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한자어로 '원'이라고 부르는 동그라미라는 도형은 시각적으로나 수학적으로나 아주 신기한 도형이다.
둥글다는 게 무슨 의미인지 기계가 계산으로 표현할 수 있을 정도로 엄밀하게 정의하자면 결국 '어떤 점에서 거리가 같은 점들의 집합'이라는 정의가 등장하게 되고, n차원 직교 좌표에서 거리라는 건 결국 차원을 구성하는 각 축의 거리들의 제곱의 합의 제곱근이라고 정의된다.

원의 지름과 원의 둘레의 비율은 그 이름도 유명한 '파이'이며, 3.141592... 로 시작하는 이 값은 무리수인 동시에 초월수라는 것도 상식이다.

그런데 이 원을 정사각형 격자 모양의 래스터 그래픽 장치에서 어떻게 하면 효율적으로 그릴 수 있을까? 그런 물건의 내부엔 컴퍼스 같은 직관적인 도구가 없는데 말이다.
중심이 x, y이고 반지름이 r인 원을 구성하는 좌표들을 어떤 계산을 통해 얻어 올 수 있을까?
원점이 중심인 원의 방정식은 x^2+y^2=r^2. 따라서 y=sqrt(r^2-x^2) 방정식을 이용하면 사분원 내지 반원을 구성하는 점을 구할 수 있다. 그리고 이 값을 바탕으로 나머지 방향의 점을 그리면 될 것이다.

#include <math.h>
template<typename T>
void Draw_Circle(int x, int y, int r, T f)
{
    double R_2 = r*r;
    for(int i=0;i<r;i++) {
        int v = (int)(sqrt( R_2 - i*i )+0.5);
        f(x-i, y-v); f(x-i, y+v);
        f(x+i, y-v); f(x+i, y+v);
    }
}

for문 자체는 0부터 r까지 사분원의 x좌표만 돌고, 이를 바탕으로 점을 찍는 함수 f를 4개 방향으로 모두 호출한다.
r의 제곱 값은 한 번만 계산하면 되므로 for문 밖에서 별도로 선언해 주는 센스도.
소숫점은 버림이 아니라 반올림이 되도록 0.5를 더한 뒤에 int로 캐스팅하는 게 좋다. 그래야 당장 그려지는 원도 90*n도 부근이 더 탱탱하고 보기 좋아진다.

함수의 사용은 MFC 기준으로 이런 식으로 하면 된다. 함수 안에서 또 다른 함수를 내부적으로 호출할 때 함수 포인터보다 람다가 참 깔끔하긴 하다. (너무 남발한 게 꼬이면 code bloat은 피할 수 없겠지만)

CPaintDC dc(this);
auto x = [&](int x,int y) { dc.SetPixel(x,y,0); };
Draw_Circle(220,220, 200,  x);
Draw_Circle(420,330, 160,  x);

사용자 삽입 이미지

그런데 아뿔싸, 역시 기울기가 1보다 더 커지는 곳에는 점이 듬성듬성 떨어져 있게 된다.
이 틈을 점 찍기가 아니라 선 그리기 같은 다른 함수로 메운다는 건 있을 수 없는 일이고..
결국, 우리의 원 그리기 알고리즘은 언제나 기울기가 1보다 작은 구간에서만 동작하게 loop 구조를 바꿀 필요가 있다.
우리는 원을 4등분했는데, 그렇게 4등분된 조각도 한쪽 끝과 맞은편 끝이 완벽하게 대칭으로 이들을 동시에 그려 보자.

가령, 1사분면에서는 x좌표를 1씩 증가시키면서 r로 근접하고(위의 코드에서 i) y좌표는 r이다가 점점 0으로 작아지는데(위의 코드에서 v),
이와 동시에 반대편에서는 y좌표를 1씩 증가시키면서 r로 근접하고, x좌표는 r에서 0으로 근접시키도록 점을 같이 그리는 것이다.
이제 loop는 변수 i의 값이 r에 도달한 지점에서 끝나는 게 아니라 v와 값이 같아지는 지점에서 끝나면 된다. (정확히는 sqrt(2)*r/2 지점이 됨)

{
    double R_2 = r*r;
    for(int i=0; ;i++) {
        int v = (int)(sqrt( R_2 - i*i )+0.5);
        f(x-i, y-v); f(x-v, y-i);
        f(x-i, y+v); f(x-v, y+i);

        f(x+i, y-v); f(x+v, y-i);
        f(x+i, y+v); f(x+v, y+i);
        if(i>v) break;
    }
}

사용자 삽입 이미지
와, 이로써 굉장히 찰진 모양의 원이 그려졌다. 한 번 루프를 돌 때마다 점이 8개가 그려지는 것이다.
그러나 이런 원 하나 그리는데 부동소숫점에, 곱셈에, 심지어 제곱근까지 꽤 부담스러운 연산이 많이 들어갔다.
이걸 좀 줄일 수는 없을까?

...
    int R_2 = r*r;
    int v = r;
    for(int i=0; ;i++) {
        if(i*i + v*v > R_2) --v;
...

loop의 앞부분을 이렇게 고쳐 보자.
x축에 속하는 i의 값이 1증가할 때마다 y축에 속하는 v의 값은 그대로 유지되거나 1 감소하거나 둘 중 한 변화만을 겪을 것이다.
i가 증가함에 따라 원점에서 i, v까지의 거리가 R보다 확 커지게 됐다면, 이 궤적은 원의 범위를 벗어나는 것이므로 y축에 속하는 v를 1 줄여 준다.

실질적으로 행해지는 연산을 이렇게 최적화해 주면 최소한 부동소숫점과 제곱근 연산은 없어진다.
그러나 최적화의 여지는 그래도 여전히 남아 있다. 저 꼴도 보기 싫은 곱셈을 없애려면 어떡하면 좋을까?

방법이 있다.
결국, i*i는 0, 1, 4, 9, 16 ...의 순열을 생성해 낼 텐데, 얘는 덧셈을 두 번 하는 걸로 대체할 수 있다. 한 번 덧셈을 한 뒤엔 증가치가 2씩 늘어나니까 말이다(1과 4의 차는 3, 4와 9의 차는 5, 9와 16의 차는 7). x^2의 도함수가 괜히 2*x가 아니다.

그리고 v는 초기값이 아예 R_2와 같으니 약분이 가능하다. 그 뒤에 v의 값이 줄어들면서 차이만이 발생할 뿐이다. 그런데 얼마를 빼 줘야 할까?
x^2가 (x-1)^2로 바뀌었을 때 감소하는 값은 잘 알다시피 2*x-1이다. 따라서 이 값만 초기에 계산해 놓은 뒤, v가 1 감소하게 됐을 때 가상의 v_square은 그만치 빼 주고, 그 델타값 자체도 2 감소시키면 된다.

