C의 불리언: stdbool.h, _Bool, 그리고 참/거짓 판정

C는 처음 27년 동안 불리언 타입 없이 지냈습니다. 실수로 빠뜨린 게 아니라 의도된 설계 결정이고, 그 결과는 C를 배우는 첫날부터 마주치게 되며, 여기서 곧바로 따라 나오는 유명한 버그가 하나 있습니다.

0은 거짓, 나머지는 모두 참

C의 조건 규칙에는 특별한 참/거짓 값이 없습니다. if, while, for, &&, ||, !은 모두 딱 하나만 묻습니다. 이 값이 0인가?

#include <stdio.h>

int main(void) {
    if (1)    printf("1은 참입니다\n");
    if (42)   printf("42는 참입니다\n");
    if (-7)   printf("-7은 참입니다\n");
    if (0.5)  printf("0.5는 참입니다\n");

    if (0)    printf("이 줄은 절대 출력되지 않습니다\n");
    if (0.0)  printf("이 줄도 마찬가지입니다\n");

    printf("done\n");
    return 0;
}

음수도 참입니다. 소수도 참입니다. 널이 아닌 포인터도 참입니다. 타입이 무엇이든 오직 0만 거짓입니다.

그래서 C 코드에는 규칙을 알기 전까지는 지나치게 짧아 보이는 관용구가 가득합니다.

if (count)            /* count가 0이 아니면 */
if (!count)           /* count가 0이면 */
if (p)                /* p가 NULL이 아니면 */
if (!strcmp(a, b))    /* 두 문자열이 같으면 - strcmp는 일치할 때 0을 반환 */

마지막 줄에서 많은 사람이 걸립니다. strcmp는 문자열이 일치할 때 0을 반환하므로, if 안에서 "같다"가 "아니다"로 읽히는 것이죠. if (strcmp(a, b) == 0)이라고 쓰면 더 명확하면서 하는 일은 똑같습니다.

비교 연산은 int를 내놓습니다

C에서 비교는 특별한 종류의 표현식이 아닙니다. 값이 1 또는 0인 평범한 int로 평가되므로, 출력하거나 저장하거나 산술에 쓸 수 있습니다.

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int a = 5, b = 8;

    int result = (a < b);
    printf("(a < b)는 %d\n", result);      /* 1 */
    printf("(a > b)는 %d\n", a > b);       /* 0 */
    printf("(a == 5) + (b == 8) = %d\n", (a == 5) + (b == 8));  /* 2 */

    /* 비교 결과가 1 또는 0이라는 사실을 이용한 개수 세기: */
    int scores[] = {45, 78, 92, 60, 88};
    int passed = 0;
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        passed += (scores[i] >= 60);   /* 참이면 1, 거짓이면 0을 더함 */
    }
    printf("5명 중 %d명 합격\n", passed);
    return 0;
}

! 연산자도 같은 방식입니다. 피연산자가 0이면 1을, 아니면 0을 내놓습니다. 그래서 !!x는 어떤 값이든 정확히 0이나 1로 정규화하는 고전적인 관용구입니다.

bool, true, false (C99)

C99는 _Bool이라는 진짜 불리언 타입과, 거기에 읽기 좋은 이름을 붙여 주는 헤더를 추가했습니다.

#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>

int main(void) {
    bool is_ready = true;
    bool has_error = false;

    printf("is_ready  = %d\n", is_ready);    /* 1이 출력됨 */
    printf("has_error = %d\n", has_error);   /* 0이 출력됨 */

    if (is_ready && !has_error) {
        printf("진행합니다.\n");
    }
    return 0;
}

<stdbool.h>는 아주 작습니다. bool을 _Bool로, true를 1로, false를 0으로 정의하는 게 헤더의 전부입니다. 하지만 이것을 쓰면 int flag = 1;이 결코 해내지 못하는 방식으로 의도가 눈에 보입니다.

_Bool에는 진짜로 구별되는 동작이 하나 있습니다. 0 또는 1만 저장한다는 것입니다. 0이 아닌 값을 대입하면 정확히 1로 변환됩니다.

#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>

int main(void) {
    int    as_int  = 42;
    bool   as_bool = 42;      /* 1로 변환됨 */

    printf("42를 담은 int:  %d\n", as_int);
    printf("42를 담은 bool: %d\n", as_bool);   /* 42가 아니라 1 */

    bool from_pointer = (void *)0;   /* NULL -> false */
    printf("NULL로 만든 bool: %d\n", from_pointer);
    return 0;
}

printf에는 여전히 불리언용 %b가 없습니다. %d로 출력하거나, 직접 텍스트로 변환하세요.

#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>

const char *yes_no(bool b) {
    return b ? "true" : "false";
}

int main(void) {
    bool connected = true;
    printf("connected: %s\n", yes_no(connected));
    printf("empty:     %s\n", yes_no(false));
    return 0;
}

C23에서는 이것이 한층 더 간단해졌습니다. bool, true, false가 진짜 키워드가 되어 헤더 포함이 더 이상 필요 없습니다. 다만 오늘날 대부분의 코드는 여전히 C17을 대상으로 하니 #include <stdbool.h>는 남겨 두세요.

