C (프로그래밍 언어)

3. 문법

C는 C 표준에 의해 규정되는 형식 문법을 갖고 있다. 포트란 77과 같은 언어와 달리, C 소스코드는 free-form 언어로써 형식 코드에 공백을 마음대로 넣을 수 있다.

• 제어 흐름 기본 요소를 포함하여 소수의 고정된 키워드를 가지고 있다: `if/else`, `for`, `do/while`, `while`, 그리고 `switch`. 사용자 정의 이름은 어떤 종류의 시길에 의해서도 키워드와 구별되지 않는다.
• 많은 산술, 비트 연산, 그리고 논리 연산자를 가지고 있다.
• 하나의 문장에서 여러 개의 대입을 수행할 수 있다.
• 함수:
• 필요하지 않을 때 함수 반환 값을 무시할 수 있다.
• 함수 및 데이터 포인터는 임시 런타임 다형성을 허용한다.
• 함수는 다른 함수의 어휘 범위 내에서 정의될 수 없다.
• 변수는 함수 내에서 범위를 가지고 정의될 수 있다.
• 함수는 자신을 호출할 수 있으므로 재귀가 지원된다.
• 데이터 타입은 정적이지만, 약하게 적용된다. 모든 데이터에는 타입이 있지만, 암시적 변환이 가능하다.
• 사용자 정의(typedef) 및 복합 타입이 가능하다.
• 이종 집계 데이터 타입(struct)을 통해 관련 데이터 요소를 단위로 액세스하고 할당할 수 있다.
• 공용체는 겹치는 멤버를 가진 구조체이며, 여러 데이터 타입이 같은 메모리 위치를 공유할 수 있도록 한다.
• 배열 인덱싱은 포인터 산술 연산으로 정의된 보조 표기법이다.
• `enum` 키워드를 사용하여 열거형이 가능하다. 정수와 자유롭게 상호 변환 가능하다.
• 문자열은 별개의 데이터 타입이 아니지만, 관례적으로 구현되는 널 종료 문자 배열이다.
• 컴퓨터 메모리에 대한 저수준 액세스는 기계 주소를 포인터로 변환하여 가능하다.
• 절차(값을 반환하지 않는 서브루틴)는 빈 반환 타입 `void`를 가진 함수의 특수한 경우이다.
• 메모리는 라이브러리 루틴 호출을 사용하여 프로그램에 할당될 수 있다.
• 전처리기는 매크로 정의, 소스 코드 파일 포함 및 조건부 컴파일을 수행한다.
• 기본적인 형태의 모듈성이 있다. 파일은 별도로 컴파일되어 링크될 수 있으며, `static` 및 `extern` 속성을 통해 다른 파일에 표시되는 함수 및 데이터 객체를 제어할 수 있다.
• I/O, 문자열 조작 및 수학 함수와 같은 복잡한 기능은 일관되게 라이브러리 루틴에 위임된다.
• 컴파일 후 생성된 코드는 기본 플랫폼에 대한 요구 사항이 비교적 간단하여 운영 체제를 만드는 데 적합하고 임베디드 시스템에서 사용하기에 적합하다.

• 소문자 및 대문자: `a`–`z`, `A`–`Z` (ISO 기본 라틴 알파벳)
• 숫자: `0`–`9`
• 특수 문자: `! " # % & ' ( ) * + , - . / : ; < = > ? [ \ ] ^ _ { | } ~`
• 공백 문자: `공백`, `수평 탭`, `수직 탭`, `폼 피드`, `줄 바꿈`

• `auto`
• `break`
• `case`
• `char`
• `const`
• `continue`
• `default`
• `do`
• `double`
• `else`
• `enum`
• `extern`
• `float`
• `for`
• `goto`
• `if`
• `int`
• `long`
• `register`
• `return`
• `short`
• `signed`
• `sizeof`
• `static`
• `struct`
• `switch`
• `typedef`
• `union`
• `unsigned`
• `void`
• `volatile`
• `while`

• `inline`
• `restrict`
• `_Bool`
• `_Complex`
• `_Imaginary`

• `_Alignas`
• `_Alignof`
• `_Atomic`
• `_Generic`
• `_Noreturn`
• `_Static_assert`
• `_Thread_local`

• `alignas`
• `alignof`
• `bool`
• `constexpr`
• `false`
• `nullptr`
• `static_assert`
• `thread_local`
• `true`
• `typeof`
• `typeof_unqual`
• `_BitInt`
• `_Decimal32`
• `_Decimal64`
• `_Decimal128`

