왜 함수가 필요한가

같은 계산(예: 두 수 중 더 큰 값 찾기, 합계 구하기)을 프로그램 여러 곳에서 반복해야 한다고 가정해 봅시다. 매번 같은 코드를 복사해 붙이면 코드가 길어지고, 나중에 로직을 수정할 때 모든 복사본을 하나하나 고쳐야 합니다. 함수(function, 함수)는 이런 반복되는 작업을 이름 붙인 하나의 단위로 묶어, 필요할 때마다 그 이름을 불러(호출, call) 재사용하는 문법입니다.

쉽게 말하면: 함수는 “레시피”입니다. 레시피를 한 번 적어 두면, 그 요리가 필요할 때마다 처음부터 다시 설명하지 않고 레시피 이름만 부르면 됩니다.

06편에서 이미 main 함수를 다뤘습니다. 사실 C 프로그램은 main이라는 특별한 함수 하나로 시작해서, 그 안에서 다른 함수들을 호출하며 진행되는 구조입니다. 이번 편에서는 사용자가 직접 함수를 만들고 호출하는 방법과, 그 과정에서 메모리가 어떻게 움직이는지를 다룹니다.

1. 함수 선언·정의·프로토타입 — 세 용어의 차이

독학사 시험에서 세 용어를 헷갈리게 묻는 문제가 자주 나옵니다. 아래 표로 먼저 구분합니다.

프로토타입이 왜 필요한가

C 컴파일러는 소스 코드를 위에서 아래로 한 번 읽으면서 해석합니다. 만약 main 함수 안에서 add라는 함수를 호출하는데, add의 정의가 main보다 아래에 있다면, 컴파일러는 add를 호출하는 시점에 아직 add가 무엇인지(매개변수 개수·형, 반환형) 모르는 상태입니다.

#include <stdio.h>
 
int add(int a, int b);   /* 프로토타입: add의 존재를 미리 알림 */
 
int main(void) {
    int result = add(3, 4);
    printf("%d\n", result);
    return 0;
}
 
int add(int a, int b) {   /* 실제 정의는 main보다 뒤에 위치 */
    return a + b;
}

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프로토타입 한 줄이 main보다 위에 있으므로, 컴파일러는 add(3, 4)를 만나는 순간 “정수 두 개를 받아 정수를 반환하는 함수가 있다”는 사실을 이미 알고 있어 문제없이 컴파일됩니다. 자주 틀리는 점: 프로토타입 없이 함수를 자신의 정의보다 먼저 호출하면, 컴파일러에 따라 경고 또는 오류가 발생하거나(특히 매개변수 형이 다르면), 잘못된 방식으로 인자를 해석해 예상과 다른 결과가 나올 수 있습니다.

2. 값 전달(pass by value) — C 함수 호출의 기본 원칙

C에서 함수에 인자를 넘기면, 인자 값의 복사본이 함수 안의 매개변수에 전달됩니다. 이를 값에 의한 전달(pass by value, 값 전달)이라고 부릅니다.

#include <stdio.h>
 
void addOne(int n) {
    n = n + 1;
    printf("함수 안 n: %d\n", n);
}
 
int main(void) {
    int x = 5;
    addOne(x);
    printf("함수 밖 x: %d\n", x);
    return 0;
}

함수 안 n: 6
함수 밖 x: 5

해석: n은 x의 값을 복사해 받은 완전히 별개의 변수입니다. addOne 함수 안에서 n을 아무리 바꿔도, 함수를 호출한 쪽의 x는 전혀 영향을 받지 않습니다. 이것이 “값 전달”의 핵심입니다.

쉽게 말하면: 함수를 부를 때 원본을 건네주는 것이 아니라 원본을 복사한 사본을 건네줍니다. 함수 안에서 사본을 아무리 고쳐도 원본은 그대로입니다.

자주 틀리는 점: “함수에 변수를 넘기면 그 변수가 함수 안에서 바뀐 대로 함수 밖에서도 바뀐다”고 착각하는 경우가 매우 흔합니다. C에서 함수 호출만으로는 호출한 쪽의 변수를 바꿀 수 없습니다. 호출한 쪽의 원본 변수를 바꾸려면 주소를 전달해 포인터로 접근해야 하며, 이는 12~13편에서 다룹니다.

return의 역할

return은 함수 실행을 즉시 종료하고, 지정한 값을 호출한 자리로 돌려줍니다. return을 만나면 그 아래 남은 코드는 실행되지 않습니다. 반환형이 void인 함수는 값을 돌려주지 않으며, return;(값 없이)으로 중간에 함수를 끝내거나, 함수 끝까지 도달하면 자동으로 종료됩니다.

3. 지역 변수와 전역 변수의 범위

지역 변수(local variable, 지역 변수)는 함수(또는 블록) 안에서 선언되어, 그 함수(블록)가 실행되는 동안에만 존재하고 함수가 끝나면 사라집니다. 전역 변수(global variable, 전역 변수)는 함수 밖에서 선언되어, 프로그램이 실행되는 내내 존재하며 모든 함수에서 접근할 수 있습니다.

