C 언어란? 다른 모든 것의 밑바탕이 된 프로그래밍 언어

C는 1972년 벨 연구소의 데니스 리치가 유닉스 운영체제를 작성하기 위해 만든, 컴파일 방식의 범용 프로그래밍 언어입니다. 같은 시대에 나온 거의 모든 것보다 오래 살아남았고, 이유는 단순합니다. C는 기계 바로 한 겹 위에 놓여 있습니다. 메모리와 CPU의 실제 능력에 직접 접근하게 해 주면서도, 여전히 사람이 쓴 글처럼 읽힙니다.

반세기가 지난 지금도 C는 다른 언어들이 그 위에 세워지는 언어로 남아 있습니다.

완결된 C 프로그램

여섯 줄에 이 언어의 모양이 다 담겨 있습니다. 실행을 눌러 보세요.

#include <stdio.h>

int main(void) {
    printf("Hello, C!\n");
    return 0;
}

#include <stdio.h>는 표준 입출력 선언을 가져와 printf를 알게 해 줍니다. main은 모든 C 프로그램이 시작하는 곳입니다. printf는 텍스트를 출력하고, \n은 줄바꿈이며, return 0은 프로그램이 성공적으로 끝났음을 운영체제에 알립니다. 이것이 컴파일 가능한 완결된 프로그램입니다. 감싸야 할 클래스도, 밑에 깔린 프레임워크도 없습니다.

C를 다르게 만드는 것

대부분의 현대 언어는 기계를 여러분에게서 감춥니다. C는 의도적으로 그러지 않습니다.

• 네이티브 코드로 컴파일됩니다. C 프로그램은 특정 CPU를 위한 기계 명령어가 되어 직접 실행되며, 중간에 인터프리터도 가상 머신도 없습니다.
• 메모리를 직접 관리합니다. 가비지 컬렉터가 없습니다. 메모리를 요청하고 직접 돌려줍니다. 일이 더 많은 대신, C 프로그램이 메모리를 아주 적게 쓰고 타이밍이 예측 가능한 이유이기도 합니다.
• 작습니다. C의 키워드는 약 32개입니다. 언어 전체를 머릿속에 담을 수 있는데, C++나 자바, 파이썬은 그렇지 않습니다.
• 런타임이 거의 없습니다. C 프로그램은 RAM이 몇 킬로바이트뿐이고 운영체제조차 없는 마이크로컨트롤러에서도 돌아갈 수 있습니다.

그 대가는 안전함 대신 정직함입니다. C는 배열 끝을 넘어 읽거나 이미 해제한 메모리를 쓰는 것을 막지 않습니다. 그런 실수들에는 이름이 있습니다 - 세그멘테이션 폴트, 메모리 누수, 미정의 동작 - 그리고 C를 배운다는 것은 대체로 그것들을 피하는 법을 배우는 일입니다.

C가 실제로 돌아가는 곳

C는 역사 속 유물이 아닙니다. 지금 이 글을 읽고 있는 기기 안에서도 여러 겹으로 돌아가고 있습니다.

• 운영체제. 리눅스 커널은 대략 3천만 줄의 C입니다. 윈도우와 애플 커널의 상당 부분도 C입니다.
• 임베디드 시스템. 자동차, 온도 조절기, 의료 기기, 라우터, 세탁기 속 마이크로컨트롤러는 압도적으로 C로 프로그래밍됩니다. 칩 전체의 메모리가 32KB일 때 C는 종종 유일하게 현실적인 선택지입니다.
• 데이터베이스. SQLite, PostgreSQL, MySQL, Redis는 C 프로그램입니다.
• 언어 런타임. 파이썬의 참조 구현인 CPython은 C로 작성되었습니다. 루비의 MRI, PHP의 Zend 엔진, Lua의 핵심도 마찬가지입니다. 파이썬이 "너무 느릴" 때의 해법은 보통 C 확장입니다.
• 도구와 라이브러리. Git, curl, FFmpeg, OpenSSL, zlib, 그리고 또 SQLite - 컴퓨팅의 기반 계층은 C입니다.

C의 애플리케이션 바이너리 인터페이스가 중요한 이유이기도 합니다. 거의 모든 언어가 C 함수를 호출할 수 있습니다. 파이썬, 러스트, 고, 자바, 자바스크립트 모두 C 라이브러리에 닿는 방법을 가지고 있습니다. C는 언어들 사이의 공용어입니다.

C를 배우는 이유

정직한 답이 두 가지 있고, 각각 다른 사람을 가리킵니다.

시스템 쪽 일 - 커널, 드라이버, 임베디드 펌웨어, 데이터베이스 - 을 하고 싶다면, C는 그 분야의 실무 언어이고 그 영역의 채용 공고 대부분이 (흔히 C++나 Rust와 나란히) C를 직접 언급합니다. C를 편하게 읽지 못하면 리눅스나 PostgreSQL, 마이크로컨트롤러 코드베이스에 기여하기가 어렵습니다.

이미 쓰는 언어를 더 잘하고 싶다면, C는 그 밑에 무엇이 있는지 가르쳐 줍니다. C를 하고 나면 배열 인덱스가 왜 0부터 시작하는지, 문자열이 진짜로 무엇인지, 큰 객체를 값으로 넘기는 것이 왜 비싼지, 스택과 힙이 무엇인지, 널 포인터가 실제로 무엇을 가리키는지 알게 됩니다. 이 개념들은 모든 언어에 등장합니다. C는 그것들이 감춰지지 않고 눈에 보이는 곳입니다.

