C 표준 라이브러리

3. 주요 기능

C 언어는 파스칼이나 PL/I 등 기존 프로그래밍 언어와 달리 문자열 조작이나 입출력 등 기본적인 기능을 내장하지 않았다. 이후 C 언어 사용자는 현재 표준 C 라이브러리의 원형이 되는 개념과 구현을 공유하게 되었다.

C 언어 보급과 함께 라이브러리에서도 많은 방언이 생겨났지만, 1989년(ISO/IEC 9899:1990) ANSI에 의한 C 언어 표준 규격 제정으로 통일되었고, 몇 가지 새로운 개념이 도입되면서 표준 C 라이브러리가 되었다.

이후 표준 규격 개정은 주로 표준 C 라이브러리에 기능을 추가하는 방향으로 이루어졌다. 1995년(ISO/IEC 9899/AMD1:1995)에는 와이드 문자 조작 관련 함수군이, 1999년(ISO/IEC 9899:1999, C99)에는 복소수 및 수학 연산 관련 함수군이 대폭 추가되었다. 2011년(ISO/IEC 9899:2011, C11)에는 정렬, 멀티스레드, 유니코드, 메모리 경계 검사 함수 등이 추가되었다.

3. 1. 표준 헤더

``, ``, ``는 구현에 따라 지원되지 않을 수 있다. (조건부 기능)

POSIX 표준은 유닉스 계열 시스템을 위한 비표준 C 헤더를 추가한다.

3. 1. 1. 진단 기능 (`assert.h`)

4. 구현

C 표준 라이브러리는 다양한 운영 체제와 컴파일러에서 구현되어 제공된다. 주요 구현체는 다음과 같다.

• BSD libc: BSD 운영 체제에서 사용된다.
• GNU C 라이브러리 (glibc): 리눅스, GNU 허드, GNU/kFreeBSD 등에서 사용된다.
• 마이크로소프트 C 런타임 라이브러리: 마이크로소프트 비주얼 C++의 일부로 제공된다. 윈도우 10 및 11의 UCRT(Universal C Run Time)는 C99를 준수한다.
• dietlibc: C 표준 라이브러리의 대안적인 소규모 구현 (MMU 없음)
• μClibc: 임베디드 μClinux 시스템용 C 표준 라이브러리 (MMU 없음)
• uclibc-ng: μClibc의 포크, 메모리 관리 장치 (MMU) 지원
• Newlib: 임베디드 시스템용 C 표준 라이브러리^[5] 및 윈도우용 Cygwin GNU 배포판에서 사용
• klibc: 주로 리눅스 시스템 부팅용
• musl: 리눅스 시스템을 위한 경량 C 표준 라이브러리 구현^[6]
• Bionic: 구글이 안드로이드 임베디드 시스템 운영 체제를 위해 개발, BSD libc에서 파생
• picolibc: Keith Packard가 개발, Newlib 및 AVR Libc의 코드를 기반으로 RAM이 제한된 소규모 임베디드 시스템을 타겟팅

4. 1. 컴파일러 빌트인 함수

4. 2. 링킹, libm

4. 3. 탐지

5. 문제점 및 해결책

C 표준 라이브러리의 일부 함수는 버퍼 오버플로우 취약점으로 악명이 높았으며, 버그를 유발하는 프로그래밍을 조장한다는 비판을 받아왔다.^[12] 1988년 이전에 `gets()`의 취약점을 악용한 모리스 웜이 생성되기도 했다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 ISO C 위원회는 기술 보고서 TR 24731-1^[12]을 발행하고 TR 24731-2^[13]를 작성하여, 범위 검사 및 자동 버퍼 할당을 포함하는 함수들을 제안했다. TR 24731-1은 C11 표준^[12]의 부록 K에 포함되었으며, Win32 및 Win64 플랫폼용 Microsoft의 C/++ 런타임 라이브러리(CRT)에 구현되었다.

하지만 TR 24731-1은 심각한 비판을 받기도 했으며,^[14][15] TR 24731-2는 엇갈린 반응을 얻었다. 마이크로소프트의 구현도 TR 24731-1 및 부록 K와 완전히 호환되지 않아^[16] 이식성에 문제가 있을 수 있다. 따라서, 이식성이 중요한 프로젝트에서는 경고를 비활성화하거나 무시하는 경우가 일반적이다.^[17]

5. 1. 버퍼 오버플로우 취약점

• 문자열 조작 루틴: `strcpy()`, `strcat()` 함수는 경계 검사를 하지 않아 버퍼 오버플로우가 발생할 수 있다.^[58]
• 일반적인 문자열 루틴: 부작용으로 인해 무책임한 버퍼 사용을 유발하며, 널 종료 출력과 선형 길이 계산을 항상 보장하지는 않는다.^[59]
• `printf()` 관련 루틴: 형식 문자열이 주어진 인자와 맞지 않으면 실행 스택을 망가뜨려 포맷 스트링 공격을 유발한다.^[58]
• `gets()`, `scanf()` 계열 입출력 루틴: 입력 길이 검사가 부족하다.^[58]

5. 2. 스레딩 문제, 경쟁 상태 취약점

5. 3. 오류 처리

6. 표준화

다른 언어들과 달리, 초기 C 언어는 입출력 동작 같은 내장 함수들을 제공하지 않았다. 시간이 지나면서 C 사용자 커뮤니티는 현재 C 표준 라이브러리라고 불리는 것을 구현하고 공유했으며, 이러한 아이디어들 중 많은 수가 결국 표준 C 언어의 정의에 포함되었다.

