템닉의 개발저장소

1.2 Strengths and Weaknesses of C

 다른 프로그래밍 언어들처럼, C도 장단점이 있다. 장단점 모두 언어의 초기 사용법과 근본 철학에서 나온다. 다음은 C의 근본 철학이다.

• C는 low-level언어이다. 시스템 프로그래밍에 최적화하기 위해서, C는 다른 언어들이 숨기려고 하는 기계적 수준의 개념(바이트나 주소값)에 접근하는 것을 제공해야한다. 또한 C는 컴퓨터 내부 부품에 가깝게 소통하는 명령을 제공하여 빠른 속도의 프로그램을 제공해야한다. 애플리케이션 프로그램이 입출력 저장관리에 의존하기 때문에, 수많은 서비스들, OS는 느리게 동작해서는 안된다.

• C는 작은 언어이다. C는 다른 언어들에 비해 제공되는 기능이 제한되어있다. 기능을 줄여, C는 '라이브러리'라는 표준 기능에 크게 의존한다. 

• C는 관대한 언어이다. C는 무엇을 하든 허용해주기에 다른 언어들보다 자유도가 높다. 게다가 C는 다른 언어에서 볼수 있는 디테일한 에러체크를 할 수 있는 권한이 없다.

Strengths

• 효율성. 효율성은 처음부터 C의 장점중 하나였다. 전통적으로 어셈블리어로 작성해오던 애플리케이션들을 대체했기 때문이다. 이것은 C프로그램이 빠르게 돌아가고, 제한된 양의 메모리를 사용하는 데 중요한 역할을 한다.

• 이식성. C의 첫번째 목표가 프로그램 이식성이 아니긴 했지만, 이 언어의 강점중 하나로 밝혀졌다. 컴퓨터에서 슈퍼컴퓨터까지의 범위에서 작동하는 프로그램은 대부분 C로 쓰여졌다. C프로그램 이식성의 이유중 하나는, UNIX와의 연계와 ANSI/ISO표준 덕분에, 모순되지 않는 야매가 생기지 않았다는 것이다. 또다른 이유는, C 컴파일러가 작고 읽기 쉬워 넓게 사용되게 만드는데 도움을 준 것이다. 결국 C는 이식성이라는 특성을 스스로 가지게 되었다.

• 파워. C의 방대한 데이터 형과 연산자는 이 언어를 강력하게 만들었다. 종종 적은 줄의 코드로도 상당히 많은것을 이뤄낼 수 있게 해주었다.

• 융통성. C가 시스템 프로그래밍을 위해 디자인되기는 했지만, 그 분야에만 제한되지 않았다. C는 이제 모든 종류의 어플리케이션에도 사용된다. 임베디드 시스템부터 상업 데이터 프로세싱, 게다가 C는 다른 언어에서 불가능한 연산이 종종 허용되는 등 기능 사용에 대해 제한이 매우 적다. C를 사용했을 때 문자를 정수값이나 부동 소숫점이 있는 수에 추가할 수 있다. 이러한 융통성은 일부 버그를 통과시킬 수 있지만, 프로그래밍을 쉽게 만들수도 있다.

• 표준 라이브러리. C의 가장 큰 강점중 하나는 입력/출력, 문자열처리, 스토리지 할당 및 기타 유용한 작업에 대해 수백가지 기능을 포함하는 표준 라이브러리이다.

• UNIX 통합 환경. C는 UNIX 혹은 LINUX 와 함께 사용할 때 특히 강력하다. 실제로 일부 UNIX 도구는 사용자가 C를 알고있다고 가정하기도 한다.

Weaknesses

• C프로그램은 오류가 잘 생긴다. C의 융통성은 오히려 오류가 발생하기 쉽다는 단점이 있다. 다른 많은 언어에서 감지해주는 프로그래밍 실수는 C컴파일러에 의해서는 감지되지 않는다. 이런점에서, 대부분의 오류가 프로그램이 실행될 때까지 감지되지 않는 어셈블리언어와 유사하다. 게다가, C는 조심하지 않는다면 걸릴 수 있는 함정이 많다. 뒤에서 다루겠지만, 추가 세미콜론이 무한 루프 또는 &기호를 누락시키는 경우가 있다.