...
    int v = r, i_square = 0, i_delta = 1;
    int v_delta=2*r-1, v_square_delta = 0;
    for(int i=0; ;i++) {
        if(i_square + v_square_delta > 0) {
            --v; v_square_delta-=v_delta, v_delta-=2;
        }

... //점 여덟 군데를 찍어 준 뒤

        if(i>v) break;
        else i_square+=i_delta, i_delta+=2;
    }

이로써 그 부드러운 원을 오로지 정수의 덧셈만으로, 그리고 곱셈이라고는 loop 돌기 전에 *2 단 한 번밖에 안 하는 깔끔한 원 그리기 알고리즘이 완성되었다. 놀랍지 않은가? 게다가 고정적인 두 배 연산은 잘 알다시피 bit shift로도 수행 가능한 아주 가벼운 연산이기도 하고 말이다.

GWBASIC, Windows GDI API, 옛날 볼랜드 BGI 등 모든 그래픽 라이브러리에 들어있는 원 그리기 함수는 기본적으로 이 알고리즘을 이용하여 원을 그린다. 각종 알고리즘 서적에 예제로 실려 있는 소스들도 세부적인 변수 활용이나 계수 계산에 차이가 있을지언정 기본적인 아이디어는 동일하다.

사실, 이건 거의 대학교 학부 수준이고 정보 올림피아드 공부라도 했다면 중· 고등학교 시절에라도 접했을 기초적인 내용이다. 진짜 어려운 건 이걸 응용하여 안티앨리어싱을 적용한다거나 타원을 그리거나, 아예 부채꼴 내지 회전된 원을 그리는 알고리즘이다.

단, Windows GDI가 그리는 원은 왠지 좀 엉성하고 덜 예쁜 것 같다. 비교를 할 때 반올림 보정을 안 하는지 경계가 아주 약간 덜 통통하며, 특히 기울기가 1(45도)에 가까워지는 지점에 점의 배치가 지저분하다.
차이를 보이기 위해 움짤을 만들어 보았다. 파란색 원은 GDI 함수로 그린 것이고, 빨간색 원은 우리가 작성한 함수로 그린 것이다.

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Posted by 사무엘

2013/07/28 08:27 2013/07/28 08:27
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3. 더 기괴하고 잉여력마저 의심되는 오버로딩

(1) 비트 연산자도 아니고 논리 연산자 && || !는 오버로딩할 일이 거의 없으며, 각종 C++ 디자인 패턴 책에서도 오버로딩을 권하지 않는 물건들이다. 그 연산자를 건드릴 게 아니라 개체를 건드리는 게 순리이다. 논리 연산자들이 취급할 수 있는 정수나 boolean 값으로 형변환하는 연산자를 제공하는 게 이치에 맞다.

굳이 논리 연산자를 오버로딩해 버리면, 일단 언어가 원래 제공하는 단축연산 기능이 사라지게 된다. 즉, A && B에서 A가 이미 false이면 B의 값은 아예 계산하지 않고 함수를 호출하지도 않는 것 말이다. 오버로딩된 함수는 논리 연산자라도 언제나 A와 B의 값을 먼저 계산한 뒤에 실행된다.

(2) 어떤 개체가 메모리에 차지하는 주소를 얻어 오는 기능은 그 어떤 타입이나 클래스에 대해서도 절대불변으로 동작해야 하는 기능이지 않은지? 마치 개체의 고정된 크기를 얻어 오는 sizeof 연산자처럼 말이다.
그럼에도 불구하고 C++의 단항 & (address-of) 연산자는 오버로딩 가능하다!

class Foo {
    //...
public
    int operator&() { return 0; }
};

void Bar(Foo *p)
{
    //...
}

이렇게 선언하거나 더 얄밉게 연산자 함수를 아예 private로 감춰 버리고 나면,
지역변수나 클래스/구조체의 멤버로 직접 선언된 Foo 개체는 Bar라는 함수에다 넘겨주는 게 불가능해진다. =_=;;;

Foo a; Bar(&a);

이런 테크닉이 무슨 필요나 의의가 있는지는 난 잘 모르겠다.

전통적인 &는 변수의 주소라는 R-value만 되돌리는 연산자인데, 이를 오버로딩하면 &는 참조자 같은 걸 되돌릴 경우 L-value를 되돌리는 것도 가능해진다. 따라서 그 값에 대해서 또 주소를 얻는 &를 적용하는 게 덩달아 가능해진다.
그러나 이 경우 &&를 연달아 쓸 수는 없으며, & &a 같은 식으로 토큰을 분리해 줘야 한다. 예전에 중첩 템플릿 인자를 닫을 때 > 사이에 공백을 넣어 줬던 것처럼 말이다.

(3) 게다가, 우선순위가 가장 낮으며 그저 여러 연산자들을 한데 나열하는 역할만을 하는 콤마 연산자도 오버로딩 가능하다! (,는 오버로딩 없이도 원래 아무 피연산자에 그 어떤 타입이 와도 무조건 괜찮은 유일한 이항 연산자임)
콤마는 함수 인자 구분용으로도 쓰인다는 특성상, 이 연산자는 가변 인자 함수 호출을 흉내 내는 용도로 쓰일 수 있을 것 같다. list, 3, 2, 1, 8, 4; 이라고 써 주고 list.add(3); list.add(2); ... 같은 효과를 낼 수도 있다는 뜻이다. 하지만 이걸 남발하는 건 좀 사악한 짓인 듯.

(4) 기괴한 오버로딩의 진정한 종결자로 내가 최후까지 남겨 둔 건 바로 ->* (pointer-to-member) 이다. 얘는 유사품인 ->하고는 오버로딩을 하는 방식이 사뭇 다르다!
-> 연산자가 아무 인자가 없는 멤버 함수인 반면, ->*는 단 하나의 인자를 받는다. 그 인자는 아무 타입이나 될 수 있으며, ->* 연산자 함수 자체도 다양한 타입으로 오버로딩될 수 있다. 가령,

POINT& operator->*(int x) { return m_pt[x]; }

이렇게 오버로딩이 된 클래스가 있다면

(obj->*0).x = 100;

이런 식으로 활용이 가능하다. 0이 연산자 함수의 인자로 전달된다. 0뿐만이 아니라 당연히 int 변수 n 같은 것도 줄 수 있다. .이나 -> 연산자 다음에는 구조체/클래스의 멤버가 뒤따라야 하는 반면, .*이나 ->* 연산자 다음에는 임의의 타입에 속하는 value가 올 수 있는 구조인 것이다. ->는 가리키는 대상 포인터이지만 .*는 대상으로부터 얻을 오프셋 자체가 고정이 아니라 동적이며, ->*는 대상과 오프셋이 모두 동적임을 뜻한다.

struct A { int x,y; };

struct B { A m_Obj; };

이렇게 A를 멤버로 갖는 B라는 클래스가 있다고 치자.
클래스의 멤버 포인터는 클래스에 종속적이다.
그러므로 클래스 B에 대해서 A에 소속된 멤버 포인터를 적용하고 싶다면 ->* 연산자를 오버로딩하여 다음과 같은 연산자 함수를 써 주면 된다.

int& operator->*(int A::*t) { return m_Obj.*t; }

그러면

B bar;
int A::*temp = &A::x;

bar->*temp = 100;
bar.m_Obj.*temp = 100;

위의 두 구문은

bar.m_Obj.x = 100;

과 동일한 의미를 지니게 된다. 실무에서 이걸 오버로딩할 일이 있을지는 잘 모르겠지만..;;
멤버 변수가 저렇고, 멤버 함수의 포인터에 대해서는 머리가 터질 것 같아서 생략하련다.
C++의 세계가 더욱 심오하게 느껴지지 않는가?