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int x = 42;
    int *p = &x;   /* p는 x의 주소를 담는다 */

    printf("값: %d\n", x);
    printf("주소: %p\n", (void *)p);
    printf("포인터를 통한 값: %d\n", *p);
    return 0;
}

이 프로그램은 세 줄짜리 C이면서, 동시에 변수가 무엇인지에 대한 완전한 시연입니다. 어떤 주소에 있는 이름 붙은 상자 말입니다. 대부분의 언어에서는 이 질문 자체를 던질 수조차 없습니다.

C와 C++

C++는 1979년에 "클래스가 있는 C"로 시작해 현존하는 가장 큰 언어 중 하나로 자랐습니다. 클래스, 템플릿, 예외, 연산자 오버로딩, STL, 스마트 포인터, 그리고 C의 명세 전체를 왜소해 보이게 만드는 표준 라이브러리가 있습니다.

실무에서의 관계는 이렇습니다.

• C++는 C의 문법을 유지했으므로 if, for, while, 연산자, 포인터, 배열은 둘 다에서 똑같아 보입니다.
• 잘 쓰인 C 대부분은 C++로도 컴파일됩니다. 몇 가지 예외가 있습니다(예를 들어 C++는 malloc의 결과를 캐스팅해야 합니다).
• C++ 코드는 거의 절대 올바른 C가 아닙니다.

둘 다 배울 생각이라면 C를 먼저 배우는 것이 실질적인 이점입니다. C++는 C의 메모리 모델 위에 그대로 세워져 있고, 사람들이 가장 헷갈려 하는 C++의 부분들 - 포인터, 참조, 복사 의미론, 소멸자 - 은 모두 C가 훤히 보여 주는 문제들에 대한 답이기 때문입니다.

다만 C는 공식적인 의미에서 C++의 부분집합이 아닙니다. 둘은 각자 진화하는 별개의 표준이고, 현대 C에는 C++에 없는 기능도 있습니다(지정 초기화자는 C99에서, restrict 포인터, 가변 길이 배열도 있습니다).

어떤 C인가: 표준 버전들

C는 표준화되어 있고, 오래된 코드를 읽을 때는 버전이 중요합니다.

이 문서들은 C17을 기준으로 하며, 중요한 곳에서는 C99 이상의 기능임을 밝힙니다. 컴파일러는 기본적으로 현대 표준을 쓰지만, 명시할 수도 있습니다.

gcc -std=c17 -Wall -Wextra hello.c -o hello

C에 없는 것

C를 이해하는 일의 절반은 무엇이 없는지 아는 것입니다. 거의 모든 "이건 어떻게 하죠?" 질문의 답이 현대 언어와 다르기 때문입니다.

• 문자열이 없습니다. C의 문자열은 0 바이트로 끝나는 char 배열입니다. 둘을 이어 붙이려면 함수를 호출하고 목적지가 충분히 큰지 걱정해야 합니다.
• 컬렉션이 없습니다. 리스트도, 맵도, 셋도 없습니다. 고정 크기 배열과 포인터가 전부이고, 해시 테이블은 직접 쓰거나 라이브러리를 링크해야 하는 것입니다.
• 예외가 없습니다. 함수는 특별한 값 - -1, NULL, 상태 코드 - 을 반환해 실패를 알리고, 호출자가 확인할 것으로 기대됩니다.
• 제네릭도 오버로딩도 없습니다. 함수 이름 하나는 함수 하나를 뜻합니다. 표준 라이브러리에 세 가지 타입을 위한 abs, labs, fabs가 따로 있는 이유입니다.
• 네임스페이스도 모듈도 없습니다. static이 아닌 모든 함수가 하나의 전역 이름 공간을 공유하므로, C 라이브러리들은 모든 것에 접두사를 붙입니다(sqlite3_open, png_read_info).
• 가비지 컬렉터가 없습니다. 모든 malloc에는 짝이 되는 free가 필요하고, 잊으면 메모리 누수입니다.

이 중 어느 것도 실수로 빠진 게 아닙니다. 일부는 C가 떠안기를 거부한 런타임 기계장치(가비지 컬렉터, 예외 되감기, 늘어나는 문자열)이고, RAM이 2KB인 칩에 들어가는 이유의 큰 부분이 거기에 있습니다. 네임스페이스나 제네릭 같은 다른 것들은 그저 C의 설계보다 나중에 나온 언어 기능이고, 언어를 작게 유지하려고 들이지 않았을 뿐입니다.

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

int main(void) {
    char greeting[32] = "Hello";

    /* 문자열에는 + 연산자가 없다 - 함수를 호출하고 공간을 직접 관리한다. */
    strcat(greeting, ", world!");

    printf("%s\n", greeting);
    printf("길이: %zu 문자\n", strlen(greeting));
    return 0;
}

버퍼가 32바이트인 것은 여러분이 그만하면 충분하다고 결정했기 때문입니다. C는 확인해 주지 않으며, 그 결정 하나에 이 언어의 성격 전체가 담겨 있습니다.

C는 어렵나요?

C는 작지만 봐주는 법이 없습니다. 외울 문법은 많지 않습니다. 일주일이면 언어 전체를 읽을 수 있습니다. 시간이 걸리는 것은 규율입니다. 어느 메모리 조각을 누가 소유하는지 추적하고, 문자열이 0으로 끝나는 바이트 뭉치일 뿐임을 기억하고, 포인터를 따라가기 전에 널이 아닌지 확인하는 일 말입니다.

C의 어려움은 대부분 개념이 아니라 안전장치가 없다는 데 있습니다. 컴파일러는 범위를 벗어난 쓰기나 허공을 가리키는 포인터로부터 구해 주지 않으니, 그래서 정확해지는 법을 배우게 됩니다. (포인터 자체는 처음에 정말로 품이 듭니다. 그게 정상이고, 포인터 장은 천천히 다룹니다.) 그 정확함은 이후에 쓰게 될 모든 언어로 옮겨 가는 기술입니다.