• C프로그램은 이해하기 어려울 수 있다. C는 대부분 작은 언어지만, 다른 프로그래밍 언어들에서 찾을 수 없는 여러 기능을 갖고 있다. 이러한 기능들은 다양하게 결합할 수 있는데, 프로그램의 작성자만 알아보기 쉬운 코드가 나올 수 있다. 또, C프로그램이 간결한 특성도 단점이 될 수 있다. C는 컴퓨터와 상호작용이 힘든 경우에 최적화되어 설계되었다. 그 결과, C는 프로그램 입력 및 편집에 필요한 시간을 최소화하기 위해 의도적으로 간결하게 유지되었다. C의 유연성 또한 단점이 될 수 있는데, 자신이 만들고도 이해하기 어려워하는 프로그래머들이 생긴다.

• C프로그램은 수정이 어려울 수 있다. C로 작성된 대형 프로그램은 유지보수를 염두에 두고 설계되지 않은 경우 변경하기 어려울 수 있다. 현대의 프로그래밍 언어는 일반적으로 큰 프로그램을 보다 관리하기 쉬운 부분으로 나누는 것을 지원하는 클래스나 패키지 같은 기능을 제공하지만, C는 그런 기능들이 없다.

Effective Use of C

C를 효과적으로 사용하기 위해서 C의 장점만 활용하고, 단점을 피한다.

• C pitfalls(함정)을 피하는 방법을 배운다. 이 책에서 함정 표시가 있는데, 그것에 주의하여 읽는다. 

• 소프트웨어 도구를 사용하여 프로그램의 안정성을 높인다. C프로그래머는 툴 빌더/유저이다. LINT라는 이름의 C도구가 있는데, 전통적으로 UNIX와 함꼐 제공되며 대부분의 C 컴파일러보다 더 광범위한 오류 분석을 프로그램에 적용할 수 있다. LINT나 유사 프로그램을 사용할 수 있다면 사용하는 것이 좋다. 또한 디버그라는 유용한 도구도 있다. C의 특성상 C컴파일러에 의해 많은 버그를 잡기 힘들다. 대신 런타임오류 혹은 잘못된 출력으로 나온다. 그래서 좋은 디버거를 사용하는 것이 C프로그래머들에게 사실상 필수이다.

• 기존 코드 라이브러리를 활용한다. 많은 사람들이 C를 사용하기에 가질 수 있는 이점중 하나이다. C코드는 종종 라이브러리(기능을 모아둔 것)이 번들로 제공된다. 적합한 라이브러리를 구하는 것은 오류를 줄이고 프로그래밍 노력을 상당히 절약할 수 있는 좋은 방법이다. 공통 업무, 사용자 인터페이스 개발, 그래픽, 통신, 데이터베이스 관리 및 네트워킹을 포함한 라이브러리를 쉽게 이용할 수 있다. 어떤 라이브러리들은 퍼블릭 도메인에 존재하고, 오픈소스에도 있으며, 유료로 팔기도 한다.

• 합리적인 일련의 코딩 규약을 채택한다. 코딩 규칙은 언어에 의해 시행되지 않더라도 프로그래머가 채택하기로 결정한 스타일 규칙이다. 잘 선택된 규칙은 프로그램을 보다 균일하고 읽기 쉽고 수정하기 쉽게 한다. 규칙은 프로그래밍 언어를 사용할 때 중요하지만, 특히 C를 사용할 때는 더욱 중요하다. 위에서 언급한 바와 같이, C의 유연성이 뛰어나서 프로그래머들은 거의 읽을 수 없는 코드를 작성하기도 한다. 

• '트릭'을 피하고, 과도하게 복잡한 코드는 피해라. C는 트릭을 지원한다. C로 주어진 작업을 수행하는 방법이 여러가지가 있는데, 프로그래머들은 종종 가장 간단하고 간결한 코드를 선택하려고 한다. 그러나, 종종 가장 짧은 해결책은 이해하기 어려운 코드를 낳는다. 

• 표준을 준수한다. 대부분의 C컴파일러는 C89 C99표준의 일부가 아닌 언어기능과 라이브러리 기능을 제공한다. 이식성을 위해서 반드시 필요하지 않은 경우, 비표준 기능, 비표준 라이브러리를 사용하지 않는 것이 가장 좋다.

“When someone says: ‘I want a programming language in which I need only say what I wish done’, give him a lollipop.”
'누군가가 원하는 것을 말하기만 하면 되는 프로그래밍 언어를 원한다고 하면, 그에게 사탕을 줘라'
– 앨런 펄리스(Alan J. Perlis)

이 책의 서두부터, C언어가 무엇인지를 한 문장으로 정의해준다. "가장 넓게 쓰이는 프로그래밍 언어로, 1970년 초반(1972년)에 벨 연구소에서 만들어진 언어이다. C에 대한 전반적인 역사, 무엇을 위해 만들어졌고, 시간이 지나며 어떻게 변했는지를 소개한다. 1.1에서는 C의 역사를, 1.2에서는 장단점을 소개한다.