• 범용성 및 프로그램의 자유도가 높고, 자원 및 성능 요구사항이 까다로운 용도에도 견딜 수 있으므로, 응용 소프트웨어 개발뿐만 아니라 OS와 장치 드라이버, 펌웨어 작성 등 모든 분야에서 사용된다.
• 지원하는 기기의 범위가 넓다.
• 상용·비상용을 막론하고 채택 소프트웨어 분야가 넓다. 프로그램 작성 및 디버깅을 위한 보조적인 소프트웨어(프로그래밍 도구)가 풍부하다.
• 소스 코드를 기계어로 변환하는 소프트웨어(컴파일러) 등의 개발 환경이 CPU나 OS에 포함되어 있거나 무상으로 제공되는 경우도 있으므로, 라이선스 비용을 지불하지 않고도 사용을 시작할 수 있다.
• 초기 개발 시점이 오래되어 기계어의 영향을 강하게 받는 언어 구문을 가지고 있으며, 사양 자체는 단순하지만 명확하지 않고 난해하다.
• C는 이식성, 자유도, 실행 속도, 컴파일 속도 등을 추구했다. 그 대신 컴파일된 코드의 안전성을 희생했다. 또한, 세부 사항을 표준으로 명확히 규정하지 않고 처리계에 맡기는 부분이 많다.

• 문장의 구분은 종결 기호 세미콜론「`;`」로 표시하고, 줄 바꿈 문자나 공백에도 토큰 구분으로서의 의미만을 가지게 하는 "프리 포맷" 형식을 채용하고 있다. 중괄호 `{ }`에 의한 블록 구조 및 범위를 지원한다.
• ALGOL의 사상을 계승하여 '''구조적 프로그래밍'''에 대응하고 있다. 절차를 중첩 구조로 나타내어 이해하기 쉬운 기술을 할 수 있다. 원칙적으로 '''무조건 분기( `goto`)'''를 사용할 필요가 없다.
• '''모듈화'''가 파일을 단위로 가능하다. 모듈 내에서만 유효한 이름을 사용할 수 있는 범위를 가지고 있다.
• 프로그램을 반환값이 있는 서브루틴으로 분리할 수 있다. C언어에서는 이것을 '''함수'''라고 부르며, 함수 내의 프로그램 코드에서는 독립된 범위를 가진 변수(지역 변수)를 사용할 수 있다. 이에 따라 데이터의 흐름이 블록 단위로 완결되므로 디버깅이 용이해지고, 함수의 재귀 호출도 가능해진다.
• 시스템 기술 언어로 개발되었기 때문에 고급 언어이지만 어셈블러적인 저수준의 조작을 할 수 있다. '''포인터 연산''', 비트 단위의 논리 연산, 시프트 연산 등의 기능을 가지고 하드웨어에 밀착한 처리를 효율적으로 기술할 수 있다. 이것은 운영 체제나 장치 드라이버 등을 기술하는 데 있어서는 편리하지만, 주의 깊게 이용하지 않으면 발견하기 어려운 버그의 원인이 된다.
• 소스 코드의 기술에 사용하는 문자 집합은 ANSI C (C89) 및 ISO/IEC 9899:1990 (C90)에서는 ASCII를 표준으로 하고 있다.
• 내장의 정수형 및 부동소수점수형 외에, 구조체, 공용체, 열거형(열거형)에 의한 사용자 정의의 데이터형이나 열거 상수를 지원한다. 구조체 및 공용체는 비트 필드를 지원한다.
• 많은 처리계가 인라인 어셈블러를 탑재하고 있으며, 어셈블러로 출력한 객체와의 링크가 용이하다.
• 컴파일러 처리가 1패스로 완료되는 사양이다. 역사적 배경으로 인해, 변수 선언에서 자료형 지정이 없으면 `int`형으로 간주한다. ANSI C(C89)에서는 컴파일 시 자료형 검사 강화를 위해 함수 원형 기능이 도입되었지만, 함수 선언이 없는 경우 반환값은 `int`형으로 간주하고, 인수는 알 수 없음(임의)으로 간주한다. 그러나 이러한 암시적 자료형 지정은 형식 안전성을 저해하고 정의되지 않은 동작을 일으킬 위험이 있으므로, ISO/IEC C:1999(C99) 이후로는 암시적 자료형 지정에 관한 사양이 표준 규격 문면에서 삭제되었다.
• 매크로 기술이나 컴파일 조건 지정 등을 할 수 있는 전처리 지시문이 표준화되어 있다. 전처리 지시문을 해석하는 '''전처리기'''(preprocessor)를 가지고 있다. 전처리기는 이름 그대로 컴파일 처리 전에 자동으로 실행된다.

