<div id="readability-page-1" class="page"><div><div><a href="https://rkttu.com/?source=post_page-----bb61ab25ee57--------------------------------" rel="noopener"><div><img alt="Jung-Hyun Nam" src="https://miro.medium.com/fit/c/56/56/2*P1z-D515GRYQ6WaumcAxVQ.png" width="28" height="28"></div></a></div><figure><div role="button" tabindex="0"><img alt="" src="https://miro.medium.com/max/2000/0*AoCPE_RgxOBLfV6o" width="1000" height="667" role="presentation"></div><figcaption>Photo by <a href="https://unsplash.com/@marius?utm_source=unsplash&amp;utm_medium=referral&amp;utm_content=creditCopyText" rel="noopener">Marius Masalar</a> on <a href="https://unsplash.com/s/photos/music?utm_source=unsplash&amp;utm_medium=referral&amp;utm_content=creditCopyText" rel="noopener">Unsplash</a></figcaption></figure>C#이 자바와 비슷하다고 여겨지는 (혹은 오해받는) 가장 큰 부분은 아마도 포인터와 unsafe 코딩이 잘 알려져있지 않기 때문일 것 같습니다. 오늘은 비교적 잘 알려져있지 않은 C#의 포인터와 unsafe 코딩을 이용해서 C 언어로 작성된 버블 정렬 코드를 C#으로 옮겨보도록 하겠습니다.<h2 id="c64f">Unsafe 코드 컴파일을 위한 준비</h2>Visual Studio에서 C# 프로젝트를 만든 후에는 기본적으로 Unsafe 코드 컴파일 기능이 비활성화되어있습니다. 프로젝트 속성 — 빌드 탭으로 이동하여 다음과 같이 기능을 활성화해주시면 이 글에서 설명하는 내용을 사용할 수 있습니다.<figure><div role="button" tabindex="0"><img alt="" src="https://miro.medium.com/max/2390/1*0Q2HZblv8NFBncRzLirqvw.png" width="1195" height="822" sizes="700px" role="presentation" data-old-src="https://miro.medium.com/max/60/1*0Q2HZblv8NFBncRzLirqvw.png?q=20"></div><figcaption>Build — All Configurations — Allow Unsafe Code 선택</figcaption></figure><h2 id="3601">버블 정렬 알고리즘 코드 옮겨보기</h2>옮겨볼 샘플 C 코드는 <a href="https://dojang.io/mod/page/view.php?id=637" rel="noopener">C 언어 코딩 도장</a>의 샘플 코드를 인용하였습니다.<pre>#include &lt;stdio.h&gt; ​ void bubble_sort(int arr[], int count) { int temp; ​ for (int i = 0; i &lt; count; i++) { for (int j = 0; j &lt; count - 1; j++) { if (arr[j] &gt; arr[j + 1]) { temp = arr[j]; arr[j] = arr[j + 1]; arr[j + 1] = temp; } } } } ​ int main() { int numArr[10] = { 8, 4, 2, 5, 3, 7, 10, 1, 6, 9 }; bubble_sort(numArr, sizeof(numArr) / sizeof(int)); ​ for (int i = 0; i &lt; 10; i++) { printf("%d ", numArr[i]); } ​ printf("\n"); ​ return 0; }</pre>C#에서 다룰 수 있는 포인터는 운영 체제가 할당해주는 힙 메모리 영역의 포인터만이 아니라, 스택 영역에 메모리 공간을 할당받아 해당 공간의 포인터 주소를 받아오는 것도 가능합니다. 우선 가장 기본이 되는 정렬되지 않은 배열을 할당하고 내용을 출력하는 코드부터 만들어보겠습니다.