유닉스와 C는 모두 벨 연구소에서 1960년대 후반에서 1970년대에 만들어졌다. 1970년대 동안 C 언어는 점점 유명해졌고, 많은 대학교들과 단체들이 자신의 프로젝트를 위해 이 언어를 자신만의 형태로 만들었다. 1980년대 초, 이들 간에 호환성 문제가 발생하자, 1983년 미국 국립 표준 협회(ANSI)는 C의 표준 명세를 확립하기 위한 위원회를 구성했고, 이는 ANSI C로 불리게 되었다. 이 작업은 1989년 C89라고 불리는 표준이 만들어지면서 완료되었다.

POSIX 또는 SUS는 기본 C 표준 라이브러리에서 사용 가능한 것 외에 추가적인 루틴들을 명시하였다. POSIX 명세는 멀티스레딩, 네트워킹, 정규 표현식에 대한 헤더 파일들을 포함한다. 이러한 것들은 종종 C 표준 라이브러리 기능들과 함께 구현되기도 한다. 예를 들어, glibc는 `libc.so` 내에 `fork` 같은 함수들을 구현하였다. 종종 POSIX 명세의 기능은 라이브러리의 한 부분으로 여겨질 수 있다. 기본 C 라이브러리는 ANSI 또는 ISO C 라이브러리로 식별된다.

'''BSD libc'''는 프리BSD, 넷BSD, 오픈BSD, macOS와 같은 BSD 운영 체제에서 사용되는 C 라이브러리에서 지원하는 POSIX 표준 라이브러리의 상위 집합이다. BSD libc는 원본 표준에서 정의되지 않은 몇몇 확장들을 가지며, 1994년 릴리즈된 4.4BSD에서 처음 선보여졌다. BSD libc의 확장들 중 몇몇은 다음과 같다:

• `sys/tree.h`는 레드-블랙 트리 및 스플레이 트리 구현을 포함한다.^[19][20]
• `sys/queue.h`는 연결 리스트, 큐, 테일 큐 등의 구현을 포함한다.^[21][22]
• `stdio.h`에 정의된 `fgetln()`은 파일을 한 줄씩 읽는 데 사용될 수 있다.^[23][24][25]
• `fts.h`는 파일 계층 구조를 탐색하는 함수들을 포함한다.^[26][27]
• `db.h`는 버클리 DB에 연결하는 함수들을 포함한다.^[28][29]
• `strlcat()` 및 `strlcpy()`는 `strncat()` 및 `strncpy()`의 보안 대체 함수이다.^{[30][31][32][33][34]}
• `err.h`는 형식이 지정된 오류 메시지를 인쇄하는 함수들을 포함한다.^[35][36]
• `vis.h`는 `vis()` 함수를 포함한다. 이 함수는 출력할 수 없는 문자를 시각적 형식으로 표시하는 데 사용된다.^[37][38][39]

7. 다른 언어에서의 C 표준 라이브러리

C++(와)과 같은 몇몇 언어들은 자신의 라이브러리에 C 표준 라이브러리의 기능을 포함한다. 라이브러리는 그 언어의 구조에 맞게 채택되지만, 동작 의미는 비슷하게 유지된다. 예를 들어 C++은 C 표준 라이브러리 기능을 `std` 이름공간(예: `std::printf`)에 포함하며, 헤더 파일도 C의 것과 비슷하다(`cstdio`, `cmath`, `cstdlib` 등). D, 파이썬(C파이썬)과 같은 다른 언어들도 비슷한 접근 방식을 취한다. 예를 들어 파이썬 2에서 빌트인 파일 객체들은 "C의 `stdio` 패키지를 사용해서 구현되었다"^[73]고 정의되어, 사용 가능한 연산들(open, read, write 등)은 상응하는 C 함수들과 같은 동작을 한다고 기대할 수 있다.

7. 1. C++

8. 다른 언어들의 표준 라이브러리와의 비교

C 표준 라이브러리는 다른 언어들의 표준 라이브러리에 비해 작다. C 라이브러리는 수학, 문자열 조작, 형 변환, 파일과 콘솔 기반 입출력 함수들의 기본 집합을 제공한다. C++ 표준 템플릿 라이브러리처럼 컨테이너 타입의 표준 집합을 포함하지 않으며, 그래픽 사용자 인터페이스(GUI) 툴킷, 네트워킹 도구, 자바 및 .NET 프레임워크가 표준으로 제공하는 풍부한 기타 기능도 포함하지 않는다. 이러한 작은 표준 라이브러리의 장점은 ISO C 환경을 다른 언어들보다 더 쉽게 제공한다는 것이며, 결과적으로 C를 새로운 플랫폼에 이식하는 것이 상대적으로 쉽다.

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