• 배열 참조 시 인덱스 값이 범위 내에 있는지 검사하지 않음: 이것을 원인으로 하는 대표적인 버그가 고정 길이 버퍼 영역을 벗어나 데이터 쓰기가 이루어지는 "버퍼 오버플로우"(버퍼 오버런)이다. 범위 밖 액세스는 쓰기뿐 아니라 읽기의 경우에도 정의되지 않은 동작을 일으킨다.
• 문자열을 저장하기 위한 특별한 형식이 없음: 문자열에는 `char`형 배열을 이용한다. 언어 사양상 특별한 취급은 없지만, 널 문자(`'\0'`)를 종단으로 하는 문자열 표현을 사용하고, 그 조작을 하는 표준 C 라이브러리 함수가 있다.
• 자동 변수(auto variable)의 자동적인 초기화를 하지 않음: 자동 변수(정적이 아닌 지역 변수)는 변수 중에서 가장 자주 사용된다. 초기화되지 않은 변수를 참조하는 경우 그 값은 불확정이지만, 불확정 값에 대한 액세스는 정의되지 않은 동작이므로, 컴파일러 최적화 과정에서 예상치 못한 형태로 변경될 수도 있다.
• 소스 코드에서 대소문자를 구분한다.
• 입출력이나 동적 메모리 할당을 포함한 대부분의 기능은 C 언어 자체로 작성된 라이브러리에 의해 제공된다. 이는 C 언어의 기종 및 환경 의존성이 낮고, 그것들에 의존하는 부분을 라이브러리로 분리함으로써 이식성(포터빌리티)이 높다는 것을 의미한다.
• 프로그램 실행에 필요한 하드웨어 자원이 어셈블러보다는 많지만 다른 고급 언어보다는 적게 들기 때문에, 현재 다양한 전자 제품 등의 임베디드 시스템에서도 사용되고 있다.
• 임베디드 시스템의 경우, 프로그래밍 언어로 어셈블러 외에는 C와 C++만 제공되는 경우가 있다.
• ANSI/ISO에 의해 표준화된 이후로 언어 사양의 변화가 적고 안정적이라는 점, C 언어 프로그래머의 수와 코드 자산이 많다는 점 등으로 인해, API의 외부 사양으로 C 언어 함수 인터페이스가 선택되는 경우가 많다.

3. 1. 연산자

C는 수학에서 등호를 나타내는 데 사용되는 연산자 `=`를 포트란과 PL/I의 선례를 따라 대입을 나타내는 데 사용하지만, ALGOL과 그 파생 언어와는 다르다. C는 동등성을 검사하기 위해 연산자 `==`를 사용한다. 대입과 동등성을 위한 연산자 간의 유사성으로 인해 실수로 하나를 다른 것으로 사용할 수 있으며, 많은 경우 실수가 오류 메시지를 생성하지 않는다(일부 컴파일러는 경고를 생성하지만). 예를 들어, 조건부 수식 `if (a == b + 1)`을 실수로 `if (a = b + 1)`로 작성할 수 있는데, 이는 대입 후 `a`의 값이 `0`이 아닌 경우 `true`로 평가된다.^[31]

C의 연산자 우선 순위는 항상 직관적이지는 않다. 예를 들어, 연산자 `==`는 `x & 1 == 0`과 같은 수식에서 연산자 `&`(비트 단위 AND) 및 `|`(비트 단위 OR)보다 더 강하게 결합(먼저 실행됨)한다. 이는 코더의 의도라면 `(x & 1) == 0`으로 작성해야 한다.^[32]

3. 2. 변수형

3. 3. 포인터

• 주소값: 변수의 메모리 주소를 나타낸다.
• 간접 참조: 변수의 주소를 통해 변수의 값에 접근하는 방식이다.
• 자료형 일치: 포인터 변수와 가리키는 변수의 자료형은 반드시 일치해야 한다.
• 참조 연산자 (\*): 포인터가 가리키는 주소의 값을 가져오거나 변경하는 데 사용된다.

• `pa`는 포인터 변수이며, `a`의 주소 `&a`를 저장한다.
• `*pa`는 `a`의 주소 `&a`를 통해 간접 참조한 `a`의 자료값을 의미한다.
• `&pa`는 포인터 변수 `pa` 자체의 주소를 나타내며, 다중 포인터에서 사용된다.

3. 4. 분기문

• 조건문:
• `if` 문: 주어진 조건이 참(true)인 경우에만 코드 블록을 실행한다.
• `else` 문: `if` 문의 조건이 거짓(false)인 경우에 실행할 코드 블록을 지정한다.
• `switch` 문: 여러 개의 조건을 평가하여 해당하는 코드 블록을 실행한다.
• 반복문:
• `for` 문: 주어진 횟수만큼 또는 조건이 참인 동안 코드 블록을 반복 실행한다.
• `while` 문: 조건이 참인 동안 코드 블록을 반복 실행한다.
• `do-while` 문: 코드 블록을 최소 한 번 실행한 후, 조건이 참인 동안 반복 실행한다.