4. C++ 연산자 오버로딩의 한계

(1) 당연한 말이지만 원래 C++ 언어에 없는 새로운 토큰을 만들어 낼 수는 없다. 가령, @, ** 같은 듣보잡 기호를 연산자로 정의할 수는 없다. 특히 *는 포인터의 연쇄 역참조용으로도 쓰이기 때문에 ** 같은 건 C++에서 절대로 토큰으로 쓰일 수 없는 문자열이다.

(2) .(구조체 멤버 참조) .*(멤버 포인터) ::(scope) ?:(조건 판단. 유일한 삼항 연산자) sizeof 연산자는 의미가 완전히 고정되어 있으며 재정의할 수 없다.

(3) C/C++이 원래 정의하고 있는 연산자의 우선순위와 피연산자 결합 방향을 변경할 수는 없다. 그리고 built-in type에 대해 이미 정의되어 있는 연산의 의미를 재정의할 수도 없다.

이런 모든 구체적인 디테일들을 다 명시해야 한다면 C++의 참고용 매뉴얼은 정말 상상을 초월하게 두꺼울 수밖에 없겠다는 게 실감이 간다.

Posted by 사무엘

2013/07/17 08:36 2013/07/17 08:36
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오늘은 C++에서 기초적이면서도 아주 심오하고 기괴한 문법 중 하나인 연산자 오버로딩에 대해서 좀 살펴보도록 하자.
정수, 포인터 같은 기본 자료형뿐만 아니라 사용자가 만든 임의의 개체도 연산자를 통해 조작할 수 있으면 천편일률적인 함수 호출 형태보다 코드가 더 깔끔하고 보기 좋아지는 효과가 있다. 물론, 아무 논리적 개연성 없이 오버로딩을 남발하면 코드를 알아보기 힘들어지겠지만 말이다.

C++은 연산자 오버로딩을 위해 operator라는 키워드를 제공한다. 그리고 개체에 대한 연산자 적용은 연산자 함수를 호출하는 것과 문법상 동치이다(syntactic sugar). 가령, a+b는 a.operator +(b) 또는 ::operator +(a,b)와 동치라는 뜻이다. 연산자 함수는 표준 규격이 없이 C++ 컴파일러마다 제각각으로 제정한 방식으로 심벌 명칭이 인코딩된다.

앞에서 예를 들었듯이 연산자 함수는 클래스에 소속될 수도 있고, 특정 클래스에 소속되지 않은 중립적인 전역 함수로 선언될 수도 있다. 클래스의 멤버 함수인 경우 this가 선행 피연산자에 포함된 것으로 간주되어 함수의 인자 개수가 하나 줄어든다. 연산자 함수는 명백한 특성상 default 인자를 갖는 게 허용되지 않는다.

한 클래스와 관련된 처리는 당연히 가능한 한 클래스의 내부에서 다 알아서 하는 게 좋다. 그러니 전역 함수 형태의 연산자 함수는 이항 연산자에서 우리 타입이 앞이 아니라 뒤에 나올 때 정도에나 필요하다. 가령, obj+1이 아니라 1+obj 같은 형태일 때 말이다. 그리고 이 전역 함수는 당연히 클래스의 내부에 접근이 가능해야 연산을 수행할 수 있을 것이므로 보통 friend 속성이 붙는다.

연산자가 클래스 함수와 전역 함수 형태로 모두 존재할 경우엔 모호성 에러가 나는 게 아니라 전역 함수가 우선적으로 선택되는 듯하다. a+b에 대해서 ::operator +(a,b)와 a.operator +(b)가 모두 존재하면 전자가 선택된다는 뜻. 언어의 설계가 원래 그렇게 된 건지는 잘 모르겠다.

본인은 연산자 오버로딩을 다음과 같은 양상으로 분류해 보았다.

1. 쉽고 직관적인 오버로딩

(1) 사칙연산, 대입, 비교, 형변환 정도가 여기에 속한다. 기본 중의 기본이다.
사칙연산을 재정의함으로써 C++에서도 문자열을 +를 써서 합치는 게 가능해졌다(동적 메모리 관리까지 하면서). 그리고 복소수, 유리수, 벡터 같은 복합적인 수를 표현하는 자료형을 만들 수 있게 되었다.

(2) 내부적으로 포인터 같은 외부 리소스를 참조하고 있기 때문에 단순 memcpy, memcmp 알고리즘으로는 대입이나 비교를 할 수 없는 클래스의 경우, 해당 연산자의 오버로딩이 필수이다. 이 역시 문자열 클래스가 좋은 예이다. 대입 연산자는 복사 생성자와도 비슷한 구석이 있다.
대입 연산자는 생성자와 역할이 비슷하다는 특성상, 연산자들 중 상속이 되지 않는다. 모든 클래스들은 상속에 의존하지 말고 자신만의 대입 연산자를 갖추고 있어야 한다는 뜻이다. 단, 순수 대입인 = 말고 +=, -= 같은 부류들은 상속됨.

(3) 비교 연산은 같은 클래스에 속하는 여러 원소들을 다른 컨테이너 클래스에다 집어넣어서 순서대로 나열해야 할 때 매우 요긴하게 쓰인다. 전통적인 C 스타일의 비교 함수보다 훨씬 더 직관적이다.

(4) 형변환 연산자야 상황에 따라 어떤 개체의 형태를 카멜레온처럼 바꿔 주고 개체의 사용 호환성을 높여 주는 기능이다. 포인터나 핸들 하나로만 달랑 표시되는 자료형에 대해서 자동으로 메모리 관리를 하고 여러 편의 기능을 수행하는 wrapper 클래스를 만든다면, 본디 자료형과 나 자신 사이의 호환성을 이런 형변환 연산자로 표현할 수 있다.
문자열 클래스는 const char/wchar_t * 같은 재래식 문자 포인터로 자신을 자동 변환하는 기능을 제공하며, MFC의 CWnd도 이런 맥락에서 HWND 형변환을 지원하는 것이다.

(5) 한편, 비트 연산자는 산술 연산보다야 쓰이는 빈도가 아무래도 낮다. 비트 벡터나 집합 같은 걸 표현하는 클래스를 만드는 게 아닌 이상 말이다.
단, 뭔가 직렬화 기능을 제공하는 스트림 개체들이 << >>를 오버로딩한 것은 굉장히 적절한 선택인 것 같다. MFC의 CArchive라든가 C++의 iostream 말이다. input, output이라는 방향성을 표현할 수 있고 또 비트 shift라는 개념 자체가 뭔가 '이동, 입출력'이라는 심상과 잘 맞아떨어지기 때문이다.

다른 연산자들보다 적당히 우선순위가 낮은 것도 장점. 하지만 산술 연산 말고 비교나 비트 연산자는 <<, >>보다도 우선순위가 낮으므로 사용할 때 유의할 필요가 있다.

