외부 함수 인터페이스

3. 동작 방식

외부 함수 인터페이스(FFI)의 주된 기능은 하나의 프로그래밍 언어(FFI를 정의하는 언어, 즉 '호스트' 언어)의 의미 체계와 호출 규약을 다른 언어('게스트' 언어)의 의미 체계 및 호출 규약과 결합하는 것이다. 이 과정은 두 언어의 런타임 환경과 애플리케이션 바이너리 인터페이스도 고려해야 한다. 이는 다음과 같은 여러 가지 방법으로 수행할 수 있다.^[29]

• 게스트 언어 함수가 호스트 언어에서 호출 가능하도록 특정 방식으로 지정하거나 구현해야 하며, 종종 일종의 호환성 라이브러리를 사용한다.
• 게스트 언어 함수를 필요한 변환을 수행하는 적절한 접착 코드로 자동 '래핑'하는 도구를 사용한다.
• 래퍼 라이브러리를 사용한다.
• 호스트 언어 기능의 범위를 언어 간에 사용할 수 있도록 제한한다. 예를 들어, C++에서 C로 호출되는 함수는 (일반적으로) 참조 매개변수를 포함하거나 예외를 발생시키지 않을 수 있다.

• 한 언어가 가비지 컬렉션(GC)을 지원하고 다른 언어는 지원하지 않는 경우, GC를 지원하지 않는 언어 코드가 다른 언어의 GC가 실패하도록 하는 일이 없도록 주의해야 한다.
• 복잡하거나 사소하지 않은 객체 또는 데이터 유형은 한 환경에서 다른 환경으로 매핑하기 어려울 수 있다.
• 위에서 언급한 매핑 문제로 인해 두 언어가 변경 가능한 객체의 동일한 인스턴스에 대한 참조를 유지하는 것이 불가능할 수 있다.
• 한 언어 또는 두 언어 모두 가상 머신(VM)에서 실행될 수 있다. 더욱이, 두 언어 모두에서 실행되는 경우, 이것들은 종종 다른 VM이다.
• 언어 간의 상속 및 기타 차이점(예: 타입 시스템 간 또는 객체 구성 모델 간)은 특히 어려울 수 있다.

4. 구현 및 사용 시 주의사항

FFI는 다음과 같은 사항에 의해 복잡해질 수 있다.

• 한 언어가 가비지 컬렉션(GC)을 지원하고 다른 언어는 지원하지 않는 경우, GC를 지원하지 않는 언어 코드가 다른 언어의 GC가 실패하도록 하는 일이 없도록 주의해야 한다. 예를 들어, JNI에서 C 코드가 Java로부터 받은 객체 참조를 "유지"하는 경우, 이 정보를 Java 가상 머신 또는 Java 런타임 환경(JRE)에 성공적으로 전달해야 한다. 그렇지 않으면 Java가 C가 해당 객체를 완료하기 전에 객체를 삭제할 수 있다. (C 코드는 C가 해당 객체를 더 이상 필요로 하지 않는 즉시 그러한 객체에 대한 링크를 명시적으로 해제해야 한다.)^[6]
• 복잡하거나 사소하지 않은 객체 또는 데이터 유형은 한 환경에서 다른 환경으로 매핑하기 어려울 수 있다.^[6]
• 위에서 언급한 매핑 문제로 인해 두 언어가 변경 가능한 객체의 동일한 인스턴스에 대한 참조를 유지하는 것이 불가능할 수 있다.^[6]
• 한 언어 또는 두 언어 모두 가상 머신(VM)에서 실행될 수 있다. 더욱이, 두 언어 모두에서 실행되는 경우, 이것들은 종종 다른 VM이다.^[6]
• 언어 간의 상속 및 기타 차이점(예: 타입 시스템 간 또는 객체 구성 모델 간)은 특히 어려울 수 있다.^[6]

