전역 변수

3. 환경 변수

환경 변수는 일부 운영 체제에서 제공하는 기능이다. OS의 셸(ksh in 유닉스, bash in 리눅스, COMMAND.COM in 도스 및 CMD.EXE in 윈도우) 내에서 일종의 변수이다. 예를 들어 유닉스 및 관련 시스템에서 일반 변수는 `export` 키워드를 사용하면 환경 변수가 된다. 셸 이외의 프로그램 코드는 `getenv()` 및 `setenv()`와 같은 API 호출을 통해 이에 접근해야 한다.

환경 변수는 설정된 프로세스에 로컬이다. 즉, 두 개의 터미널 창(셸을 실행하는 두 개의 다른 프로세스)을 열고 한 창에서 환경 변수의 값을 변경하면 해당 변경 사항은 다른 창에서는 보이지 않는다.

자식 프로세스가 생성될 때 모든 환경 변수와 해당 값을 부모 프로세스에서 상속받는다. 일반적으로 프로그램이 다른 프로그램을 호출할 때 먼저 fork를 통해 자식 프로세스를 생성한 다음 자식이 필요에 따라 환경을 조정하고 마지막으로 자식이 호출할 프로그램으로 자신을 대체한다. 따라서 자식 프로세스는 환경 변수를 사용하여 피어와 통신할 수 없으므로 원격 작용 문제를 방지한다.

4. 언어별 전역 변수

구조적 프로그래밍이 아닌 여러 언어들, 예를 들어 초기 버전의 BASIC, COBOL, 포트란 I (1956)은 전역 변수만 제공했다. 포트란 II (1958)는 지역 변수를 갖는 서브루틴을 도입했고, 전역 변수에 접근하기 위한 `COMMON` 키워드를 도입했다. 포트란 77에서도 `COMMON`의 사용은 계속되었으며,^[1] 이후의 PL/SQL과 같은 언어에도 영향을 미쳤다. 전역 변수를 위한 명명된 `COMMON` 그룹은 구조화된 네임스페이스처럼 작동한다.^[2] 포스, Lua, Perl, 그리고 대부분의 셸에서도 변수는 기본적으로 전역 변수이다.

C/C++, Java, PHP, 기타 언어에서의 전역 변수 사용에 대한 내용은 하위 섹션을 참고하라.

일반적으로 전역 변수는 비국소적인 성질 때문에 나쁜 관행으로 여겨진다. 전역 변수는 잠재적으로 어디에서든 변경될 가능성이 있으며, 프로그램의 일부가 이에 의존하게 될 수 있기 때문이다. 따라서 전역 변수는 상호 의존성을 만들어낼 무한한 가능성을 가지고 있으며, 상호 의존성이 높아지는 것은 복잡성을 증가시킨다. action at a distance|원격 작용 (정보 공학)^영어을 참조.

그러나 전역 변수가 적합한 상황도 있다. 예를 들어, 시스템 시작 시 한 번만 파일에서 읽어들여 이후 다양한 함수를 통해 지속적으로 자주 사용되는 설정 정보를 저장하는 변수를, 함수에 매번 인수로 전달하는 것을 피하기 위해 사용할 수 있다. 또한 병렬로 실행하는 스레드나 시그널 핸들러처럼, 호출 측/피호출 측의 관계를 갖지 않는 코드끼리 섹션 간 정보를 주고받기 위해서도 널리 사용된다. 사용 가능한 메모리 용량이 적은 임베디드 시스템과 같은 엄격한 환경에서는, 전역 변수를 사용할 수밖에 없는 경우도 있다.

또한, C 언어처럼 네임스페이스를 갖지 않는 프로그래밍 언어에서는, 소스 파일을 넘어 전역 변수를 공유할 때, 이름 충돌의 문제도 발생할 수 있다.

각각의 소스 파일이 암묵적인 네임스페이스(익명 네임스페이스)를 정의하는 언어에서는, 전역 네임스페이스를 가진 언어에서 보이는 문제의 많은 부분이 해소되지만, 일부 문제는 적절한 캡슐화를 수행하지 않으면 해결할 수 없다. (뮤텍스와 같은) 적절한 잠금 없이 전역 변수를 사용하고 있는 코드는, 보호 메모리 내의 읽기 전용 값이 아니면 스레드 세이프하지 않다.

헝가리안 표기법에서는, 전역 변수를 사용하고 있음을 소스 코드상에서 명확히 하기 위해, "g_"의 접두사를 붙인다.

전역 변수를 사용하면 소프트웨어 소스 코드를 이해하기 어려워진다. 전역 변수의 값은 프로그램 어디에서든지 참조 및 변경할 수 있으므로, 전역 변수가 어떻게 사용되는지, 그리고 전역 변수의 값(즉, 상태)이 어떻게 변화하는지를 이해하기 위해서는 프로그램 전체를 파악해야 하기 때문이다.

DLL과 같은 많은 시스템은 다른 모듈에 있는 전역 변수의 참조를 직접 지원하지 않으므로, 전역 변수가 많이 사용되는 코드를 분할하여 재사용 라이브러리로 만드는 것은 매우 어렵다. 또한, 전역 변수가 다른 지역 또는 객체 스코프 변수로 대체하기 위해 위험한 이름을 만들어서 발생하는 이름 문제를 유발할 수 있다. 전역 변수와 같은 이름의 지역 변수는 일반적으로 해당 지역 변수의 스코프에서 전역 변수를 숨긴다. 따라서, 더욱 코드의 이해를 어렵게 만든다. 전역 변수에 값의 쓰기는 이해와 예측을 어렵게 하는 부작용을 생성한다. 전역 변수의 이용은 유닛 테스트를 목적으로 하는 코드 분할을 더욱 어렵게 한다. 그러므로, 그것들은 직접적으로 코드의 질 저하를 조장한다.