2. 아까 것보다는 좀 더 생소하고 어려운 오버로딩

(1) 필요한 경우, operator new와 operator delete를 오버로딩할 수 있다. 물론, 객체를 생성하고 소멸하는 new/delete 본연의 기능을 완전히 뒤바꿀 수는 없지만, 이 연산자가 하는 일 중에 메모리를 할당하여 포인터를 되돌리는 기능 정도는 바꿔치기가 가능하다는 뜻이다. C/C++ 라이브러리가 기본 제공하는 heap이 아닌 특정 메모리 할당 함수를 써서 특정 메모리 위치에다가 객체를 배체하고 싶을 때 말이다.

특히 new/delete는 여러 개의 인자를 받을 수 있는 유일한 연산자 함수이다. size_t 형태로 정의되는 메모리 크기 말고 다른 인자도 받는 다양한 버전을 만들어서 new(arg) Object; 형태의 문법을 만들 수 있으며, 이때 arg는 Object의 생성자가 아니라 operator new라는 함수에다 전달된다. (delete 연산자는 어떤지 잘 모르겠다만..;;)

그리고 이놈은 전역 함수와 클래스 멤버 함수 모두 가능하다. 클래스 멤버 함수일 때는 굳이 static을 붙이지 않아도 이놈은 static이라고 간주된다. 당연히.. malloc/free 함수의 C++ 버전인데 this 포인터가 전혀 의미가 없는 문맥이기 때문이다..

사실, C++은 단일 개체를 할당하는 new/delete와 개체의 배열을 할당하는 new []/delete []도 구분되어 있다. 후자의 경우, 생성자나 소멸자 함수를 정확한 개수만치 호출해야 하기 때문에 배열 원소의 개수를 몰래 보관해 놓을 공간도 감안하여 메모리가 할당된다.
그러나 이것은 언제까지나 컴파일러가 알아서 계산을 하는 것이기 때문에 배열이냐 아니냐에 따라서 메모리 할당/해제 함수의 동작이 딱히 달라져야 할 것은 없다. 굳이 둘을 구분해야 할 필요가 있나 모르겠다.

(2) ++, --는 정수나 포인터 같은 아주 간단한 자료형과 어울리는 단항 연산자이다. 그런데 개체의 내부 상태를 한 단계 전진시킨다거나 할 때... 가령, 연결 리스트 같은 자료형에서 iterator를 다음 노드로 이동시키는 것을 표현할 때는 요런 물건이 유용하다. 난 파일 탐색 함수를 클래스로 만들면서 FindNextFile 함수 호출을 해당 클래스에 대한 ++ 연산으로 표현한 적이 있다. ㅎㅎ

++, --는 전위형(prefix ++a)과 후위형(postfix a++)이 둘 존재한다. 후위형 연산자 함수는 전위형 연산자 함수에 비해 잉여 인자 int 하나가 추가로 붙는다. 그리고 후위형 연산자는 자신의 상태는 바꾸면서 바뀌기 전의 자기 상태를 담고 있는 임시 객체를 되돌려야 하기 때문에 처리의 오버헤드가 전위형보다 더 크다. 아래의 코드를 참고하라.

A& A::operator++() //++a. a+=1과 동일하다.
{
    increment_myself();
    return *this;
}

A A::operator++(int) //a++.
{
    A temp(*this);
    increment_myself();
    return temp;
}

보다시피, 전위형과 후위형의 실제 동작 방식은 전적으로 관행에 따른 것이다. 전위형이 후위형처럼 동작하고 후위형이 전위형처럼 반대로 동작하게 하는 것도 프로그래머가 마음만 먹으면 엿장수 마음대로 얼마든지 가능하다.
정수의 경우 프로그래머가 for문 같은 데서 a++이라고 쓴다 해도 똑똑한 컴파일러가 굳이 임시 변수 안 만들고 ++a처럼 최적화를 할 수 있다. 그러나 사용자가 오버로딩한 연산자는 실제 용례가 어찌 될지 알 수 없으므로 컴파일러가 선뜻 최적화를 못 할 것이다.

일반적으로 a=a++의 실행 결과는 컴파일러의 구현 내지 최적화 방식에 따라 들쭉날쭉 달라지는 것으로 잘 알려져 있다. (당장 비주얼 C++와 xcode부터가 다르다!) 또한 a가 일반 정수일 때와, 클래스일 때도 동작이 서로 달라진다. 이식성은 완전히 안드로메다로 간다는 뜻 되겠다. 더구나 한 함수 호출의 인자 안에서 a와 a++이 동시에 존재하는 경우, 어떤 값이 들어가는지는 같은 컴파일러 안에서도 debug/release 빌드에 따라 차이가 생길 수 있으므로 이런 모호한 코드는 작성하지 않아야 한다.

(3) 포인터를 역참조하는 연산자인 * ->는 원래는 포인터가 아닌 일반 개체에 대해서 쓰일 수 없다. 그러나 C++은 이런 연산자를 오버로딩함으로써 인위적인 '포인터 역참조' 단계를 만들 수 있으며, 이로써 포인터가 아닌 개체를 마치 포인터처럼 취급할 수 있다. 형변환 연산자와 비슷한 역할을 하는 셈이다.

C++ STL의 iterator가 좋은 예이고, COM 포인터를 템플릿 형태로 감싸는 smart pointer도 .을 찍으면 자신의 고유한 함수를 호출하고, ->를 찍으면 자신이 갖고 있는 인터페이스의 함수를 곧장 호출하는 형태이다.
-> 연산자는 전역 함수가 아니라 인자가 없는 클래스 멤버 함수 형태로 딱 하나만 존재할 수 있다. 다음 토큰으로는 구조체나 클래스의 멤버 변수/함수가 와야 하기 때문에 리턴 타입은 구조체나 클래스의 포인터만이 가능하다.

(4) []도 재정의 가능하고 심지어 함수 호출을 나타내는 ()조차도 연산자의 일종으로서 재정의 가능하다!
[]의 경우 클래스가 포인터형으로의 형변환을 제공한다면 정수 인덱스의 참조는 컴파일러가 자동으로 알아서 그 포인터의 인덱스 참조로 처리한다. 그러나 [] 연산자 함수는 굳이 정수를 받지 않아도 되기 때문에 특히 hash 같은 자료구조를 만들 때 mapObject[ "H2O" ] = "산소"; 같은 구문도 가능해진다. 단, 진짜 고급 언어들처럼 인자를 여러 개 줄 수는 없다. map[2, 5] = 100; 처럼 할 수는 없다는 뜻.

()도 사정이 비슷한지라, 클래스가 함수 포인터로의 형변환을 제공한다면 굳이 () 연산자를 재정의하지 않아도 개체 다음에 곧장 ()를 붙이는 게 가능은 하다. 그러나 그 함수 포인터는 this 포인터가 없는 반면, () 연산자 함수는 this를 갖는 엄연한 멤버 함수이다.
함수 포인터로의 형변환 연산자 함수는 언어 문법 차원에서 토큰 배열의 한계 때문에 대상 타입을 typedef로 먼저 선언해서 한 단어로 만들어 놔야 한다.