4. 메모리 관리

C는 객체(변수 등)를 위한 메모리를 할당하는 세 가지 주요 방법을 제공한다.^[33]

• '''정적 메모리 할당''': 컴파일 시점에 객체를 위한 공간이 바이너리에 제공된다. 이러한 객체는 바이너리가 메모리에 로드되는 동안 수명을 갖는다.
• '''자동 메모리 할당''': 임시 객체는 스택에 저장될 수 있으며, 이 공간은 선언된 블록이 종료된 후 자동으로 해제되어 재사용될 수 있다.
• '''동적 메모리 할당''': 힙이라는 메모리 영역에서 `malloc` 등의 라이브러리 함수를 사용하여 런타임에 임의 크기의 메모리 블록을 요청할 수 있다. 이러한 블록은 `realloc` 또는 `free` 함수를 호출하여 재사용을 위해 해제될 때까지 유지된다.

4. 1. 변수와 메모리 맵

• 정적 변수: `static` 키워드를 사용하여 선언하며, 프로그램 시작 시 단 한 번 초기화되고 프로그램 종료 시까지 유지된다.
• 동적 변수: 힙(heap) 영역을 사용하며, `malloc` 등의 함수를 호출하여 할당받고, `free` 함수를 통해 반납한다.
• 자동 변수: 함수나 블록(`{}`) 내에서 선언되는 지역 변수로, 스택(stack) 영역에 자동으로 할당된다.

5. 라이브러리

C 언어는 라이브러리를 확장의 주요 방법으로 사용한다. C에서 라이브러리는 단일 "보관" 파일 안에 포함된 함수 집합이다. 각 라이브러리는 일반적으로 프로그램에서 사용할 수 있는 라이브러리에 포함된 함수의 원형과 이러한 함수와 함께 사용되는 특수 데이터 형식 및 매크로 기호의 선언을 포함하는 헤더 파일을 가지고 있다. 프로그램이 라이브러리를 사용하려면 라이브러리의 헤더 파일을 포함해야 하며, 많은 경우 컴파일러 플래그(예: `-lm`, "수학 라이브러리 연결"의 약자)를 사용하여 라이브러리를 프로그램과 연결해야 한다.^[33]

가장 일반적인 C 라이브러리는 C 표준 라이브러리이며, ISO 및 ANSI C 표준에 의해 지정되며 모든 C 구현에 포함된다. 이 라이브러리는 스트림 입출력, 메모리 할당, 수학, 문자열 및 시간 값을 지원한다. 여러 표준 헤더(예: `stdio.h`)는 이러한 표준 라이브러리 기능 및 기타 기능에 대한 인터페이스를 지정한다.

유닉스 및 유닉스 계열 시스템을 대상으로 하는 애플리케이션에서 사용되는 함수들은 커널에 대한 인터페이스를 제공하며, POSIX 및 Single UNIX Specification과 같은 다양한 표준에 자세히 설명되어 있다.

C 컴파일러가 효율적인 오브젝트 코드를 생성하기 때문에 많은 라이브러리가 C로 작성된다. 프로그래머는 라이브러리에 대한 인터페이스를 만들어 자바, 펄, 파이썬과 같은 상위 수준 언어에서 루틴을 사용할 수 있도록 한다.^[33]

5. 1. C 표준 라이브러리

6. 개발 도구

C 언어 개발에는 다음과 같은 다양한 도구들이 사용된다.

• GNU 컴파일러 컬렉션(GCC): 유닉스 계열(리눅스) 시스템에서 주로 사용되는 오픈 소스 컴파일러이다. Cygwin이나 MinGW를 통해 윈도우에서도 사용할 수 있다.
• make: 여러 파일들 간의 의존성과 명령을 정의하여 프로그램 빌드 과정을 자동화하는 도구이다. 주로 Makefile이라는 파일에 기술된 내용을 해석하여 빌드를 수행한다.
• 이클립스: 다양한 운영체제에서 실행되는 통합 개발 환경(IDE)으로, Eclipse IDE for C/C++ Developers를 통해 C/C++ 개발을 지원한다.
• 마이크로소프트 비주얼 스튜디오: 마이크로소프트에서 개발한 윈도우 환경 개발 도구이다. C, C++, C# 등 다양한 언어를 지원한다.
• Microsoft Visual C++ (MSVC): Windows 플랫폼용 C/C++ 컴파일러로, ANSI C를 준수한다.^[87]
• C 표준 라이브러리: 표준 C에서 정의하는 라이브러리 함수를 거의 대부분 사용할 수 있다.^[41]
• Windows SDK: 윈도우 운영체제의 API를 사용할 수 있게 해주는 툴킷이다.^[1]