5. FFI의 예

• Ada는 외부 함수를 호출할 수 있을 뿐만 아니라 해당 함수와 메서드를 비 Ada 코드에서 호출할 수 있도록 내보낼 수도 있다.^[6]
• C++는 C와 상당한 공통 하위 집합을 공유하므로 C와 간단한 FFI를 가지고 있다. C++에서 extern "C"|^영어 선언의 주요 효과는 C++ 이름 맹글링을 비활성화하는 것이다. 다른 언어의 경우 별도의 유틸리티 또는 미들웨어가 사용되며, 예로는 다음이 있다.
• * GNOME 프로젝트: GObject Introspection
• * SWIG
• * 크로미움 프로젝트: Blink 및 V8 엔진은 표준 JavaScript 인터페이스에 인터페이스 설명 언어 (IDL) 컴파일러를 사용한다.
• * 기타 IDL 컴파일러
• Clean은 C 또는 stdcall 호출 규약을 따르는 모든 언어와 양방향 FFI를 제공한다.^[7][8]
• Common Lisp
• Compiled Native Interface (CNI), GNU 컴파일러 환경에서 사용되는 JNI의 대안.
• 컴포넌트 객체 모델의 기반 중 하나는 공통 인터페이스 형식이며, 문자열과 배열에 대해 기본적으로 Visual Basic과 동일한 유형을 사용한다.
• D는 C++와 동일한 방식으로 extern "C"|^영어를 통해 extern (C++)|^영어을 수행한다.
• Dart에는 모바일, 명령줄 및 서버 애플리케이션을 위해 네이티브 C 코드를 호출하는 dart:ffi^[9] 라이브러리가 포함되어 있다.
• 동적 프로그래밍 언어는 파이썬, 펄, Tcl, 루비와 같이 C, C++, 또는 C/C++ 호출 규약을 따르는 다른 언어로 작성된 네이티브 코드에 쉽게 접근할 수 있도록 한다.
• Factor는 C, 포트란, Objective-C, Windows COM에 대한 FFI를 가지고 있다. 이들은 모두 임의의 공유 라이브러리를 동적으로 가져오고 호출할 수 있게 한다.
• Fortran 2003에는 상호 운용 가능한 데이터 유형 (내재적 유형과 POD 구조 모두), 상호 운용 가능한 포인터, 상호 운용 가능한 전역 데이터 저장소, Fortran에서 C를 호출하고 C에서 Fortran을 호출하기 위한 메커니즘을 제공하는 모듈 ISO_C_BINDING이 있다.^[10] 이 기능은 Fortran 2018 표준에서 개선되었다.
• Go는 `"C"`|^영어 가상 패키지를 통해 C 코드를 직접 호출할 수 있다.^[11]
• Google 웹 툴킷 (GWT)는 Java가 JavaScript로 컴파일되며, Java 소스 코드가 임의의 JavaScript 함수를 호출하고 JavaScript가 Java로 다시 호출할 수 있도록 하는 JSNI라는 FFI를 가지고 있다.
• Haskell
• Java 네이티브 인터페이스 (JNI)는 Java와 C/C++ 간의 인터페이스를 제공하며, Java가 배포되는 대부분의 시스템에서 선호되는 시스템 언어이다. Java 네이티브 액세스 (JNA)는 접착 코드를 작성하지 않고 네이티브 라이브러리와의 인터페이스를 제공한다. 또 다른 예는 JNR이다.
• LuaJIT는 Lua의 JIT 구현으로, "순수 Lua 코드에서 외부 C 함수를 호출하고 C 데이터 구조를 사용할" 수 있는 FFI를 가지고 있다.^[12]
• Nim은 C, C++, Objective-C의 소스를 사용할 수 있게 하는 FFI를 가지고 있다. 또한 JavaScript와도 인터페이스할 수 있다.
• JavaScript는 일반적으로 시스템 라이브러리에 직접 접근하거나 실행할 명령을 제공하지 않는 웹 브라우저 런타임 내에서 실행되지만, 몇 가지 예외가 있다.
• * Node.js는 미리 컴파일된 모듈을 열어 비 내장 리소스에 대한 접근을 제공할 수 있는 기능을 제공한다.
• * Deno는 함수를 통해 일종의 FFI 인터페이스를 제공한다.^[13]
• * Bun은 네이티브 라이브러리를 JavaScript에서 직접 효율적으로 호출하기 위해 라는 내장 모듈을 제공한다.^[14]
• Julia는 C (및 Fortran과 같은 다른 언어)를 호출하기 위해 키워드를 사용한다.^[15], 반면 Python^[16] (예: OO 지원 및 GC 지원을 제공하기 위해), Java (및 Scala와 같은 다른 JDK 언어 지원) 및 R과 같은 일부 언어에 대해 유사한 보일러플레이트 없는 지원을 제공하는 패키지를 사용할 수 있다. C++와의 대화형 사용은 Cxx.jl 패키지로도 가능하다.
• PhoneGap (이전 이름은 Apache Callback이었지만 현재 Apache Cordova)은 HTML, CSS 및 JavaScript를 사용하여 네이티브 모바일 애플리케이션을 빌드하기 위한 플랫폼이다. 또한 가속도계, 카메라 (PhotoLibrary 및 SavedPhotoAlbum 포함), 나침반, 저장소 (SQL 데이터베이스 및 localStorage), 알림, 미디어 및 캡처 (오디오 및 비디오 재생 및 녹음), 파일, 연락처 (주소록), 이벤트, 장치 및 연결 정보를 포함한 모바일 전화의 네이티브 기능의 메서드와 속성에 접근하기 위한 JavaScript 콜백 함수를 통해 FFI를 가지고 있다.
• PHP는 C에 FFI를 제공한다.^[17]
• 파이썬은 ctypes 및 cffi 모듈을 제공한다. 예를 들어, ctypes 모듈은 공유 라이브러리 또는 동적 연결 라이브러리 (DLL)에서 C 함수를 즉시 로드하고 다음과 같이 파이썬과 C 의미 체계 간에 간단한 데이터 유형을 자동으로 변환할 수 있다.