Posted by 사무엘

2013/07/15 08:35 2013/07/15 08:35
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이제는 딱히 새삼스러울 것도 없지만, Windows용 응용 프로그램들의 현대화 수준을 나타내는 지표로는 다음과 같은 것들이 있다.

1. 유니코드: 완전 기본 필수. 시대가 어느 시댄데 시스템 로케일(로캘?)이 한국어로 지정되어 있지 않은 운영체제에서 한글 UI가 ?로 죄다 깨진다거나 한글로 된 파일을 인식하지 못하는 프로그램은 처지가 참으로 안습하다. 한글 로케일에서도 상용 한자 4888자 이외의 한자를 인식할 수 없는 프로그램이라면 역시 무효임.

2. 64비트: 프로그램이 혼자서만 동작하는 EXE라면 32비트만 있어도 큰 상관이 없겠지만, 여타 프로세스 내부에서 동작하는 DLL(셸 확장, 훅, IME, 드라이버 등등)이라면 64비트 바이너리가 반드시 있어야 한다.

3. 멀티코어: 빡세게 많은 작업을 하는 프로그램이라면 요즈음의 컴퓨터에서 CPU를 최대 겨우 10~20%대밖에 안 쓰는 비효율적인 형태로 동작해서는 안 된다. 여러 코어가 작업을 어떻게 분담할지를 염두에 두고 프로그램이 개발되어야 한다.

4. 사용자 계정 컨트롤: Program Files 디렉터리 밑에다 개념 없이 사용자 데이터를 써 넣지 말며, XP 이하 OS에서는 신경 쓸 필요가 없던 권한 부족 에러가 제대로 처리되어야 한다. 레지스트리나 디렉터리가 redirection되는 일 없이 동작해야 한다.

5. 고해상도: 이제는 고해상도 모니터가 많이 보급되면서 종래의 100dpi가 아닌 120dpi 정도를 쓰는 빈도가 증가하고 있다. 이런 환경에서도 UI 화면은 적당하게 확대되어 나오거나 차라리 시종일관 동일한 픽셀 크기로 나오지, 글자가 깨지거나 GUI 요소가 들쭉날쭉 뒤죽박죽으로 배치되는 일은 없어야 한다.

이런 이슈들 중, 본인은 현재 5번을 주목하고 있다.
사실, 화면의 논리적 해상도를 바꾸는 건 엄청 옛날에 Windows 9x 시절부터도 있었던 기능이다. 하지만 그 당시는 화면 해상도가 겨우 800*600이나 1024*768이 고작이었기 때문에, 안 그래도 화면이 작아 죽겠는데 배율을 더 키우는 기능은 사실상 전혀 필요하지 않았다.

그러니 이건 정말 누가 쓰나 싶은 잉여로 전락했고, 수많은 프로그램들은 운영체제에 그냥 표준 해상도인 96dpi밖에 존재하지 않는 걸로 가정한 채 각종 좌표들을 하드코딩한 채로 개발되었다.

그랬는데 요즘 컴퓨터의 모니터들은 가로 해상도가 1500을 넘어가고 세로 해상도가 1000을 넘어가니, 이제는 화면을 좀 더 큼직하게 써도 되는 시대가 도래했다. 컴퓨터의 성능과 직접적인 관계가 있는 메모리와 CPU뿐만 아니라, 이런 디스플레이 기술의 발전도 컴퓨터의 발전에 큰 기여를 했음이 분명하다.

이제는 아이패드 같은 모바일 태블릿 기기조차 화면 해상도가 2000*1500을 넘어서 있다. 그러나 기술 발전을 아주 점진적으로 경험하여 legacy의 역사가 긴 PC 환경에서는, 고해상도를 고려하지 않고 설계된 프로그램들에게 재앙이 시작되었다. 논리 해상도에 따라 자동으로 크기가 조절되는 요소(시스템 글꼴 크기, 그리고 대화상자 크기)와 그렇지 않은 요소가 뒤섞이면 GUI 외형이 개판이 될 수밖에 없다.

현재 화면의 논리적 해상도는 데스크톱 화면의 DC를 얻어 온 뒤 GetDeviceCaps(hDC, LOGPIXELSX)를 하면 구할 수 있다. X뿐만 아니라 Y도 존재하는데, X축 값과 Y축 값이 서로 달라지는 경우는 (사실상) 없다고 생각하면 된다. 일반 배율인 100%일 때의 리턴값은 96이고, 125%일 때는 120이 돌아온다..

Windows에서 화면 DPI의 변경은 완전히 on-the-fly로 자유롭게 되는 작업은 아닌지라, 운영체제 재시작이나 최소한 로그오프가 필요한 이벤트이다. 그래서 그런지 Windows Vista는 전무후무하게 화면 DPI 변경을 '관리자 권한이 필요한 작업'으로 규정했었으나, 그 규제가 7 이후부터는 풀렸다. 또한, XP 이하의 버전은 100% (96dpi)보다 작은 값으로 변경하는 것도 가능했지만, Vista 이래로 더 작은 값으로는 지정 가능하지 않게 바뀌었다.

본인이 개발하는 <날개셋> 한글 입력기의 경우, 보조 입력 도구들은 옛날에 급조하느라 각종 버튼들의 좌표가 하드코딩되어 있었다. 다음 7.0 버전부터는 고해상도일 때는 전반적인 외형도 그에 비례해서 더 큼직하게 나오게 바뀔 예정이다.

하지만 편집기는 논리적 해상도에 관계없이 글자가 언제나 무조건 16*16 고정된 픽셀 크기로만 출력되며, 이것은 쉽게 개선되기 어려운 약점이다. 글꼴 자체는 16*16 비트맵만 쓰는 게 불가피하더라도, 고해상도에서는 그 상태 그대로 글자를 살짝 확대해서 찍어 주는 기능이 필요할 것 같다. 물론 anti-aliasing을 적용해서 부드럽게 확대해서 말이다.

고해상도 환경은 아이콘을 관리하는 것도 무척 까다롭게 만들었다. Windows 95/NT4 이전에는 아이콘은 오로지 32*32 크기밖에 없었는데 나중에 16*16 작은 크기가 추가되었다. 요즘은 그것도 모자라서 20*20이나 24*24 크기도 쓰이고 있다. 그래서 한 아이콘은 여러 크기의 아이콘 이미지들의 family 내지 컬렉션처럼 되었다고 본인이 예전 글에서 언급한 적이 있다.
예전엔 고해상도 모드에서 그냥 화면 왜곡을 감수하고라도 16*16 아이콘을 살짝 확대해서 보여주는 걸로 때웠지만, 이젠 안 그러고 20*20 크기용 아이콘도 직접 만들어 넣어 주는 셈이다.

사실 FM대로라면 운영체제가 사용하는 표준 아이콘 크기도 매번 GetSystemMetrics(SM_CXICON) 같은 식으로 쿼리를 해서 써야 고해상도 환경에서도 유연하게 대비를 할 수 있을 것이다. 하지만 맨날 봐 온 게 32나 16 같은 고정된 크기여서 하드코딩된 값을 쓰다가 나중에 그 코드를 고쳐야 하게 되면 대략 정신이 난감해질 수밖에 없다. 그리고 이것도 X값과 Y값이 서로 달라지는 일이 과연 존재할지 궁금하다.