6. 1. GCC

6. 1. 1. make

6. 1. 2. Cygwin

6. 1. 3. MinGW

6. 2. 이클립스

6. 2. 1. Eclipse IDE for C/C++ Developers

6. 3. 마이크로소프트 비주얼 스튜디오

• Microsoft Visual C++ (MSVC): Windows 플랫폼용 C/C++ 컴파일러이다. ANSI C를 준수하며, 2013 버전에서는 C99 라이브러리를 거의 구현했지만, 언어 기능 등 표준 자체는 지원되지 않았다. x86 및 x64가 주류이지만, Xbox 360, Windows CE 등을 위해 파워PC, ARM, MIPS, 아이테니엄 등을 지원하는 버전도 있다. 전신으로 MS-DOS/Windows용 Microsoft C Compiler가 있으며, 저가형 버전으로 Quick C가 있었다.^[87]

6. 3. 1. C 표준 라이브러리

6. 3. 2. Windows SDK

7. 디버깅

C 언어 프로그램 개발 시, 오류를 찾아 해결하는 디버깅은 필수적인 과정이다. 디버깅 방법은 크게 두 가지로 나눌 수 있다.

• 통합 개발 환경(IDE)을 이용한 디버깅: 비주얼 스튜디오, 이클립스와 같은 IDE는 소스 코드 수준에서 디버깅을 지원한다. '중단점(Break Point)'을 설정하여 특정 지점에서 프로그램 실행을 멈추고 변수 값을 확인하는 등 프로그램 상태를 자세히 살펴볼 수 있다. IDE에 따라 줄 단위 실행, 함수 내부 진입/탈출 등 다양한 기능을 제공한다.

• printf 함수 등을 이용한 디버깅: IDE 사용이 어려운 환경에서는 `printf`와 유사한 함수를 사용하여 변수 값이나 프로그램 실행 상태를 출력하는 방식으로 디버깅을 수행할 수 있다. UART, 네트워크, USB 등을 통해 출력을 확인할 수 있다. 리눅스 커널에서는 `printk` 함수를 통해 출력 메시지를 파일 형태로 저장하여 확인할 수 있다.

7. 1. GDB

7. 1. 1. 응용 프로그램 디버깅

7. 1. 2. 원격 디버깅

7. 1. 3. 커널 디버깅

7. 2. IDE 디버깅

8. 장점

C는 다른 프로그래밍 언어와 비교하여 다음과 같은 주목할 만한 특징, 즉 장점을 가진다.

• 구조적 프로그래밍 패러다임을 따르는 고급 절차적 언어이다. 하드웨어를 직접 제어할 수 있으면서도 기계어나 어셈블리어(어셈블러)와 같은 저수준 언어에 비해 소스 코드의 재사용성과 유지보수성이 뛰어나 프로그램의 변경 및 확장이 용이하다.
• 범용성이 높고 프로그램의 자유도가 높다. 자원 및 성능 요구사항이 까다로운 용도에도 견딜 수 있으므로, 응용 소프트웨어 개발뿐만 아니라 OS, 장치 드라이버, 펌웨어 작성, 마이컴 제어·기계 제어 등 상위 계층과 하위 계층을 막론하고 모든 분야에서 사용된다.
• 지원하는 기기의 범위가 넓다. 개인용 컴퓨터와 워크스테이션은 물론, 자동차나 가전제품의 임베디드용 마이컴에서 슈퍼컴퓨터까지 C언어를 사용할 수 있는 하드웨어는 다양하다.
• 상용·비상용을 막론하고 채택 소프트웨어 분야가 넓으며, 프로그램 작성 및 디버깅을 위한 보조적인 소프트웨어(프로그래밍 도구)가 풍부하다.
• 소스 코드를 기계어로 변환하는 소프트웨어(컴파일러) 등의 개발 환경이 CPU나 OS에 포함되어 있거나 무상으로 제공되는 경우가 많으므로, 라이선스 비용을 지불하지 않고도 사용을 시작할 수 있다.

9. 단점

C는 다른 프로그래밍 언어와 비교하여 몇 가지 주목할 만한 특징이 있다. 초기 개발 시점이 오래되어 기계어의 영향을 강하게 받는 언어 구문(문법)을 가지고 있으며, 사양 자체는 단순하지만 명확하지 않고 난해하다. 이러한 단점을 개선하기 위해 후에 개발된 언어들과 비교했을 때 프로그래머가 작성해야 하는 부분이 많아 저수준 언어처럼 번거롭고 습득하기 어려운 측면이 있다.