• P/Invoke는 Microsoft Common Language Runtime과 네이티브 코드 간의 인터페이스를 제공한다.
• Racket은 임의의 공유 라이브러리를 동적으로 가져올 수 있는 매크로를 기반으로 하는 네이티브 FFI를 가지고 있다.^[18][19]
• Raku는 루비, 파이썬, 펄, Brainfuck, Lua, C, C++, Go, Scheme (Guile, Gambit), Rust를 호출할 수 있다.^[20][21]
• 루비는 ffi 젬 또는 표준 라이브러리 fiddle를 통해 FFI를 제공한다.

• Rust는 다양한 표준 애플리케이션 바이너리 인터페이스 (ABI)를 가진 함수에 대한 외부 함수 인터페이스를 정의한다.^[22] Elixir와 인터페이스하기 위한 라이브러리 Rustler도 있다.
• Visual Basic는 비 유니코드 C 함수를 호출할 수 있는 선언적 구문을 가지고 있다.
• Wolfram 언어는 Wolfram Symbolic Transfer Protocol (WSTP)이라는 기술을 제공하며, 이를 통해 C++, Java, .NET 및 기타 언어에 대한 바인딩을 통해 다른 언어 간의 양방향 코드 호출이 가능하다.
• Zig는 내장된 함수를 사용하여 C에 FFI를 제공한다.^[23]

6. 특수한 경우

클로저와 자바, 엘릭서와 얼랭처럼 여러 언어가 동일한 바이트코드 가상 머신으로 컴파일되는 경우가 있다. 엄밀히 말하면 인터페이스가 없으므로 FFI는 아니지만, 사용자에게 동일한 기능을 제공한다.

참조

_[1] 웹사이트 FFI Introduction https://wiki.haskell[...] 2015-06-19
_[2] 웹사이트 std::ffi https://doc.rust-lan[...] 2021-04-01
_[3] 웹사이트 PHP FFI Manual https://www.php.net/[...] 2023-08-31
_[4] 서적 Ways Ahead: Proceedings of the First International Csound Conference https://www.worldcat[...] Cambridge Scholars Publishing 2013
_[5] 웹사이트 CFFI documentation https://cffi.readthe[...] 2015-06-19
_[6] 웹사이트 Interface to Other Languages http://www.adaic.org[...] Adaic.org 2013-09-29
_[7] 웹사이트 Foreign Export https://cloogle.org/[...] 2020-05-25
_[8] 웹사이트 Calling C From Clean https://svn.cs.ru.nl[...] 2018-04-25
_[9] 웹사이트 dart:ffi library https://api.dartlang[...] 2020-01-01
_[10] 웹사이트 'fortran-iso-c-binding' tag wiki https://stackoverflo[...]
_[11] 웹사이트 cgo https://golang.org/c[...] 2015-08-23
_[12] 웹사이트 FFI Library http://luajit.org/ex[...] Luajit.org 2013-09-29
_[13] 웹사이트 Foreign Function Interface {{!}} Manual https://deno.land/ma[...] 2023-02-08
_[14] 웹사이트 FFI API https://bun.sh/docs/[...]
_[15] 웹사이트 Calling C and Fortran Code https://docs.juliala[...] 2018-02-11
_[16] 간행물 PyCall.jl: Package to call Python functions from the Julia language https://github.com/J[...] JuliaPy 2018-02-08
_[17] 웹사이트 PHP: FFI - Manual https://www.php.net/[...] The PHP Group 2019-06-13
_[18] 웹사이트 The Racket Foreign Interface http://docs.racket-l[...] Docs.racket-lang.org 2013-09-29
_[19] 웹사이트 TR600.pdf http://repository.re[...] 2013-09-29
_[20] 웹사이트 Inline implementations https://modules.perl[...] 2017-08-15
_[21] 웹사이트 Native Call https://docs.perl6.o[...] 2017-08-15
_[22] 웹사이트 Using extern Functions to Call External Code https://doc.rust-lan[...] 2019-06-01
_[23] 웹사이트 Import from C Header File https://ziglang.org/[...] Zig Software Foundation 2021-03-11
_[24] 웹사이트 4. A sample script http://www.gimp.org/[...] Gimp.org 2013-09-29
_[25] 웹사이트 Script-Fu and plug-ins for The GIMP http://www.gimp.org/[...] Gimp.org 2013-09-29
_[26] 문서 http://www.clisp.org[...]
_[27] 문서 http://www.haskell.o[...]
_[28] 문서 http://www.adahome.c[...]
_[29] 문서 http://www.c2.com/cg[...]
_[30] 문서 http://www.cse.unsw.[...]
_[31] 웹인용 CFFI User Manual https://common-lisp.[...] common-lisp.org 2015-06-18
_[32] 웹인용 FFI Introduction https://wiki.haskell[...] 2015-06-19
_[33] 웹인용 CFFI documentation https://cffi.readthe[...] 2015-06-19