그런데 문제는 Windows API는 아이콘이 여전히 단일 불변 크기만 있을 거라는 사상을 전제로 하고 설계되어 있다는 점이다.
HICON 은 여전히 그냥 단일 크기에 해당하는 아이콘 하나만을 나타내는 핸들이다. 즉, 한 아이콘 컬렉션 전체를 나타내는 자료형이 아니다. 그래서 LoadIcon이나 DrawIcon 같은 함수를 보면 아이콘의 크기를 받는 인자가 전혀 존재하지 않으며, 이 한계를 보완하는 LoadImage와 DrawIconEx 함수가 나중에 뒤늦게 추가되었음을 알 수 있다.

하지만 draw 기능은 몰라도 load 기능은 리소스 ID를 지정해 주면 그 ID가 가리키는 모든 크기의 아이콘을 다 로딩하게 하는 게 간편하지 않겠나 싶다. 그래서 draw 명령을 내리면, 원하는 크기와 가장 가까운 크기를 운영체제가 알아서 골라서 출력해 주는 것이다.

API의 기능이 그렇게 설계되었다면 윈도우 클래스를 등록할 때도 WNDCLASS에 이어서 굳이 작은 아이콘 핸들 hIconSm이 추가된 WNDCLASSEX 구조체가 번거롭게 또 만들어질 필요가 없었을 것이다. 그리고 응용 프로그램들이 고해상도용 아이콘을 지원하기도 훨씬 더 쉬워졌을 것이다. LoadIcon은 그냥 표준 크기 아이콘을 로딩하는 것만 지원하고, LoadImage는 아이콘을 로딩할 때 크기를 사용자가 일일이 지정해 줘야 하니 둘 다 불편한 구석이 좀 있다.

여담이지만, 응용 프로그램이나 운영체제별로 자신들이 설정하는 논리적 해상도는 제각기 좀 차이가 있다.
과거 도스용 아래아한글은 16*16 픽셀에 대응하는 글자가 10포인트였다. 그러나 Windows는 96dpi가 표준 해상도이며, 여기서는 12포인트가 16*16 크기이다.
한편, 맥 OS는 12포인트의 픽셀수가 Windows나 아래아한글보다 더 작다. 다시 맥 OS로 부팅해서 살펴보면 구체적인 비율을 알 수 있지만, 지금은 귀찮아서 생략.

이런 미묘한 문화 차이를 보면, FreeType API에서 FT_Set_Char_Size 함수에 굳이 상대 해상도 dpi값까지 인자로 받는 이유를 얼추 짐작할 수 있을 것이다. 번거롭지만 그런 것까지 다 수용할 수 있는 계층을 제공하기 위해서이다.

Posted by 사무엘

2013/06/20 19:19 2013/06/20 19:19
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요즘은 컴퓨터의 인터넷 접근성이 워낙 좋아져서 응용 프로그램의 도움말은 그냥 개발사의 웹페이지에 기재된 문서 링크를 여는 걸로 대체하는 경우가 많다. 그러나 사용자의 컴퓨터에 직접 저장되어 있는 형태의 도움말 시스템도 여전히 필요하며 수요가 있다.

Windows가 98 시절부터 도입한 CHM, 즉 HTML 도움말은 여러 HTML 문서와 그림들을 한 파일로 묶어서 단일 컬렉션 파일을 만들 수 있다. 그렇기 때문에 소프트웨어의 도움말뿐만이 아니라 웹 문서 아카이브로도 활용할 수 있고 대단히 유용하다. 그 잠재적 유용성에 비해서 MS가 이 기술을 너무 홀대하고 있다는 생각이 든다.

평소에야 HtmlHelp 함수를 호출할 때 부모 윈도우의 핸들로 내 창을 넘겨 주면 알아서 도움말 창이 잘 생성된다. 그런데 내 프로그램은 별도로 창을 만들지 않으면서 HTML 도움말만 띄우고 싶으면 어떻게 하면 좋을까?
가령, 프로그램을 /?라는 인자를 주고 실행하면 옵션 사용법 도움말만 HTML 도움말 형태로 나온 뒤 프로그램을 바로 종료하게 하고 싶을 때 말이다.

일단, 운영체제는 HH.EXE라고 간단히 HTML 도움말을 띄워 주는 껍데기 프로그램을 제공하며, CHM 확장자는 기본적으로 이 프로그램에 연결되어 있다. 그렇기 때문에 ShellExecute 함수로 내 도움말 파일을 "open" 구동을 하면 도움말이 바로 뜨긴 한다.

그러나 이 방식은 도움말을 띄우는 것 자체 말고는 도움말 창에 대해서 그 어떤 제어도 할 수 없다. 가령, index.htm 같은 기본 시작 화면이 아니라 도움말 파일 내부에 있는 특정 문서를 바로 열게 하고 싶으면 도움말을 열지 말고 HH.EXE를 열고, 옵션에다가 xxxx.chm::/yyyy.htm 같은 식으로, chm 파일과 내부의 문서 파일을 이어서 특이하게 줘야 한다.

또한, HH.EXE의 실행이 끝날 때까지 기다렸다가 다른 후속 처리를 하게 하려면 이 프로세스의 핸들을 얻어야 할 텐데, 그러려면 ShellExecute보다 사용하기가 훨씬 더 까다로운 CreateProcess를 써야 할 것이다.

사실, WinHlp32.exe로 구동되던 과거의 HLP 도움말과는 달리, HTML 도움말은 hhctrl.ocx라는 DLL을 통해 in-process로 구동된다는 큰 차이가 있다. 이 특성을 살려, 굳이 외부 껍데기 프로세스인 HH.EXE를 호출하지 않고 내 프로세스가 직접 HTML 도움말 창 하나만 띄웠다가 곱게 종료할 수는 없을까?

부모 윈도우에다가 NULL을 주고 그냥 HtmlHelp 함수만 호출한 뒤 프로그램을 종료해 버리면, 도움말 창이 한 0.1초가량 눈에 비쳤다가 곧바로 사라져 버린다.
이 함수는 도움말 창을 띄워 주는 CreateWindowEx 함수와 개념상 거의 같다고 생각하면 된다. 이 함수도 생성된 도움말 창의 핸들값을 되돌리며, 창을 만든 뒤에는 그 창을 실제로 동작하게 하는 message loop을 돌려 줘야 한다.

HWND hMyWnd=::HtmlHelp(NULL, _T("xxxx.chm"), 0, 0);
ASSERT(hMyWnd!=NULL);

MSG m;
while(::GetMessage(&m,NULL,0,0)>0) {
    ::TranslateMessage(&m); ::DispatchMessage(&m);
}

이렇게 하면 도움말 창이 나타나긴 하나..
이번엔 도움말 창을 닫아도 프로그램이 종료되지 않고 '작업 관리자'에 내 프로세스가 언제까지나 표시되어 보인다는 문제가 발생한다.