1.1 History of C

Origins

  C는 벨 연구소의 Ken Thompson, Dennis Ritchie 등이 개발한 UNIX OS에서 파생되었다. UNIX는 그당시 다른 OS들과 마찬가지로 어셈블리어로 쓰여졌다. 어셈블리어는 유지보수하기 매우 힘들었기에, Thompson은 UNIX의 더 나은 발전을 위해 high-level의 언어가 필요하다고 결심한다. 그렇게 BCPL의 앞글자인 B라는 언어를 만들었다. 이어서 Ritchie가 UNIX 프로젝트에 참여하고 B로 프로그래밍하기 시작했다. 1970년, PDP-11을 UNIX에 적용시키기 위해 Thompson은 UNIX를 B로 일부 수정하였고, 1971년에 B가 UNIX에 적합한 언어가 아님이 명백해졌다.

 그렇게 1972년에 Ritchie가 B의 확장버전을 만들게 된다. 처음에는 새로운 B라는 의미의 NB라고 불렸으나 B와 다른부분이 많이 생기자 C로 바꾸었다. C언어는 1973년, UNIX를 C로 수정하기에 충분히 안정적이었다. C로 바꾸면서 갖게된 중요한 장점은 이식성이다. 다른 컴퓨터에서 작성된 C컴파일러는 UNIX가 돌아가는 다른 기계에서도 잘 작동했다.

Standardization

 C는 1970년대 이후로 계속 발전했지만, 특히 1977년에서 1979년에 K&R이라는 책이 나오면서 크게 발전했다. Brian Kernighan과 Dennis Ritchie가 출판했는데, 정식명칭은 The C Programming Language이고, C프로그래머들의 교과서가 되었다. 이 책은 지금도 사실상 C언어의 공식 표준으로 남아있다. 

 70년도에는, C프로그래머들이 비교적 적었고, 그들 중 대다수는 UNIX유저였다. 그러나 1980년이 되면서 C는 다른 OS를 기반으로하는 다양한 기계들에서도 적합하게 돌아가는것이 밝혀졌다. 특히, 이때 급성장한 IBM컴퓨터 플랫폼에서 발전하기 시작했다.

 C가 유명해지면서 문제도 생겼다. 새로운 C컴파일러를 쓰는 프로그래머들은 K&R에만 의존할 수 밖에 없었다. K&R은 몇몇 언어의 기능이 추상적이었고, 컴파일러들은 종종 이런 기능들을 다르게 대했다. 또한 K&R은 C에 속하는 기능과 UNIX에 속하는 기능에 대한 명확한 구분에 실패했다. 더 심각한 문제는, C가 K&R 출판 이후에도 새로운 기능이 추가되고 오래된 기능이 없어지는 등 계속 발전해갔다는 것이다. 철저하고, 정확하고, 최신의 자료의 필요성이 명백해졌다. 표준 없이, 다양한 야매가 생겨나기 시작했고, C의 이식성이라는 장점을 위협하게 되었다. 

  C의 US표준은 1983년에 ANSI(미국표준기구)의 지원 아래에서 이루어졌다. 많은 수정끝에, 1988년에 표준이 완성되었고, 1989년에 X3.159-1989라는 이름으로 정식 승인이 났다. 1990년에는 ISO(국제 표준화 기구)에서 ISO/IEC 9899:1990이라는 이름으로 국제 표준을 승인받았다. 이런 버전은 주로 C89, C90으로 불리며, 구식버전의 C는 차별화하기 위해 K&R C라고도 부른다. 부록C에 C89와 K&R C에 대해 비교해 두었다. 더 수정을 거쳐서 1999년에 ISO/IEC 9899:1999라는 이름으로 새로운 기준을 갖게 되었고 이를 C99라고 부른다. 

 C99는 아직 전세계적이지 않기 때문에, 몇백만줄의 코드가 옛버전의 C를 쓰기 때문에 C99의 기능이 먹히지 않는 컴파일러도 있다.

C기반 언어

C는 현재 프로그래밍 언어들에도 큰 영향을 미쳤다. 다음은 유명한 C기반 언어들이다.

• C++ 는 C의 모든 기능들을 포함하지만, 객체지향 프로그래밍을 할 수 있도록 클래스와 다른 기능이 추가되었다.
• JAVA 는 C++을 기반으로 하여 C기능들을 상속받았다.
• C# 은 C++과 JAVA에서 파생된 최신 언어이다.
• Perl 은 원래 꽤 간단한 스크립팅 언어였다. 시간이 지나 성장하면서 C의 기능들을 가지고 왔다.