자바(Java)나 C#(C#)와 같은 후발 객체 지향 언어는 전역 변수를 가지지 않지만, 클래스의 정적 필드 (클래스 변수)가 전역 변수에 해당한다. 정적 필드는 한 번만 호출되는 정적 이니셜라이저 또는 정적 생성자에 의해 초기화 처리를 제어할 수 있지만, 전역 변수와 마찬가지로 비국소적인 성질을 내포하고 있으므로, 남용하면 코드 품질의 저하를 초래한다. 특히, 재할당 가능한 정적 필드를 외부에 공개하는 것은 피해야 한다^[6]。

4. 1. C/C++

5. 전역 변수의 문제점과 대안

전역 변수는 프로그램의 어느 곳에서든 변경될 수 있어 상호 의존성을 높이고, 이는 복잡성을 증가시킨다.

하지만 시스템 시작 시 한 번만 읽어들이는 설정 정보처럼, 전역 변수가 적합한 경우도 있다. 예를 들어, 설정 정보를 담은 변수를 각 함수에 인수로 전달하는 대신 전역 변수로 사용하면 편리하다. 또한 스레드나 시그널 핸들러처럼 호출 관계가 없는 코드 간 정보를 주고받을 때도 전역 변수가 사용된다. 메모리 용량이 제한된 임베디드 시스템 환경에서는 전역 변수 사용이 불가피할 수 있다.

C 언어와 같이 네임스페이스가 없는 프로그래밍 언어에서는 전역 변수 공유 시 이름 충돌 문제가 발생할 수 있다. 각 소스 파일이 암묵적 네임스페이스(익명 네임스페이스)를 정의하는 언어에서는 전역 네임스페이스 문제의 상당 부분이 해소되지만, 적절한 캡슐화 없이는 일부 문제가 남는다. 적절한 잠금(뮤텍스) 없이 전역 변수를 사용하면 스레드 세이프하지 않다.^[6]

헝가리안 표기법에서는 전역 변수임을 명확히 하기 위해 "g_" 접두사를 붙이기도 한다. 전역 변수를 사용하면 프로그램 전체를 파악해야 변수의 사용과 상태 변화를 이해할 수 있어 코드 이해가 어려워진다.

아래는 지역 변수를 사용했을 때의 코드 예시이다.

```cpp

int FunctionA() { return 2; }

int FunctionB(int x) { return x * 10; }

int FunctionC(int x, int y) { return (x + y) / 2; }

int main() {

int x = FunctionA(); // 지역 변수 x를 변경한다

int y = FunctionB(x); // 지역 변수 x를 기반으로 지역 변수 y를 변경한다

int z = FunctionC(x, y); // 지역 변수 x, y를 기반으로 지역 변수 z를 변경한다

return 0;

}

```

지역 변수를 사용하면 함수 호출과 결과를 한눈에 파악하기 쉽다. 각 함수는 독립적이고 입출력이 명확하여 모듈 재사용성이 높다. 반면 전역 변수를 사용하면 함수 선언부와 호출 측만으로는 변수 영향을 파악하기 어렵고, 입출력이 불분명하며 모듈 재사용도 어렵다.

DLL 같은 시스템은 다른 모듈의 전역 변수 참조를 직접 지원하지 않아, 전역 변수가 많은 코드를 분할하여 재사용 라이브러리로 만들기 어렵다. 전역 변수는 이름 충돌 문제를 일으킬 수 있으며, 같은 이름의 지역 변수는 해당 스코프에서 전역 변수를 숨겨 코드 이해를 더욱 어렵게 만든다. 전역 변수 값 변경은 예측 어려운 부작용을 낳고, 유닛 테스트를 위한 코드 분할을 어렵게 하여 코드 품질 저하를 초래한다.

C 언어 및 C++(C++) 표준에서는 전역 변수 초기화 순서가 규정되어 있지 않아, 초기화 순서에 의존하는 코드는 예기치 않은 동작을 유발할 수 있다.

자바(Java)나 C#(C#) 같은 언어는 전역 변수가 없지만, 클래스의 정적 필드(클래스 변수)가 전역 변수와 유사하다. 정적 필드는 정적 이니셜라이저나 정적 생성자로 초기화되지만, 전역 변수처럼 비국소적 성질을 내포하여 남용 시 코드 품질 저하를 초래한다. 특히 재할당 가능한 정적 필드의 외부 공개는 피해야 한다.^[6]

참조

_[1] 웹사이트 Fortran 77 Tutorial https://web.stanford[...]
_[2] 웹사이트 First Steps: Stack & Heap Objects http://www-numi.fnal[...]
_[3] 서적 C in a Nutshell O'Reilly 2006
_[4] 웹사이트 What are the rules for local and global variables in Python? https://docs.python.[...] Python Software Foundation 2020-06-04
_[5] 웹사이트 Declare variables as global http://in.mathworks.[...] The MathWorks, Inc. 2015-02-07
_[6] 웹사이트 OBJ10-J. public static 変数を final 宣言せずに使わない https://www.jpcert.o[...]
_[7] 문서