내가 직접 창을 띄우고 윈도우 클래스를 등록하고 윈도우 프로시저를 구현하였다면, WM_DESTROY 메시지에서 응당 PostQuitMessage 함수를 호출해 줘서 GetMessage가 while문을 종료하게 했을 것이다.
그러나 도움말 창은 일반적으로 닫는다고 해서 응용 프로그램을 종료시키는 용도로 쓰는 물건이 아니다. 그래서 도움말 창만 단독으로 띄울 때 이런 문제가 생기는 것이다.

HTML 도움말 창이 없어질 때 프로그램도 정상적으로 종료되게 하는 방법은 크게 두 가지이다.
첫째는, 도움말 창이 WM_DESTROY 메시지를 받는 시점을 우리 프로그램이 잡아내어 그때 인위로 PostQuitMessage 함수를 호출하는 것이다. 훅킹(SetWindowsHookEx) 또는 서브클래싱(SetWindowLongPtr)을 생각할 수 있는데, 훅킹까지 쓰는 건 너무 오버인 것 같고, 내 경험상 이럴 때는 WM_DESTROY에 대해서 추가 처리만 살짝 해 주는 서브클래싱이 무난하다.

일반적으로 서브클래싱은 대화상자 안에 있는 각종 자식 컨트롤들의 동작을 미묘하게 바꾸기 위해서 하는데, 이렇게 큼직한 프레임 윈도우도 서브클래싱이 가능하다. 뭐, 서브클래싱을 쓰든 훅킹을 쓰든 어쨌든 콜백 함수를 정의해 줘야 하고 콜백 함수에게 context를 제공하기 위한 전역 변수나 TLS 슬롯이 필요하니 일이 여러 모로 복잡해진다.

다음 둘째는 첫째보다 더 정석적인 방법이다.
사실은 HTML 도움말 시스템 자체에, 도움말 창이 종료될 때 WM_QUIT 메시지를 보내게 하는 옵션이 있다. 딱 한 번만 옵션을 지정해 주고 나면 뒤끝 없이 OK이고 훅킹이고 뭐고 같은 지저분한 루틴이 없으니 아주 좋다. 그러나 옵션을 지정해 주는 방법이 생각보다 굉장히 지저분하다. API가 좀 구리게 설계되었다.

HH_WINTYPE hwt, *pwt=NULL;
::HtmlHelp(NULL, _T("xxxx.chm>main"), HH_GET_WIN_TYPE, (DWORD_PTR)&pwt);
if(pwt) {
    hwt=*pwt;
    hwt.fsValidMembers=HHWIN_PARAM_PROPERTIES;
    hwt.fsWinProperties=pwt->fsWinProperties|HHWIN_PROP_POST_QUIT;
    ::HtmlHelp(NULL, NULL, HH_SET_WIN_TYPE, (DWORD_PTR)&hwt);
}

이미 도움말 창이 떠 있는 상태에서 HtmlHelp 함수를 또 호출한다. 그런데, 도움말 창에 대한 정보를 얻기 위해서 창 핸들을 넘기는 게 아니라 또 도움말 파일을 길게 지정하고(중복 과잉 정보 공급), 그 뒤에 창의 내부 이름을 지정해 줘야 한다. 창의 내부 이름은 그 도움말 파일을 만든 사람이 지정해 준 명칭이다(저 예에서는 main).

핵심은 property에다가 HHWIN_PROP_POST_QUIT라는 속성을 추가로 지정해 주는 것이다. 이 상수는 불행히도 MSDN에 제대로 문서화도 돼 있지 않은 완전 잉여이다. 덕분에 이 명칭으로 구글링을 해도 수 페이지에 걸쳐서 이 이름의 값이 선언된 헤더 파일만 잔뜩 걸려 나올 뿐, 더 자세한 설명은 사실상 존재하지 않는다. HTML 도움말을 이런 식으로 깊숙하게(?) 다룰 생각을 하는 사람도 없을 테고 말이다.

나도 htmlhelp.h 파일을 뒤지다가 이걸 정말 우연히 발견했다. 그래도 이걸 써 주니 도움말 창을 닫을 때 프로그램이 바로 종료되게 할 수 있었다. Windows 98부터 8까지 다 잘 동작한다. HTML 도움말을 만든 개발팀에서 이 도움말 창만 단독으로 뜨는 상황도 생각을 안 한 건 아니었던 것이다.

공용 컨트롤을 다루면서 LVITEM 같은 구조체를 다룬 경험이 있는 분이라면, 저건 API 설계가 좀 특이하다는 걸 알 수 있을 것이다. 보통은 구조체를 선언하고, 구조체의 크기(t.cbSize=sizeof(t))와 얻고 싶은 정보를 나타내는 비트 플래그를 지정한 뒤, 구조체의 주소를(&t) get 함수에다 넘겨 준다.

그런데 HtmlHelp의 GetWinType는 아예 내부 포인터를 받게 돼 있다.
그리고 내가 지정하는 값은 property밖에 없음에도 불구하고 set을 할 때 일단은 구조체의 모든 멤버들의 값을 넘겨 줘야 한다(hwt=*pwt). 안 그러니까 프로그램이 에러가 나더라. 여러 모로 형태가 이상하다.

사실, HTML 도움말에는 저런 옵션을 지정할 필요가 없이 부모 윈도우에다가 여러 이벤트를 알려 주는 기능이 있다. 도움말 창이 처음으로 뜰 때(HHN_WINDOW_CREATE), 각종 페이지 이동 버튼을 누를 때(HHN_TRACK), 어떤 페이지를 성공적으로 열었을 때(HHN_NAVCOMPLETE) 이렇게 세 개가 정의되어 있는데, 사용자가 X 버튼을 눌러서 도움말 창이 소멸하는 시점을 알려 주는 기능이 없는 것은 개인적으로 굉장히 뜻밖이다. 왜 정작 필요한 이벤트는 없는 걸까? 본인이 개인적으로 가장 직관적으로 생각한 형태는 이런 것이었는데 말이다. 물론, 메시지를 받으려면 나도 윈도우를 하나 만들어야 하는 번거로움이 있긴 하지만 말이다.

EXE의 형태로 독립적으로 돌아가는 응용 프로그램이 아니라 DLL 형태인 IME들도 도움말을 표시하는 기능이 있다. 그러나 IME들은 안정성이나 키보드 포커스 같은 이유로 인해, 또 다른 DLL을 주입시키는 HtmlHelp 함수를 호출하는 게 아니라 앞서 소개했던 HH.EXE 프로세스를 수동으로 띄우는 원시적인 방식을 사용한다.
그래서 도움말 명령을 여러 번 내리면 도움말 창이 한도 끝도 없이 여러 개 생기며, IME를 사용하는 응용 프로그램을 종료하더라도 도움말 창은 같이 없어지지 않는다. Microsoft가 제공하는 기본 한중일 3개 국어 IME들이 모두 그렇게 동작하며, <날개셋> 한글 입력기 역시 외부 모듈은 그 관행을 따르고 있다.

