개인 공간

출처 : http://minjang.egloos.com/2291148

왜 C/C++를 가장 강력하고 또 가장 어려운 언어라고 할까? 아마 대부분 이 물음에 ‘포인터’로 답할 것이다. 포인터는 강력함과 동시에 수 많은 어려움을 선사하여 많은 C/C++ 개발자를 괴롭힌다. 포인터로 고생하는 초보자들은 어디서나 볼 수 있다. 심지어는 포인터만 다룬 책들도 많이 있다. 도대체 포인터는 왜 이렇게 어려울까?

먼저, C/C++의 포인터 문법 자체가 복잡하다. 대부분 주소 값을 얻거나(&) 그 주소 값의 내용을 읽는 것(*)만 알아도 되지만 포인터 형태가 조금만 복잡해져도 사실 쉽지 않다. int *a[3]은 매우 간단하지만 int (*a)[3]만 되어도 그리 쉽게 머리 속에 그림이 잘 안 그려진다. 게다가 C++로 가면 클래스 멤버 함수까지 생기니 더 복잡해진다.

그런데 이건 어디까지나 문법의 문제다. 초보 개발자가 포인터형 자료구조나 함수 포인터에 쩔쩔매는 이유는 사실 문법이 어려워서가 아니다. 아무리 포인터를 공식에 맞춰 해석해도 데이터나 코드를 ‘가리킨다’라는 개념이 명확하지 않아서 그렇다.

포인터가 어려운 이유는 사실 매우 간단하다. ‘컴퓨터’를 몰라서 벌어지는 비극이다. 좀 더 정확히 쓰면 C/C++ 코드 한 줄이 어떻게 컴파일러가 번역하고, 어떻게 운영체제가 실행을 시키고, 마지막으로 어떻게 프로세서 내부에서 처리되어 메모리를 변화 시키는지 감이 없기 때문에 이해가 안가는 것이다. 컴퓨터 시스템의 기본 원리를 모르는데 야리꾸리한 비유를 동원해 포인터를 배우려 하니 더 헷갈릴 뿐이다.

여기서 대충 C 수업 숙제만 해결하면 되는 친구라면 컴퓨터 시스템 따위 공부해봤자 인생에 도움 안되니 대충 대충 넘어가도 된다. 그런데 최소한 이 바닥에서 진짜 개발자로 먹고 살려면 기본적인 컴퓨터 시스템에 대한 이해는 필수다. 그러면 포인터는 문제 되지 않는다. 이중포인터니 뭐 그런 소리를 할 필요도 없다. 포인터가 그냥 데이터나 코드를 가리킨다는 기본적인 사실에 왜 컴퓨터가 이런 표현을 필요로 하는지만 이해하면 끝난다.

간단한 문제를 하나 생각해보자.

a = a + 1;

위 코드에서 변수 a는 지역 변수이다. 그럴 때 이 코드가 어떻게 컴파일러에 의해 번역되어 어떻게 메모리를 변화시키는지 10분 이상 설명해보라.

. . .

이 질문에 막힘이 없는 친구라면 포인터로 절대 고생하지 않을 것이다. 그런 친구가 설사 포인터로 삽질한다 하더라도 그건 단순히 문법에 대한 혼동일 뿐이다. 이 질문에 답할 자신이 없다면 지금 C/C++ 책이나 무슨 디자인 패턴 책을 봐야 할 때가 아니다. 기본적인 컴퓨터 시스템부터 공부해야 한다.

위 문제를 이제 좀 더 자세히 살펴보자. 질문을 던졌던 코드를 x86 32비트로 컴파일하면 보통 아래처럼 번역된다.

mov  eax,dword ptr [ebp-4] 

add  eax,1 

mov  dword ptr [ebp-4],eax

아니면 바로 CISC 스타일로 표현되기도 한다.

inc  dword ptr [ebp-4]

여기서 내가 x86 기계어를 반드시 이해해야 한다고 말하는 것이 아니다. 내가 주장하는 것은 최소한 컴파일러가 어떻게 저 간단한 덧셈 문장을 기계어로 바꾸는지는 알아야 한다는 것이다. MIPS가 되었던 ARM이 되었던 상관없다. 살짝 형태만 다르지 기본 틀은 같다.

만약 위 기계어의 모든 부분을 하나도 빠짐 없이¹ 설명할 수 있다면 컴퓨터 시스템도 대부분 이해하고 있을 뿐만 아니라 포인터의 대부분도 이해한다는 뜻이다. 나머지는 함수 포인터에 대한 내용이긴 한데 역시 함수 호출이 스택에서 어떻게 이루어지는지만 알아도 문제가 되지 않는다.

이 기계어를 조금 설명하면, 변수 a의 값을 1을 증가시키려면 (1) 변수 a가 있는 주소의 내용을 임시 레지스터로 읽어오고, (2) 이 레지스터의 값을 하나 증가시키고, 마지막으로 (3) 변수 a가 있는 주소에 이 레지스터 내용을 써주는 것이다.

“a = a + 1”에는 어떠한 포인터 표현도 없다. 그런데 컴퓨터는 이걸 포인터로 해석해서 실행하는 것이다. 이렇게 포인터는 컴퓨터 기본 시스템 작동 원리만 알면 너무나 자연스러운 개념이 된다.

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