[WEEK05] 파이썬과 다른 C언어의 특성들

지난 4주간은 고급 언어인 Python 언어로 가변 리스트, 우선순위 큐와 같은 추상화된 데이터 타입을 사용하여 컴퓨터를 다루는 방법을 익혔다. 앞으로의 4주간은 Assembly 언어와 매우 가까운 C를 사용하여 좀 더 컴퓨터의 본질에 가까이 다가가야 한다.

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📁 선언(Declaration)과 정의(Definition)

• 선언: 변수나 함수가 어디에 있고, 어떤 타입인지 컴파일러에게 알려주는 것.
• 정의: 실제로 메모리를 할당하거나 함수의 구현부를 작성하는 것.

// header.h
int add(int, int); // 선언

// main.c
#include "header.h"
int add(int a, int b) { return a + b; } // 정의

보통 .h 파일에 선언을, .c 파일에 정의를 한다. 파이썬은 선언 없이 바로 정의하니 이 개념 자체가 생소할 수 있다.

🔁 전방 선언 (Forward Declaration)

C에서는 아래처럼 순서가 중요할 수 있어서, 아직 정의되지 않은 함수나 구조체를 먼저 알려줘야 할 때가 있다.

void hello(); // 전방선언

int main() {
    hello();
}

void hello() {
    printf("Hi\n");
}

🔒 static과 extern

• static: 파일 내 한정 사용 (internal linkage). 외부에서 접근 불가.
• extern: 다른 파일에 정의된 변수나 함수가 외부에서 사용 가능함을 명시.

// a.c
static int count = 0;  // 다른 파일에서는 못 씀
extern int total;      // 다른 파일에서 정의된 total 사용

키워드	의미	용도
static	파일 내부에서만 사용	전역 변수나 함수 숨김
extern	다른 파일에 정의된 변수/함수 사용	연결을 위해 선언만 할 때 사용

🔘 enum과 union

• enum: 상수에 이름 붙이기. 가독성과 유지보수에 좋음.
• union: 여러 멤버 중 하나만 메모리 차지. 같은 메모리를 여러 타입으로 해석 가능.

enum Color { RED, GREEN, BLUE };
union Data {
    int i;
    float f;
};

🏗️ 컴파일과 링크

1. 컴파일 (compile): .c → .o (기계어 번역)
2. 링크 (link): 여러 .o 파일 → 실행 파일 (.exe, .out)로 결합

즉, C는 코드를 나눠서 작성하고 나중에 조립해서 실행 파일을 만든다. 파이썬처럼 인터프리터가 직접 실행하는 방식과는 다름.

📌 포인터

void** ptr = 0x00000000FFFF8392;
char* name = (char*) *ptr;
printf("%s", name);

void** ptr2 = 0x00000000FFFF3821;
int64_t* number = (int64_t*) *ptr2;
printf("%p", *number);

• void** ptr: 이중 포인터. 주소를 가리키는 주소.
• *ptr: void* → char* 혹은 int64_t*로 캐스팅 후 역참조
• C는 메모리 주소를 직접 다룰 수 있기 때문에, 복잡한 구조를 효율적으로 처리 가능하지만 디버깅도 어렵다.

📦 malloc과 free

• malloc(size): size만큼 메모리 할당. 실패하면 NULL 반환.
• free(ptr): 할당 해제.

int* arr = malloc(sizeof(int) * 10);
// ... 사용
free(arr);

🔢 배열과 포인터

C의 배열은 사실상 포인터와 유사하게 동작한다.

int arr[3] = {1, 2, 3};
int* p = arr;

printf("%d", *(p + 1)); // 2

🧭 Call by Value vs Call by Reference

• C는 기본적으로 Call by Value (값 복사)
• 참조처럼 쓰려면 포인터를 인자로 넘겨야 한다.

void swap(int* a, int* b) {
    int tmp = *a;
    *a = *b;
    *b = tmp;
}

🔄 가변 인자

#include <stdarg.h>

int sum(int count, ...) {
    va_list args;
    va_start(args, count);
    int total = 0;
    for (int i = 0; i < count; ++i)
        total += va_arg(args, int);
    va_end(args);
    return total;
}

• stdarg.h 사용
• va_list로 여러 인자 처리
• va_start, va_arg, va_end 순서 지켜야 함

⚙️ 전처리기 명령어

• #define: 상수/매크로
• #include: 다른 파일 포함
• #ifdef/#ifndef: 조건부 컴파일
• typedef: 새로운 타입 이름 정의

#define PI 3.14
typedef unsigned int uint;

🔁 리스트 순회 (C++ STL과 유사하게)

Pintos 등에서는 C에서도 리스트 구조체를 정의해 순회 가능하게 구현:

struct list_elem* e;
for (e = list_begin(&mylist); e != list_end(&mylist); e = list_next(e)) {
    struct my_struct* s = list_entry(e, struct my_struct, elem);
}

⚡ 비트 연산자

• &, |, ^, ~, <<, >>
• 하드웨어 제어나 플래그 처리에 필수

int flags = 0b0101;
flags |= 0b1000; // 특정 비트 ON

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🧠 정리

처음에는 C언어의 저수준 특성이 낯설었지만, 메모리와 하드웨어에 가까운 언어인 만큼 운영체제나 시스템 프로그래밍에 강력한 장점이 있다. 이 개념들만 이해해도 Pintos나 커널 공부할 때 훨씬 수월할 듯 하다.