C의 스코프와 링키지

식별자

식별자(identifier)는 이름이다. C에서 이름은 객체(값을 저장하는 메모리 영역, 즉 변수), 함수, 구조체·공용체·열거형의 태그와 멤버, typedef 이름, 라벨, 매크로를 가리킨다. 같은 이름이 프로그램의 위치에 따라 다른 대상을 가리킬 수 있는데, 그 규칙을 세 가지 축이 정한다.

스코프와 이름 가림

스코프가 겹치면 안쪽 선언이 바깥 선언을 가린다(shadowing). 가려진 대상은 사라지지 않고, 안쪽 블록을 나오면 다시 보인다. 같은 스코프에서 같은 이름을 두 번 정의하는 것은 오류다.

int a = 0;            /* 파일 스코프 */
int main(void)
{
    printf("%d\n", a);   /* 0: 전역 a */
    int a = 42;          /* 여기부터 전역 a를 가림 */
    {
        int a = -42;     /* 블록 안에서 다시 가림 */
        printf("%d\n", a); /* -42 */
    }
    printf("%d\n", a);   /* 42 */
    /* int a = 1; */     /* 같은 블록에서 재정의: 컴파일 오류 */
}

이름 가림은 합법이지만 읽는 사람을 속이기 쉽다. -Wshadow로 경고를 켤 수 있다.

네 가지 이름 공간

C++처럼 namespace를 직접 만들 수는 없지만, C에도 암묵적인 이름 공간이 있다. 같은 스코프라도 이름 공간이 다르면 같은 이름이 충돌하지 않는다.

struct s { int s; };
struct s s = { .s = 42 };    /* 태그 s, 멤버 s, 변수 s: 모두 다른 공간 → 정상 */
 
typedef struct t { int t; } t;
t t;                          /* typedef 이름 t와 변수 t가 둘 다 일반 식별자 → 오류 */

멤버 이름 공간이 구조체마다 따로 있기 때문에 서로 다른 구조체가 같은 멤버 이름(size, next)을 가질 수 있다. typedef와 변수 이름이 부딪히지 않도록 t_list, list_t처럼 타입 이름에 접두사·접미사를 붙이는 관례가 여기서 나온다.

저장 기간

스코프가 "어디서 보이나"라면 저장 기간은 "언제까지 살아 있나"다.

함수 안의 static int count;는 블록 스코프라서 그 함수에서만 보이지만, 값은 호출 사이에 유지된다. 초기화식도 프로그램 시작 전에 한 번만 적용되므로, 함수가 다시 불려 static int count = 1; 줄을 지나도 1로 돌아가지 않는다. 호출 횟수 세기나 한 번만 할 초기화 표시에 쓴다.

변수의 저장 기간과 링키지는 선언 위치와 저장 클래스 지정자(storage-class specifier) 로 정해진다.

volatile과 const는 저장 클래스가 아니라 타입 한정자(type qualifier) 다. volatile은 하드웨어 레지스터나 시그널 처리기처럼 프로그램 바깥에서 값이 바뀔 수 있는 변수에 붙여, 컴파일러가 읽기·쓰기를 레지스터에 캐시하거나 없애지 못하게 한다. 스레드 간 동기화 수단은 아니다(그건 _Atomic과 뮤텍스의 몫이다).

전역 변수는 어느 함수에서나 바꿀 수 있어 버그 추적이 어렵다. 기본은 자동 변수로 쓰고, 호출 사이에 값을 유지해야 하면 static 지역 변수, 여러 파일이 정말 공유해야 할 때만 extern 전역 변수를 쓴다. 일부 함수만 쓰는 데이터는 전역으로 두지 말고 인수로 넘긴다.

링키지와 static

여러 .c 파일을 각각 컴파일한 뒤 링커가 합칠 때, 파일 스코프 이름이 다른 파일의 같은 이름과 연결되는지를 링키지가 정한다.

파일 안에서만 쓰는 함수와 전역 변수는 static으로 선언하는 것이 좋은 습관이다.

• 다른 파일과 이름이 겹쳐 생기는 링크 오류(duplicate symbol)를 막는다.
• 읽는 사람이 "이 함수는 이 파일 밖에서 안 쓰인다"는 것을 바로 안다.
• 컴파일러가 호출하는 곳을 모두 알기 때문에 인라인이나 미사용 함수 제거 같은 최적화를 하기 쉽다.

static이라는 키워드가 지역 변수에서는 저장 기간을, 파일 스코프에서는 링키지를 바꾼다는 점이 헷갈림의 원인이다. 한 프로젝트 안에서는 "외부에 노출하지 않는 함수는 모두 static"처럼 규칙을 정해 일관되게 지키는 것이 중요하다. 접두사(ft_)로 이름 충돌을 피하는 규약도 같은 목적을 달성한다.

기호 상수: #define, enum, const

코드에 박힌 숫자(매직 넘버) 대신 이름 붙은 상수를 쓰면 의미가 드러나고 한곳에서 고칠 수 있다.

같은 값이라도 의미가 다르면 이름을 따로 짓는다. #define MAX_USERS 153과 #define ERR_READ 153은 값이 같아도 서로 대신 쓰면 안 된다. 이름은 값이 아니라 의도를 담는다.

정리

• 이름이 무엇을 가리키는지는 스코프(어디서), 이름 공간(무슨 종류), 링키지(다른 파일과 같은가)가 함께 정한다.
• 안쪽 선언은 바깥을 가린다. 태그·멤버·일반 식별자는 서로 충돌하지 않지만 typedef와 변수는 충돌한다.
• 파일 밖으로 노출하지 않는 함수와 전역은 static으로 내부 링키지를 준다.
• 상수는 관련된 정수면 enum, 컴파일 옵션이면 #define, C23이면 constexpr.

관련 노트: GCC 컴파일과 링크, C 사용자 정의 타입과 함수 포인터, C의 역사와 표준