<pre>static unsafe int Main() { int* numArr = stackalloc[] { 8, 4, 2, 5, 3, 7, 10, 1, 6, 9 }; for (int i = 0; i &lt; 10; i++) { Console.WriteLine("{0} ", numArr[i]); } Console.WriteLine(); return 0; }</pre>물론 현재는 아무런 정렬을 하지 않았으므로, 위의 코드는 정렬되지 않은 배열의 데이터를 그대로 보여줄 것입니다. 그럼 이제 버블 정렬 알고리즘을 함수로 옮겨보겠습니다.<pre>static unsafe void bubble_sort(int* arr, int count) { int temp; ​ for (int i = 0; i &lt; count; i++) { for (int j = 0; j &lt; count - 1; j++) { if (arr[j] &gt; arr[j + 1]) { temp = arr[j]; arr[j] = arr[j + 1]; arr[j + 1] = temp; } } } }</pre>포인터는 연속된 메모리 공간을 참조하기 위해 전달하는 주소값이라는 정의를 생각해보면, arr 이라는 변수에 배열 대신 포인터가 들어가더라도 크게 문제가 되지 않는 것을 이해할 수 있습니다. 이 때 arr에 어떤 값이 들어올 것인지에 대한 것은 호출자가 보내주는 주소값이 엉뚱한 주소값이 아닐 것이라는 믿음을 근거로 하는 것이라 빈약합니다. (이것이 C#에서 포인터를 unsafe로 규정하는 이유이기도 합니다.)그럼 위의 코드를 적용해보겠습니다. 정말 아쉽게도, C#은 C 처럼 가비지 컬렉터나 OS의 힙이 아닌 영역에 고정된 크기의 배열을 인라인으로 만들 수 있는 문법을 직접 지원하지는 않습니다. 그래서 위의 코드처럼 sizeof 오퍼레이터나 Marshal.SizeOf로 배열의 크기를 직접 잴 수는 없어, 처음부터 배열의 크기를 정해놓고 시작하는 형태로 코드를 조금 고쳐보려고 합니다.그래서 적용한 전체 코드는 다음과 같습니다.<pre>static unsafe void bubble_sort(int* arr, int count) { int temp; ​ for (int i = 0; i &lt; count; i++) { for (int j = 0; j &lt; count - 1; j++) { if (arr[j] &gt; arr[j + 1]) { temp = arr[j]; arr[j] = arr[j + 1]; arr[j + 1] = temp; } } } ​ static unsafe int Main() { const int len = 10; int* numArr = stackalloc int[len] { 8, 4, 2, 5, 3, 7, 10, 1, 6, 9 }; bubble_sort(numArr, len); for (int i = 0; i &lt; len; i++) { Console.WriteLine("{0} ", numArr[i]); } Console.WriteLine(); return 0; }</pre><h2 id="80e3">플랫폼 호출로 C 언어의 printf 직접 부르기</h2>그런데 여기서 한 가지 더 궁금증이 듭니다. C의 printf 함수를 직접 부를 수 있는 방법이 혹시 있을까요?가능합니다. 이와 같이 다른 프로그래밍 언어가 만들어놓은 C 언어 스타일로 부를 수 있는 함수를 가져와서 C#에서 부르는 것을 플랫폼 호출 (Platform Invocation)이라고 부릅니다. 상호간의 호출 규약을 정의해놓고 부르는 것이라서, 제대로 배우려면 알아야 할 내용들이 무척 많습니다. 여기서는 순수하게 C 언어 샘플 코드에서 호출하는 printf와 대등하게 호출하도록 코드를 우선 만들어보도록 하려고 합니다.<pre>using System.Runtime.InteropServices; ​ // (중략) ​ [DllImport("msvcrt.dll", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl, CharSet = CharSet.Ansi, ExactSpelling = true, EntryPoint = "printf")] static extern int printf(string fmt); ​ [DllImport("msvcrt.dll", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl, CharSet = CharSet.Ansi, ExactSpelling = true, EntryPoint = "printf")] static extern int printf(string fmt, int arg0);</pre>위와 같이 코드를 함수 선언하는 위치에 같이 추가합니다. 