, --.
비교 연산자 ==, !=, <, >, <=, >=.

포인터 타입 자체에 대한 설명이 필요하다면 Pointer types 문서를 참고하세요.

[!NOTE] 포인터를 쓰는 대부분의 작업은 unsafe 컨텍스트가 필요하고, unsafe 코드를 컴파일하려면 AllowUnsafeBlocks 컴파일러 옵션을 켜야 해요. C# 15에 도입된 memory safety 미리 보기 기능을 활성화하면 unsafe 컨텍스트 밖에서도 주소 연산자 &를 쓸 수 있어요. 다만 이 기능을 켜더라도, 가리키는 메모리를 읽거나 쓰는 포인터 역참조·멤버 접근·요소 접근 연산자는 여전히 unsafe 컨텍스트가 필요해요.

주소 연산자 `&`

단항 & 연산자는 피연산자의 주소를 반환해요.

:::code language="csharp" source="snippets/shared/PointerOperators.cs" id="AddressOf":::

& 연산자의 피연산자는 반드시 고정(fixed) 변수여야 해요. 고정 변수란 가비지 컬렉터가 건드리지 않는 저장 위치에 있는 변수를 말해요. 위 예시에서 지역 변수 number는 스택에 있어서 고정 변수예요. 반면 가비지 컬렉터가 옮길 수 있는 저장 위치에 있는 변수는 이동(movable) 변수라고 불러요. 객체의 필드나 배열 요소가 대표적인 이동 변수죠. 이동 변수의 주소를 얻고 싶다면, fixed 문으로 그 변수를 "고정(pin)"하면 돼요. 이렇게 얻은 주소는 fixed 문의 블록 안에서만 유효해요. 다음 예시가 fixed 문과 & 연산자를 함께 쓰는 방법을 보여 줍니다.

:::code language="csharp" source="snippets/shared/PointerOperators.cs" id="AddressOfFixed":::

상수나 값의 주소는 얻을 수 없어요.

고정 변수와 이동 변수에 대한 더 자세한 내용은 C# 언어 사양의 Fixed and moveable variables 섹션을 참고하세요.

참고로 이항 & 연산자는 불리언 피연산자의 논리곱(AND) 또는 정수 피연산자의 비트 논리곱을 계산해요. 포인터에서 쓰는 단항 &와는 별개의 역할이죠.

포인터 역참조 연산자 `*`

단항 포인터 역참조 연산자 *는 피연산자가 가리키는 변수에 접근해요. 흔히 역참조(dereference) 연산자라고도 부르죠. * 연산자의 피연산자는 포인터 타입이어야 해요.

:::code language="csharp" source="snippets/shared/PointerOperators.cs" id="PointerIndirection":::

void* 타입의 표현식에는 * 연산자를 적용할 수 없어요.

이항 * 연산자는 숫자 피연산자의 곱을 계산해요. 포인터 역참조와는 완전히 다른, 일반적인 곱셈 연산자예요.

포인터 멤버 접근 연산자 `->`

-> 연산자는 포인터 역참조와 멤버 접근을 합쳐 놓은 거예요. x가 T* 타입의 포인터이고 y가 타입 T의 접근 가능한 멤버라면, 다음과 같은 표현식

x->y

은 아래와 완전히 동일해요.

(*x).y

즉 "x가 가리키는 대상의 y 멤버"에 접근하는 셈이죠. 다음 예시는 -> 연산자의 사용법을 보여 줍니다.

:::code language="csharp" source="snippets/shared/PointerOperators.cs" id="MemberAccess":::

void* 타입의 표현식에는 -> 연산자를 쓸 수 없어요.

포인터 요소 접근 연산자 `[]`

포인터 타입의 표현식 p에 대해, p[n] 형태의 포인터 요소 접근은 *(p + n)으로 평가돼요. 값 n은 int, uint, long, ulong 중 하나로 암시적으로 변환 가능한 타입이어야 해요. 포인터에서 + 연산자의 동작에 대한 자세한 내용은 포인터에 정수 값 더하고 빼기 섹션을 참고하세요.

다음 예시는 포인터와 [] 연산자를 이용해 배열 요소에 접근하는 방법을 보여 줍니다.

:::code language="csharp" source="snippets/shared/PointerOperators.cs" id="ElementAccess":::

위 예시에서 stackalloc 식이 스택에 메모리 블록을 할당해요.