C는 이식성, 자유도, 실행 속도, 컴파일 속도 등을 추구했지만, 컴파일된 코드의 안전성을 희생했다. 또한, 세부 사항을 표준으로 명확히 규정하지 않고 처리계에 맡기는 부분이 많아 C로 작성된 소프트웨어에서는 처리계 의존적인 코드가 범람하는 원인이 되었다. 보안상의 취약성이나 잠재적인 버그로 인한 예상치 못한 동작, 컴파일러의 최적화 어려움^[61] 등의 문제를 안고 있으며, 최적화하면 컴파일 속도가 느려지는 등의 문제가 발생할 수 있다.

이와 같이 장점이자 동시에 단점이 되는 특징을 가지고 있다.

안전성을 희생한 사양이 많다는 단점도 있다. 호스트 환경이나 프로그램의 내용에 따라서는, 아래에 대한 취약성 대책을 강구하더라도 실행 속도 저하가 무시할 만한 수준인 경우가 많아, 언어 사양 측면의 결점으로 간주되는 경우도 적지 않다.

• 배열 참조 시 인덱스 값이 범위 내에 있는지 검사하지 않는다. 이것을 원인으로 하는 대표적인 버그가 고정 길이 버퍼 영역을 벗어나 데이터 쓰기가 이루어지는 "버퍼 오버플로우"(버퍼 오버런)이다. 범위 밖 액세스는 쓰기뿐 아니라 읽기의 경우에도 정의되지 않은 동작을 일으킨다. 표준 라이브러리에는 버퍼 오버플로우나 범위 밖 액세스를 고려하지 않은 함수가 있으며, 자주 사용되기 때문에 종종 취약성의 원인이 된다. 또한, C에서는 프로그램에 의해 명시적으로 제어(동적 메모리 할당)함으로써 가변 길이 배열의 구현을 가능하게 하지만, 확보한 영역 밖에 액세스해도 자동적인 확장은 이루어지지 않는다. 후속 언어에서는 표준 라이브러리 또는 내장형에 의해 가변 길이 배열을 지원하거나, 범위 밖 액세스 시 예외(런타임 에러)를 발생시키는 등 안전성을 우선하는 경우가 많다.

• 문자열을 저장하기 위한 특별한 형식이 없다. 문자열에는 `char`형 배열을 이용한다. 언어 사양상 특별한 취급은 없지만, 널 문자(`\0`)를 종단으로 하는 문자열 표현을 사용하고, 그 조작을 하는 표준 C 라이브러리 함수가 있다. 이것은 실질적으로 메모리 영역에 대한 포인터 액세스 그 자체이며, 확보된 영역의 길이보다 긴 문자열을 쓸 수 있기 때문에 버퍼 오버런의 원흉 중 하나가 되고 있다. 후속 언어에서는 문자열 처리를 특히 강화하고 있는 경우가 많으며, 표준 라이브러리 또는 언어 사양에 의한 내장 문자열 형식을 제공한다.

• 자동 변수(auto variable)의 자동적인 초기화를 하지 않는다. 자동 변수(정적이 아닌 지역 변수)는 변수 중에서 가장 자주 사용된다. 초기화되지 않은 변수를 참조하는 경우 그 값은 불확정이지만, 불확정 값에 대한 액세스는 정의되지 않은 동작이므로, 컴파일러 최적화 과정에서 예상치 못한 형태로 변경될 수도 있다.^[67] 변수 선언·초기화 사양에 의한 제한으로부터, 변수 선언 시점에서는 초기화하지 않고 나중에 대입 등으로 값을 넣어 사용하는 것이 일반적이므로, 잘못하여 불확정 값의 변수를 읽는 버그를 만들기 쉽다. 참고로 자동 변수의 자동이란 변수 영역의 확보와 해제가 자동이라는 의미이며, 자동으로 초기화된다는 의미는 아니다. 후속 언어에서는 명시적인 초기화가 기술되어 있지 않은 변수는 불확정 값이 아니라 그 변수의 형식의 기본값(0 또는 0에 해당하는 값)으로 초기화되는 사양이 되는 경우가 많다.

10. 활용 분야

C는 다른 프로그래밍 언어와 비교하여 몇 가지 주목할 만한 특징을 가진다. 구조적 프로그래밍 패러다임을 따르는 고급 절차적 언어이면서도 하드웨어를 직접 제어할 수 있는 기능을 갖추고 있다. 기계어나 어셈블리어 같은 저수준 언어에 비해 소스 코드의 재사용성과 유지보수성이 뛰어나 목적에 맞는 프로그램의 변경 및 확장이 용이하다.