 새로운 언어들이 나왔는데, C를 배워야할까? 필자는 다음과 같은 이유로 배우는 것이 좋다고 말한다. 첫번째로, C를 배우는 것은 C++과 JAVA 등 C기반언어의 기능에 대해 넓은 통찰력을 기를 수 있게 해준다. 최신언어를 먼저 배운 프로그래머들은 종종 C에서 상속된 기능이나 기본 기능을 숙련하는데 실패하기도 한다. 두번째로, 곳곳에 오래된 C프로그램들이 많다. 어떨때는 이런 코드들을 읽고 유지보수하는 것이 필요하다. 마지막으로 C는 여전히 새로운 소프트웨어를 개발하는데 넓게 쓰이고 있다. 특히 메모리나 CPU의 성능이 제한된 상황이나, C의 단순함이 필요한 상황에서.

 아직 C기반 언어를 써보지 않았다면, 이 책은 그런 언어들을 공부하는데 훌륭한 연습이 될것이다. 이 책에서는 데이터 추상화, 정보은닉, 그리고 객체지향 프로그래밍의 큰 틀을 다루는 원칙을 강조할 것이다. C++은 C의 기능을 모두 갖고 있기에, C++을 다루기 전에 이 책의 모든 것을 배워야한다. 많은 C의 기능들은 C기반 언어에서 찾아볼 수 있다.

• 소프트웨어의 5단계
• 상속의 조건
  • public 상속은 is-a관계가 성립되도록 하자. (ex. Person is a Student(x) Student is a Person(o))
  • HAS-A에 의한 상속
• 객체 포인터
  • 객체의 주소값을 저장할 수 있는 포인터
  • AAA클래스의 포인터는 AAA객체 뿐만 아니라, AAA의 하위 클래스 객체의 주소값도 저장 가능하다.
• 객체포인터의 권한
  • 포인터를 통해서 접근할 수 있는 객체 멤버의 영역.

#include <iostream>
using namespace std;
class AAA
{
  public:
    virtual void fct(){
      cout<<"AAA"<<endl;
    }
};
class BBB : public AAA
{
  public: 
    void fct(){
      cout<<"BBB"<<endl;
    }
};
class CCC : public BBB
{
  public:
    void fct(){
      cout<<"CCC"<<endl;
    }
};
int main(void) {
  BBB * b= new CCC;
  b->fct();
  AAA * a=b;
  a->fct();
  delete b;
  return 0;
}
//이해해오는게 과제 모르면 목요일 저녁 6시전까지

03-1. C++, 그리고 구조체

 우리는 C언어를 공부하며 구조체에 대한 학습을 했다. 관련된 데이터를 묶었을때, 프로그램의 구현 및 관리를 쉽게 할 수 있기에 구조체가 중요한 역할을 했다. 게임으로 쉽게 예를 들어보자. 다음은 유비소프트 사의 '레인보우 식스:시즈'에 등장하는 한 캐릭터이다.

 이 캐릭터 하나를 구성하는 요소는 얼마나 될까? 생각나는대로만 적어보자면 움직임, 일반공격, 사격, 히트박스, 특수능력, 사운드, 총기 등이 있다. 그리고 이러한 캐릭터는 게임상에서 약 50가지 존재한다. 그렇다면 캐릭터마다 각각의 요소를 코딩하는 것은 상당히 비효율적이고, 힘들 것이다. 이를 위해 구조체가 등장한 것이다. 

 캐릭터들이 공통으로 가지고 있는 움직임, 사격, 일반 공격 등에 대해서 구조체를 사용해 코딩한다면, 더욱 간편한 사용이 가능할 것이다.  C언어 스타일로 구조체를 정의하자면 다음과 같다.

struct Operator
{
    char operName[OP_LEN]; //오퍼레이터(캐릭터) 이름, OP_LEN은 매크로 상수
    int hitboxHEAD; //머리에 입는 데미지
    int hitboxBODY; //몸에 입는 데미지
    int hitboxARMnLEG; //팔다리에 입는 데미지
    int HP; //체력
    int amour; //보호구
    int atkDMG; //사격데미지
    int melDMG; //근접공격데미지
    int sklDMG; //스킬데미지
 }
    

C++도 비슷하게 구조체를 정의하면 된다. 하지만 구조체 변수의 선언 시, 차이점이 생긴다.

C언어에서는 구조체 변수를 다음과 같이 선언할 수 있다.

struct Operator Blitz;

하지만, C++에서는 typedef나 struct 없이 다음처럼 선언하면 된다.