함수에서 불리언 반환하기

bool이 자기 자리를 가장 분명하게 증명하는 곳입니다.

#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>

bool is_even(int n) {
    return n % 2 == 0;
}

bool is_in_range(int value, int low, int high) {
    return value >= low && value <= high;
}

int main(void) {
    printf("is_even(10)            = %d\n", is_even(10));
    printf("is_even(7)             = %d\n", is_even(7));
    printf("is_in_range(5, 1, 10)  = %d\n", is_in_range(5, 1, 10));
    printf("is_in_range(50, 1, 10) = %d\n", is_in_range(50, 1, 10));

    if (is_even(10) && is_in_range(10, 1, 20)) {
        printf("10은 범위 안에 있는 짝수입니다.\n");
    }
    return 0;
}

반환 타입이 bool이면 그 값이 무슨 뜻인지 호출자에게 알려 줍니다. check_file이라는 함수의 반환 타입이 int라면 불리언일 수도, 개수일 수도, 오류 코드일 수도 있습니다. 그리고 C 라이브러리 관례에서는 세 번째인 경우가 많은데, 그때는 0이 성공을 뜻합니다. 타입을 명시하면 추측할 일이 사라집니다.

= 대 == 버그

대입은 대입된 값을 결과로 내놓는 표현식이고 0이 아닌 값은 모두 참이므로, 다음 코드는 그대로 컴파일됩니다.

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int x = 10;

    if (x = 5) {                     /* 비교가 아니라 대입 */
        printf("분기가 실행됨. 이제 x는 %d\n", x);
    }

    printf("x = %d (원래 값 10은 사라짐)\n", x);
    return 0;
}

두 가지가 한꺼번에 잘못됐습니다. 조건이 x에 5를 대입해 원래 값을 없앴고, 그다음 0이 아닌 5를 검사했으므로 분기가 실행됐습니다. 이 프로그램에는 기본 설정에서 오류도 경고도 없습니다.

더 나쁜 건 0을 쓴 버전은 분기가 결코 실행되지 않는다는 점입니다.

if (found = 0) { /* 절대 실행되지 않음 - 게다가 found는 이제 0 */ }

유용한 순서대로 세 가지 방어책이 있습니다.

경고를 켜고 컴파일하세요. -Wall이 이것을 잡아냅니다.

warning: suggest parentheses around assignment used as truth value

경고를 0으로 만드는 것이 여기서의 진짜 해결책이고, 비용은 플래그 하나입니다.

상수를 앞에 쓰세요. "요다 조건문"은 오타를 컴파일 오류로 바꿔 줍니다.

if (5 == x)   /* 올바름 */
if (5 = x)    /* 오류: lvalue가 아님 - 컴파일러가 막아 줍니다 */

이 방식을 좋아하는 팀도 있고 읽기 어렵다고 여기는 팀도 있습니다. 어느 쪽이든 나름의 근거가 있지만, 효과가 있다는 것만은 분명합니다.

정말 그럴 의도라면 분명하게 쓰세요. 조건 안의 대입은 입력을 읽을 때 진짜로 유용합니다.

int c;
while ((c = getchar()) != EOF) { ... }

c = getchar()를 감싼 추가 괄호는 연산자 우선순위 때문에 반드시 필요하고, 동시에 이 대입이 의도된 것임을 알려 주는 신호이기도 합니다. 이것이 바로 그 관용구입니다. 조건 안의 대입이 이런 모양이 아니라면, 십중팔구 오타입니다.

흔한 불리언 실수

true와 비교하기. if (flag == true)는 stdbool.h와 함께라면 동작하지만, flag가 42를 담은 int가 되는 순간 깨집니다. 42 == 1은 거짓이기 때문이죠. if (flag)라고 쓰세요.

연쇄 비교. if (0 < x < 10)은 항상 참입니다. 0 < x가 0이나 1을 내놓는데, 둘 다 10보다 작으니까요. if (x > 0 && x < 10)이라고 쓰세요.

논리 연산 대신 비트 연산. &와 |는 &&, ||가 아닙니다. 단락 평가를 하지 않고 비트끼리 결합합니다.

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int a = 1, b = 2;

    printf("a && b = %d\n", a && b);   /* 1 - 둘 다 0이 아님 */
    printf("a &  b = %d\n", a & b);    /* 0 - 01 AND 10은 겹치는 비트가 없음 */
    return 0;
}

두 피연산자 모두 "참"인데도 a & b는 0입니다. &&를 써야 할 자리에 &를 쓰면 특정 값에서만 틀리는 조건이 만들어지는데, 이것이 가장 찾기 어려운 종류의 버그입니다.

부동소수점을 같은지 비교하기. if (0.1 + 0.2 == 0.3)은 거짓입니다. 대신 허용 오차와 비교하세요. 이유는 자료형에서 다룹니다.