C는 범용성이 높고 프로그램의 자유도가 높아, 자원 및 성능 요구사항이 까다로운 용도에도 견딜 수 있다. 응용 소프트웨어 개발뿐만 아니라 운영 체제, 장치 드라이버, 펌웨어 작성, 마이컴 제어·기계 제어 등 상위 계층과 하위 계층을 막론하고 모든 분야에서 사용된다.

개인용 컴퓨터와 워크스테이션은 물론, 자동차나 가전제품의 임베디드용 마이컴에서 슈퍼컴퓨터까지 C언어를 사용할 수 있는 하드웨어는 다양하여 지원하는 기기의 범위가 넓다.

상용·비상용을 막론하고 채택 소프트웨어 분야가 넓으며, 프로그램 작성 및 디버깅을 위한 보조적인 소프트웨어(프로그래밍 도구)가 풍부하다. 소스 코드를 기계어로 변환하는 소프트웨어(컴파일러) 등의 개발 환경이 CPU나 OS에 포함되어 있거나 무상으로 제공되는 경우도 있으므로, 라이선스 비용을 지불하지 않고도 사용을 시작할 수 있다.

1990년대 중반에는 처음 배우는 프로그래밍 언어로서 주류가 되었으며, 같은 시기에는 게임 전용 기기(게임 콘솔)의 성능 향상과 프로그램의 대규모화, 멀티 플랫폼 전개를 받아들여, 메인 개발 언어가 어셈블러에서 C언어로 이행했다.

하지만 1990년대 후반부터 2000년대 이후는 PC의 성능 향상과 보급, GUI 환경과 객체 지향의 보급, 인터넷 및 웹 브라우저의 보급, 스마트폰의 보급에 따라, 더욱 고수준으로 개발 효율이 높은 언어나 프레임워크를 요구하는 개발자가 증가함에 따라, C++, Visual Basic, 자바, C#, Objective-C, PHP, 자바스크립트 등이 등장했다.

널리 이용되는 프로그래밍 언어의 수는 증가 추세에 있으며, 상대적으로 C언어가 사용되는 경우는 줄어들고 있다. 특히 애플리케이션 소프트웨어 등 상위 계층의 개발에는 C언어보다 기술성이 뛰어난 C++, Java, C# 등 C언어 파생의 후발 언어가 이용되는 경우가 많아지고 있다.

하지만 C언어는 비교적 이식성이 뛰어난 언어이며, 개인 개발/업무용 개발/학술 연구 개발이나 프로프라이어터리/오픈소스를 묻지 않고, 운영 체제나 디바이스 드라이버 등의 하위 계층, 크로스 플랫폼 API의 외부 사양, C++이나 Java 등 고수준 언어의 처리계 및 실행 환경의 구현이 어려운 소규모의 임베디드 시스템 등을 중심으로, 2021년 현재에도 폭넓게 이용되고 있다.

11. 다른 프로그래밍 언어와의 관계

데니스 리치는 켄 톰프슨과 함께 C 프로그래밍 언어를 발명했다. C는 ALGOL 계열의 명령형, 절차적 언어이며, 정적 타입 시스템을 가지고 있다. C 프로그램 소스 텍스트는 자유 형식 코드이다. 세미콜론은 문장을 끝내고, 중괄호는 문장을 블록으로 그룹화하는 데 사용된다.

C는 C++, 자바 등 많은 후속 언어에 직간접적으로 영향을 미쳤다.^[58] Ch와 CINT를 포함한 여러 C 또는 C와 유사한 인터프리터가 있으며, 이는 스크립팅에도 사용할 수 있다.

객체 지향 프로그래밍 언어가 인기를 얻으면서 C++ 및 Objective-C는 객체 지향 기능을 제공하는 두 가지 C 확장이었다. 두 언어는 원래 소스-투-소스 컴파일러로 구현되었다. 즉, 소스 코드는 C로 변환된 다음 C 컴파일러로 컴파일되었다.^[59]

C++는 비야르네 스트롭스트룹이 C와 유사한 구문으로 객체 지향 프로그래밍 기능을 제공하기 위해 고안한 언어이다.^[60] Objective-C는 C 위에 매우 "얇은" 계층을 덧씌운 형태로, 하이브리드 동적/정적 형식 패러다임을 사용하여 객체 지향 프로그래밍을 허용하는 C의 엄격한 상위 집합이다. Objective-C는 구문을 C와 스몰토크 모두에서 파생한다. C++, Objective-C 외에도 Ch, Cilk 및 Unified Parallel C는 거의 C의 상위 집합이다.