Operator Blitz;

C++의 경우, 윤성우 저, 열혈 C++ 프로그래밍의 내용을 기반으로 포스팅 할 것이다.

또한, PART02 객체지향의 도입부터 포스팅할 것이다. (진도가 많이 나가있기에....)

(그리고 스터디 날짜에 배운 내용을 정리해서 올릴 예정이다.)

C++의 경우, 클래스, 생성자, 상속과 다형성에서 많은 공부를 해야한다고 한다. 

C가 완벽하게 잡히진 않았지만, 공부를 하면서 부족한 부분을 메꾸는 것도 나쁘지 않다고 생각한다.

C 기반 언어인 JAVA와 C#이 등장하고, C 대체 언어인 C++과 Perl이 등장했지만 여전히 C는 강력하게 쓰이고 있다. 

그리고 C 또한 시간이 지나며 바뀌어야 했다. 그렇게 C99이 등장하게 된다.

다음은 KNK 2nd Edition의 특징이다.

1. C89 표준과 C99 표준을 동시에 완벽하게 커버한다.

2. C89와 C99 라이브러리 기능을 모두 포함시켰다.

3. GCC의 적용범위를 확대했다.

4. 추상 데이터형을 새로 적용했다.

5. 국제 문자의 적용범위를 확대했다.

6. 오늘날의 CPU와 운영체제를 반영하여 업데이트했다.

7. 더 많은 예제와 프로그래밍 프로젝트를 추가했다.

8. 선별된 예제와 프로그래밍 프로젝트에 대한 솔루션을 넣었다.

9. 강사를 위한 웹사이트를 만들었다.

다음은 KNK 2nd Edition의 목표이다.

1. 더 명확하고, 가독성있고, 가능한한 재미있게

2. 남녀노소 접근하기 쉽게

3. 현학적이지 않고, 권위있게

4. 쉬운 학습을 위한 구성

5. 언어가 가진 특징에 빠질 수 있게

6. 강조된 스타일

7. 특정 기계, 컴파일러, 운영체제의 의존을 배제

8. 키워드-개념을 이해하기 위한 삽화 사용

부제인 A Modern Approach 중 Modern이 무엇을 의미하는가?

1. C의 관점에서 바라본다.

2. C의 표준 버전을 강조한다.

3. 미신을 폭로한다.

4. 소프트웨어 엔지니어링을 강조한다.

5. C의 로우레벨 특징을 20장 이후에 설명한다. (몰라도 다양한 분야에서 C가 쓰일수 있기에)

6. 수동 최적화를 강조하지 않는다.

이 책은 네가지 파트로 나눠져있다.

1. Basic Features of C 1-10장에서는 독자가 배열과 함수를 이용해 싱글파일 프로그램을 만들수 있게 만든다.

2. Advanced Features of C 11-20장에서는 이전 챕터에서의 지식을 쌓아 올린다. 개념들이 이번 장에서는 약간 더 어려워지고, 특히 포인터, 문자열, 전처리기, 구조체, 공용체, 열거형, 그리고 C의 low-level적 특징들에 대해 깊게 배운다.

3. The Standard C Library 21-27장에서는 모든 컴파일러에서 사용가능한 C라이브러리를 주로 다룬다. 이번 장은 강의용에 적합한 양이지만 참조용으로 쓰일것이다. (양은 많지만, 필요할때만 참고해서 쓸것 같다는 뜻)

4. Reference 부록 A에서는 C연산자의 모든 목록을 보여준다. 부록 B에서는 C99와 C89의 주요 차이점을 묘사했다. 부록 C에서는 C89와 K&R C의 차이점을 보여준다. 부록 D에서는 C89와 C99의 모든 표준라이브러리를 알파벳순으로 정렬했다. 부록 E는 아스키문자 표를 나열했다. 

본격적인 C공부는 1-20장을 순서대로 공부하고, 21-27의 내용을 추가적으로 공부를 해야한다. (특히 22장에서는 입력/출력이 나오는데 21-27장 중에서 가장 중요한 내용이다.)

야매로 공부하려면 8.3(가변길이배열), 9.6(재귀), 12.4(포인터와 다차원배열), 12.5(포인터와 가변길이배열), 14.5(기타 지침), 17.7(함수 포인터), 17.8(restrict 포인터), 17.9(가변길이구조체배열), 18.6(인라인 함수), 19(프로그램 디자인), 20.2(구조체에서의 비트필드), 20.3(기타 low-level 테크닉) 을 빼고 공부하면 된다.

하지만, 제대로 공부하기 위해서는 모두 공부하자.