#include <stdio.h>
 
int counter = 0;   /* 전역 변수 */
 
void increase(void) {
    int counter = 100;   /* 지역 변수: 전역 변수와 이름만 같은 별개의 변수 */
    counter++;
    printf("함수 안 counter: %d\n", counter);
}
 
int main(void) {
    increase();
    printf("함수 밖 counter: %d\n", counter);
    return 0;
}

함수 안 counter: 101
함수 밖 counter: 0

해석: increase 함수 안에서 int counter = 100;으로 같은 이름의 지역 변수를 새로 선언했습니다. 이렇게 되면 함수 안에서 counter를 쓸 때는 바깥의 전역 변수가 아니라 가장 가까운 범위(scope, 스코프)의 지역 변수가 우선됩니다. 이 현상을 가리기(shadowing, 섀도잉)라고 부릅니다. 함수 안의 counter++는 지역 변수 101을 만들 뿐, 전역 변수 counter는 여전히 0으로 남습니다.

자주 틀리는 점: 지역 변수가 전역 변수와 이름이 같으면, 그 지역 변수의 범위 안에서는 전역 변수에 접근할 수 없게 가려집니다(사라지는 것이 아니라 가려질 뿐입니다). 시험에서는 이런 이름 충돌 코드를 주고 “각 counter가 가리키는 것이 무엇인가”를 묻습니다.

4. 함수 호출과 스택 프레임

06편·05편에서 스택(stack) 영역의 큰 그림을 소개했습니다. 이제 함수가 호출될 때 스택에 정확히 무슨 일이 일어나는지 살펴봅니다.

함수가 호출될 때마다, 그 함수를 위한 스택 프레임(stack frame, 스택 프레임)이 스택 영역에 새로 쌓입니다(push). 스택 프레임에는 그 함수의 매개변수, 지역 변수, 그리고 함수가 끝난 뒤 되돌아갈 위치(복귀 주소)가 저장됩니다. 함수가 끝나면 그 스택 프레임은 통째로 제거됩니다(pop).

#include <stdio.h>
 
int square(int x) {
    int result = x * x;
    return result;
}
 
int main(void) {
    int a = 4;
    int b = square(a);
    printf("%d\n", b);
    return 0;
}

해석: square(a)를 호출하는 순간 square만을 위한 새 스택 프레임이 스택 맨 위에 쌓입니다. 이 프레임 안의 x, result는 square가 실행되는 동안에만 존재하는 지역 변수입니다. return result;가 실행되면 그 값(16)이 호출한 자리로 전달되고, square의 스택 프레임은 완전히 제거됩니다. 이후 main에서 x나 result라는 이름의 변수에 접근하는 것은 불가능합니다(애초에 main의 스택 프레임에는 그런 변수가 없었기 때문입니다).

재귀 호출 시 스택 프레임이 쌓이는 모습

함수가 자기 자신을 호출하는 것을 재귀(recursion, 재귀)라고 합니다. 재귀 호출은 호출할 때마다 매번 새로운 스택 프레임이 별도로 쌓인다는 점을 이해하면 헷갈리지 않습니다.

int factorial(int n) {
    if (n <= 1) {
        return 1;
    }
    return n * factorial(n - 1);
}

factorial(3)을 호출하면 스택에는 다음과 같이 프레임이 쌓입니다.

가장 안쪽(factorial(1))부터 값이 확정되며 스택 프레임이 하나씩 제거(pop)되고, 그 값을 이용해 바깥쪽 호출이 순서대로 완료됩니다: factorial(1)이 1을 반환 → factorial(2)가 2 * 1 = 2를 반환 → factorial(3)이 3 * 2 = 6을 반환합니다.

자주 틀리는 점: 재귀 함수의 각 호출은 서로 다른 스택 프레임을 가지므로, n이라는 같은 이름의 변수라도 호출 깊이마다 값이 다른 별개의 변수입니다. “재귀 호출에서 n을 바꾸면 이전 호출의 n도 바뀐다”는 것은 잘못된 생각입니다. 또한 if (n <= 1) return 1;처럼 재귀를 멈추는 조건(기저 조건, base case)이 없으면 스택 프레임이 무한히 쌓이다가 메모리가 고갈되는 스택 오버플로(stack overflow, 스택 오버플로)가 발생합니다.

핵심 정리

• 함수 정의는 본문 포함, 함수 선언(프로토타입)은 본문 없이 존재만 알림. 프로토타입은 호출보다 먼저 나와야 한다.
• C는 인자를 값으로 전달한다. 함수 안에서 매개변수를 바꿔도 호출한 쪽의 원본 변수는 바뀌지 않는다.
• 지역 변수는 함수(블록) 실행 동안만 존재하고, 전역 변수는 프로그램 실행 내내 존재한다.
• 지역 변수와 전역 변수의 이름이 같으면 지역 변수가 전역 변수를 가린다(shadowing).
• 함수를 호출할 때마다 그 함수만의 스택 프레임이 push되고, 함수가 끝나면 pop되어 사라진다.
• 재귀 호출은 호출마다 별도의 스택 프레임을 쌓으며, 기저 조건이 없으면 스택 오버플로가 발생한다.

마무리 복습

참고 자료

• 국가평생교육진흥원 독학학위제: https://bdes.nile.or.kr