1990년대 중반에는 C 언어가 처음 배우는 프로그래밍 언어로서 주류가 되었다. 또한 같은 시기 게임 콘솔의 성능 향상과 프로그램의 대규모화, 멀티 플랫폼 전개로 인해 메인 개발 언어가 어셈블러에서 C 언어로 이행되었다.

1990년대 후반부터 2000년대 이후에는 PC의 성능 향상과 보급, GUI 환경과 객체 지향의 보급, 인터넷 및 웹 브라우저, 스마트폰의 보급에 따라, C++, Visual Basic, 자바, C#, Objective-C, PHP, 자바스크립트 등 더 높은 수준의 개발 효율을 가진 언어나 프레임워크를 요구하는 개발자가 증가했다.

하지만 C 언어는 비교적 이식성이 뛰어난 언어이며, 2021년 현재에도 폭넓게 이용되고 있다. 프로그래밍 입문자에게는 파이썬, JavaScript, Swift, 코틀린 등과 같이, 인터랙티브한 대화 환경(REPL, 인터프리터)을 이용할 수 있고, 추상화가 진행되어 번잡한 메모리 관리가 불필요하며, 위험한 기능을 제한한 고수준 언어가 학습하기 쉽지만, 컴퓨터의 동작 원리나 하드웨어 사양을 이해하기 위해서는 C와 같은 원시적인 언어를 사용하는 것이 오히려 쉬울 수도 있다.

C 언어 및 C 언어의 영향을 받은 주요 프로그래밍 언어는 다음과 같다.

그 외에도 OpenGL 셰이더 언어인 GLSL, 다이렉트X(다이렉트3D) 셰이더 언어인 HLSL, 오픈CL 커널 기술 언어인 OpenCL-C 등, C 언어의 문법적 특징을 도입한 파생 언어나 DSL이 많이 존재한다.

12. 결론

C는 ALGOL 계열의 명령형, 절차적 언어이며, 정적 타입 시스템을 가지고 있다. C 프로그램 소스 텍스트는 자유 형식 코드이다. 세미콜론은 문장을 끝내고, 중괄호는 문장을 블록으로 그룹화하는 데 사용된다.

C 언어는 다음과 같은 특징을 가지고 있다.

• if/else, for, do/while, while, switch와 같은 제어 흐름 기본 요소를 포함하여 소수의 고정된 키워드를 가지고 있다.
• 많은 산술, 비트 연산, 그리고 논리 연산자를 가지고 있다.
• 하나의 문장에서 여러 개의 대입을 수행할 수 있다.
• 함수는 필요하지 않을 때 반환 값을 무시할 수 있으며, 함수 및 데이터 포인터는 임시 런타임 다형성을 허용한다. 함수는 다른 함수의 어휘 범위 내에서 정의될 수 없지만, 변수는 함수 내에서 범위를 가지고 정의될 수 있으며, 재귀가 지원된다.
• 데이터 타입은 정적이지만, 약하게 적용된다. 모든 데이터에는 타입이 있지만, 암시적 변환이 가능하다.
• 사용자 정의(typedef) 및 복합 타입이 가능하다.
• 이종 집계 데이터 타입(struct)을 통해 관련 데이터 요소를 단위로 액세스하고 할당할 수 있다.
• 공용체는 겹치는 멤버를 가진 구조체이며, 여러 데이터 타입이 같은 메모리 위치를 공유할 수 있도록 한다.
• 배열 인덱싱은 포인터 산술 연산으로 정의된 보조 표기법이다.
• enum 키워드를 사용하여 열거형이 가능하다.
• 문자열은 별개의 데이터 타입이 아니지만, 관례적으로 구현되는 널 종료 문자 배열이다.
• 컴퓨터 메모리에 대한 저수준 액세스는 기계 주소를 포인터로 변환하여 가능하다.
• 절차(값을 반환하지 않는 서브루틴)는 빈 반환 타입 void를 가진 함수의 특수한 경우이다.
• 메모리는 라이브러리 루틴 호출을 사용하여 프로그램에 할당될 수 있다.
• 전처리기는 매크로 정의, 소스 코드 파일 포함 및 조건부 컴파일을 수행한다.
• 기본적인 형태의 모듈성이 있다.
• I/O, 문자열 조작 및 수학 함수와 같은 복잡한 기능은 일관되게 라이브러리 루틴에 위임된다.
• 컴파일 후 생성된 코드는 기본 플랫폼에 대한 요구 사항이 비교적 간단하여 운영 체제를 만드는 데 적합하고 임베디드 시스템에서 사용하기에 적합하다.

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