C의 역사와 표준

유닉스를 위해 태어난 언어

1969년 벨 연구소의 켄 톰슨은 거대한 시분할 운영체제 Multics의 아이디어를 작은 미니컴퓨터에서 돌릴 수 있게 줄여 유닉스를 만들었다. 처음에는 어셈블리로 작성되어 기계가 바뀌면 다시 써야 했다. 톰슨은 BCPL을 줄인 B 언어를 만들었고, 데니스 리치가 B에 자료형을 더해 1972년 무렵 C로 발전시켰다. 1973년 유닉스 커널 대부분이 C로 다시 쓰이면서, 운영체제를 고급 언어로 작성해 다른 기계로 옮긴다는 이식성(portability)이 처음으로 현실이 되었다.

C가 지금까지 시스템 프로그래밍의 기본 언어로 남은 이유도 여기 있다. 하드웨어에 가까운 일(메모리 주소, 비트 조작)을 할 수 있으면서도, 어셈블리보다 훨씬 적은 코드로 여러 기계에서 컴파일된다.

표준의 변천

현재 표준은 C23이고, 다음 개정판(C2y)이 작업 중이다. GCC는 15부터 기본 모드가 -std=gnu23(C23 + GNU 확장)이다. 표준을 지키지 않는 확장 기능은 컴파일러를 바꾸면 깨질 수 있으므로, 이식성이 중요한 코드는 -std=c17 -pedantic처럼 표준 모드로 확인한다.

K&R 시절의 흔적

C89 이전 코드는 지금 보면 낯설다.

/* K&R 스타일: 반환형 생략, 매개변수 타입은 괄호 밖에 */
func(a, b)
    int a;
    char *b;
{
    return a + 1;
}

memset이 int를 받는 이유

memset(void *s, int c, size_t n)과 isalpha(int c)는 결국 바이트 하나를 다루면서 int를 받는다. 원형이 없던 시절의 호출 규칙 때문이다. 원형 없이 함수를 부르면 인자에 기본 인자 승격(default argument promotion)이 적용되었다.

1. int보다 작은 정수(char, short)는 int로 승격한다.
2. float는 double로 바꾼다.
3. 나머지는 그대로 넘긴다.

char를 넘겨도 실제로는 int가 전달되었으므로, 옛 라이브러리 함수는 매개변수를 int로 받아 내부에서 unsigned char로 해석했다. 원형이 도입된 뒤에도 이미 컴파일된 코드와의 호환 때문에 시그니처를 바꾸지 않았다. isalpha 계열에는 EOF(-1)도 받아야 한다는 이유가 더해진다. 같은 승격 규칙은 지금도 가변 인자 함수(printf)의 ... 부분에 적용된다. 그래서 printf("%f", x)는 float든 double이든 똑같이 동작한다. 자세한 내용은 호출 규약과 스택 프레임에 있다.

유닉스 계열과 POSIX

C와 함께 퍼진 유닉스는 여러 갈래로 나뉘었다.

flowchart LR
  unix["Unix<br/>(벨 연구소, 1969)"] --> sysv["System V<br/>(AT&T 상용)"]
  unix --> bsd["BSD<br/>(UC 버클리)"]
  sysv --> sysvd["Solaris, AIX, HP-UX"]
  bsd --> bsdd["FreeBSD, NetBSD, OpenBSD"]
  bsd --> next["NeXTSTEP"]
  next --> darwin["Darwin"]
  darwin --> macos["macOS<br/>(Mach 커널 + BSD 계층)"]
  linux["Linux<br/>(1991, 리누스 토르발스)<br/>유닉스 코드를 쓰지 않고 새로 작성한 커널"] --> distros["Debian, Ubuntu, Fedora, Android ..."]

BSD가 AT&T 측과 저작권 소송에 묶여 있던 1990년대 초, 자유롭게 쓸 수 있는 리눅스가 빠르게 퍼졌다. 리눅스는 유닉스의 후손이 아니라 유닉스를 닮게 만든 운영체제다.

갈래마다 시스템 인터페이스가 달라지자 IEEE가 POSIX(Portable Operating System Interface)를 정했다. 시스템 콜과 C 라이브러리 함수(open, read, fork, pthread), 셸과 기본 유틸리티, 환경 변수, 파일 경로 규칙을 규정한 표준이다. macOS는 공식 UNIX 인증(Single UNIX Specification)을 받았고, 리눅스는 인증을 받지 않았지만 대부분 POSIX를 따른다. 그래서 둘 다 "유닉스 계열"로 부르고, POSIX 함수만 쓴 C 코드는 양쪽에서 그대로 컴파일된다.

C 표준과 POSIX는 다른 층이다. printf, malloc, fopen은 C 표준 라이브러리이고, read, write, fork는 POSIX다. 윈도에서는 앞의 것만 기본으로 쓸 수 있다.

정리

• C는 유닉스를 이식하려고 만든 언어이고, 이식성이 지금까지 이어진 핵심 가치다.
• 표준은 C89 → C99 → C11 → C17 → C23으로 이어졌다. 원형과 명시적 타입이 점점 강제되었다.
• memset의 int 매개변수는 원형 없던 시절의 기본 인자 승격이 남긴 흔적이다.
• POSIX는 유닉스 계열 OS의 공통 인터페이스이고, C 표준 라이브러리와는 별개다.

관련 노트: C의 정수 자료형과 형 변환, GCC 컴파일과 링크, 운영체제 개요, C 기초: 컴파일, 자료형, 배열과 문자열