똑같은 이름의 함수를 두 번 추가한 이유는, printf 함수 자체가 인수의 길이가 동적으로 변하는 가변 인자 함수이고, 아쉽게도 C#에서는 이 글을 작성하는 현재 시점에서 이런 종류의 함수를 문법적으로 직접 지원하지 않기 때문에, 호출 형태마다 직접 대응하는 함수를 추가한 것입니다. (좀 더 과거에는 <code>__arglist</code> 라는 특수 키워드가 실험적으로 잠시 들어갔던 적이 있지만, 제대로 동작한다고 보장할 수 없어 지금은 언급하지 않습니다.)그래서 전체 샘플 코드는 다음과 같이 고쳐 쓸 수 있습니다.<pre>using System.Runtime.InteropServices; ​ class Program { [DllImport("msvcrt.dll", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl, CharSet = CharSet.Ansi, ExactSpelling = true, EntryPoint = "printf")] static extern int printf(string fmt); ​ [DllImport("msvcrt.dll", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl, CharSet = CharSet.Ansi, ExactSpelling = true, EntryPoint = "printf")] static extern int printf(string fmt, int arg0); ​ static unsafe void bubble_sort(int* arr, int count) { int temp; ​ for (int i = 0; i &lt; count; i++) { for (int j = 0; j &lt; count - 1; j++) { if (arr[j] &gt; arr[j + 1]) { temp = arr[j]; arr[j] = arr[j + 1]; arr[j + 1] = temp; } } } } ​ static unsafe int Main() { const int len = 10; int* numArr = stackalloc int[len] { 8, 4, 2, 5, 3, 7, 10, 1, 6, 9 }; ​ bubble_sort(numArr, len); ​ for (int i = 0; i &lt; 10; i++) { printf("%d ", numArr[i]); } ​ printf("\n"); ​ return 0; } ​ }</pre>이런 방식으로 C#은 unsafe 코드와 포인터를 이용하여 관리되는 프로그래밍 언어의 장점도 가지고 있지만, 동시에 플랫폼 네이티브 프로그래밍 언어로서의 역할도 잘 수행할 수 있다는 것을 알 수 있었습니다. 만약 자바와 C#이 서로 어떻게 다른지를 비교하고 싶은 예를 들고자 한다면, 이 코드 예제가 하나의 비교 예시가 될 것 같습니다.<h2 id="5089">더 나아가기</h2>이 글에서 말한 스펙은 C#의 초기 출시때부터 지원되는 기능이었으나, 2021년 현재 최신 버전인 C# 9.0에 도달하는 사이 unsafe 프로그래밍에도 꾸준히 기능이 추가되어 다음과 같이 제네릭에 포인터 형식 정보를 있는 그대로 전달해야만 쓸 수 있는 함수를 만드는 것도 가능해졌습니다.<pre>unsafe public static byte[] ToByteArray&lt;T&gt;(this T argument) where T : unmanaged { var size = sizeof(T); var result = new Byte[size]; Byte* p = (byte*)&amp;argument; for (var i = 0; i &lt; size; i++) result[i] = *p++; return result; }</pre>그리고 최근에는 unsafe 프로그래밍에서 가장 수요가 많은 실제 운영 체제의 API를 닷넷에서 검증된 형태로 참조하고 호출할 수 있는 NuGet 패키지가 마이크로소프트가 직접 개발, 관리, 출시되고 있습니다.닷넷 런타임과 가비지 컬렉터의 성능도 좋지만, C#의 unsafe 프로그래밍 기능도 탐구해보면 흥미로운 것이 많습니다. 지금 이야기한 내용들은 닷넷 코어 출시 이후로는 심지어 macOS, 리눅스에서도 당연히 가능해진 부분들이니, 이 글을 읽고 여러분의 네이티브 코드를 C#으로 옮겨보는 것도 재미있는 시도가 될 것 같습니다.</div></div>

Stories by Jung-Hyun Nam on Medium

C#이 자바와 확실히 다른 부분 중 오랫동안 변치 않는 것은 아마도 포인터 프로그래밍일 것입니다.
Continue reading on 닷넷데브 »

C#으로 맛보는 포인터

댓글