[!NOTE] 포인터 요소 접근 연산자는 범위를 벗어난(out-of-bounds) 접근을 검사하지 않아요. 이 점을 꼭 유의하세요.

void* 타입의 표현식에는 [] 연산자로 포인터 요소 접근을 할 수 없어요.

[] 연산자는 배열 요소 또는 인덱서 접근에도 쓰이니까, 문맥에 따라 의미가 달라진다는 점도 알고 계시면 좋아요.

포인터 산술 연산자

포인터로는 다음과 같은 산술 연산을 할 수 있어요.

포인터에 정수 값을 더하거나 뺀다.
두 포인터를 뺀다.
포인터를 증가시키거나 감소시킨다.

다만 void* 타입의 포인터로는 이런 연산을 할 수 없어요.

숫자 타입에서 지원되는 산술 연산에 대한 내용은 Arithmetic operators 문서를 참고하세요.

포인터에 정수 값 더하고 빼기

T* 타입의 포인터 p와 int, uint, long, ulong 중 하나로 암시적으로 변환 가능한 타입의 식 n이 있을 때, 덧셈과 뺄셈은 다음과 같이 동작해요.

p + n과 n + p는 모두 T* 타입의 포인터를 반환해요. p가 가리키는 주소에 n * sizeof(T)를 더해서 얻는 포인터예요.
p - n은 T* 타입의 포인터를 반환해요. p가 가리키는 주소에서 n * sizeof(T)를 빼서 얻는 포인터예요.

sizeof 연산자는 타입의 크기를 바이트 단위로 얻어요.

다음 예시는 포인터에서 + 연산자를 사용하는 방법을 보여 줍니다.

:::code language="csharp" source="snippets/shared/PointerOperators.cs" id="AddNumber":::

포인터 뺄셈

T* 타입의 두 포인터 p1과 p2에 대해, p1 - p2는 p1과 p2가 가리키는 주소의 차이를 sizeof(T)로 나눈 값을 반환해요. 결과 타입은 long이에요. 다시 말해 p1 - p2는 ((long)(p1) - (long)(p2)) / sizeof(T)처럼 계산돼요.

다음 예시는 포인터 뺄셈을 보여 줍니다.

:::code language="csharp" source="snippets/shared/PointerOperators.cs" id="SubtractPointers":::

포인터 증가와 감소

++ 증가 연산자는 포인터 피연산자에 1을 더하고, -- 감소 연산자는 1을 뺍니다.

두 연산자 모두 후위(p++, p--)와 전위(++p, --p) 두 형태를 지원해요. p++와 p--의 결과는 연산 이전의 p 값이고, ++p와 --p의 결과는 연산 이후의 p 값이에요.

다음 예시는 후위와 전위 증가 연산자 각각의 동작을 보여 줍니다.

:::code language="csharp" source="snippets/shared/PointerOperators.cs" id="Increment":::

포인터 비교 연산자

==, !=, <, >, <=, >= 연산자는 void*를 포함한 모든 포인터 타입의 피연산자를 비교하는 데 쓸 수 있어요. 이 연산자들은 두 피연산자가 가리키는 주소를 마치 부호 없는 정수처럼 취급해 비교해요.

이 연산자들이 다른 타입의 피연산자에 대해 어떻게 동작하는지 궁금하다면 Equality operators와 Comparison operators 문서를 참고하세요.

연산자 우선 순위

포인터 관련 연산자는 우선 순위가 높은 순서부터 낮은 순서로 다음과 같이 나뉘어요.

(Primary) 연산자: 후위 증가 x++, 후위 감소 x--, 그리고 ->와 [] 연산자.
(Unary) 연산자: 전위 증가 ++x, 전위 감소 --x, 그리고 주소 &와 역참조 * 연산자.
(Additive) 연산자: 이항 +와 - 연산자.
(Relational and type-testing) 연산자: 비교 <, >, <=, >= 연산자.
(Equality) 연산자: ==와 != 연산자.

괄호 ()를 쓰면 연산자 우선 순위가 정해 놓은 평가 순서를 바꿀 수 있어요.

우선 순위 레벨별로 정렬한 C# 연산자 전체 목록은 C# operators 문서의 Operator precedence 섹션을 참고하세요.

연산자 오버로딩

사용자 정의 타입에서는 포인터 관련 연산자인 &, *, ->, []를 오버로딩할 수 없어요.

C# 언어 사양

더 자세한 내용은 C# 언어 사양의 다음 섹션들을 참고하세요.

포인터 관련 연산자 - 변수의 주소를 얻고, 메모리 위치에 접근하고 역참조하기