본인을 포함해 HTML 도움말을 사용하는 많은 개발자들이 잊고 사는 사항인데, HTML 도움말도 원래는 사용 전에 초기화가 필요하다. HH_INITIALIZE 및 HH_UNINITIALIZE를 해 줘야 하고, 심지어는 message loop에다가도 원래는 HH_PRETRANSLATEMESSAGE를 해 줘야 한다. 하지만 현실적으로 그런 것까지 신경 쓰는 프로그램은 거의 없다. in-process 형태인 대신에 WinHelp 시절보다 번거로운 게 많아졌으며, IME의 경우 그런 것을 응용 프로그램에서 다 기대할 수 없으니 도움말을 외부 프로세스 형태로 실행해 주는 게 실제로 더 안전할지도 모르겠다.

HTML 도움말은 다형성을 지닌 인자에다가 typecasting을 하면서 여러 명령을 전달한다는 점, 초기화 및 해제가 필요하고 state를 지닌 변수가 존재한다는 점 등으로 인해 나름 클래스 라이브러리로 만들기에 적절한 면모가 있다. 물론 이 클래스의 인스턴스는 딱 단일체(singleton) 형태로만 존재해도 충분할 테고. 앞서 언급했던 자체 message loop을 도는 기능 역시 이 클래스의 멤버 함수로 추가해서 제공하는 것도 디자인 차원에서 생각해 볼 만하다.
이 글에서는 어쩌다 보니 HTML 도움말 하나만으로 일반적인 Windows 프로그래밍 이슈를 비롯해 다양한 이야기가 나왔다. ^^

Posted by 사무엘

2013/05/21 08:30 2013/05/21 08:30
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Windows 운영체제가 인식하는 실행 파일은 구조적으로 편의성의 상징인 GUI 프로그램과, 강력한 자동화의 상징인 콘솔(명령 프롬프트) 프로그램이라는 두 갈래로 나뉘어 있다. 이것은 SUBSYSTEM이라는 링커 옵션으로 지정 가능하다.

이 옵션이 콘솔로 되어 있으면 빌드 과정에서 링커는 C 라이브러리에서 main 함수를 찾아 호출하는 startup 코드를 연결하며, GUI로 지정되어 있으면 잘 알다시피 WinMain 을 호출하는 startup 코드를 연결한다. 해당 함수들은 물론 프로그래머가 따로 구현해 놓아야 한다.

어차피 GUI든 콘솔이든 EXE 파일이 제일 먼저 실행되는 지점은 실행 파일의 entry point에 지정된 주소이며 원래는 운영체제로부터 아무 인자도 전달되지 않는다. 그 대신, C 라이브러리가 GetModuleHandle, GetStartupInfo, GetCommandLine 등의 여러 기초적인 함수들을 먼저 호출하여 리턴값들을 WinMain에다가 전달해 줄 뿐이다.
콘솔 버전인 main도 마찬가지이다. 명령 옵션을 API 함수로 얻어 온 뒤, 그걸 C 라이브러리가 파싱하여 main에다가 argc와 argv의 형태로 전해 준다.

빌드 관점이 아닌 실제 실행의 관점에서 봐도, Windows는 콘솔 프로그램과 GUI 프로그램을 서로 약간 다른 방식으로 실행해 준다. 콘솔 프로그램의 경우 이미 명령창 같은 콘솔에서 실행되었다면 기존 콘솔을 자동으로 연결시키고, 프로그램이 탐색기 같은 GUI 환경에서 실행되어 콘솔이 없는 경우 “콘솔을 언제나 자동으로 생성”한다. 그 반면, GUI 프로그램에는 그런 조치를 취하지 않는다.

다만, 콘솔 프로그램이라고 해서 GUI 윈도우를 만들거나 메시지 loop을 돌지 말라는 법은 전혀 없으며, 반대로 GUI 프로그램도 추후에 자기만의 콘솔을 얼마든지 따로 생성해서 쓸 수 있다. 콘솔과 GUI를 적절한 혼용하면 유용한 경우가 의외로 매우 많다.

GUI 프로그램의 경우 디버깅 메시지를 찍기 위해 별도의 콘솔을 이용하는 것은 매우 흔한 테크닉이다. DOSBox가 대표적인 경우이다. 그리고 반대로 평소에는 명령창으로 문자열만을 취급하더라도, 가끔 그래프 같은 시각화된 결과물을 보여 줄 필요가 있을 때 제한적으로 GUI 윈도우를 생성하는 프로그램도 생각할 수 있다.

결국 GUI와 콘솔이 완벽하게 혼합된 프로그램이라면 이런 것도 가능해야 할 것이다.
프로그램을 아무 인자 없이 실행하거나, 또는 콘솔이 아닌 GUI 환경에서 실행하면 GUI가 나타난다. 반대로 콘솔에서 실행하거나 /? 같은 명령 옵션을 줘서 실행하면 콘솔로 메시지가 나타나고, 이미 콘솔이 있는 경우 그 콘솔을 사용한다. 압축 유틸리티 같은 게 이런 식으로 개발되어 있으면 아주 편리하지 않겠는가?

그런데 문제는 이 정도로 유연한 GUI/콘솔 하이브리드 프로그램을 만들기는 대단히 어려우며, 운영체제가 구조적으로 그런 것까지 고려하여 만들어지지는 않았다는 점이다. GUI와 콘솔 모두 2% 부족한 면모가 있다.

(1) 프로그램을 콘솔 방식으로 빌드하면, GUI 형태로 실행되어야 할 때에도 언제나 빈 콘솔창이 생겨 버린다. 프로그램이 실행되자마자 곧바로 API 함수를 호출하여 이 콘솔을 죽일 수는 있지만, 콘솔 창 같은 게 깜빡인 것이 사용자에게 그대로 드러나 보이기 때문에 이런 방식은 용납될 수 없다.

(2) 반대로 프로그램을 GUI 방식으로 빌드하면, 콘솔 환경에서 콘솔 형태로 실행되었을 때 기존 콘솔을 연결하는 방법이 없다. 콘솔 프로그램과는 달리 GUI 프로그램에서는 운영체제가 이것을 자동으로 해 주지 않는다. 콘솔에다 메시지를 찍는 것은 새로운 콘솔에다가만 가능하다. 기존 콘솔을 연결하는 AttachConsole이라는 함수가 차후에 추가되기는 했지만 방법이 완전하지 않다.

결국, 어느 방식을 선택하더라도 문제가 완전히 없을 수가 없다. 콘솔창을 필요할 때만 생성하면서 콘솔이 이미 존재하는 경우 기존 콘솔과 자동으로 연결이 되는 프로그램을 만들 수는 없는 것일까?

Visual Studio IDE인 devenv 프로그램은 이 문제를 해결한 듯해 보인다.
아무 인자를 안 주고 실행하면 잘 알다시피 커다란 IDE 창이 생긴다.
그러나 /? 를 주고 실행하면 각종 명령 옵션 사용법이 기존의 콘솔에다가 깔끔하게 찍힌다. 그냥 대충 도움말 창 하나 띄우고 끝인 게 아니다.
마소에서는 이것을 어떻게 구현하였을까?

그 비결은 너무 허무할 지경이다.
IDE 실행 파일이 있는 디렉터리를 가 보면, devenv 프로그램은 .exe도 있고 .com도 있어서 두 종류가 있다.

Windows는 도스 시절의 전통을 물려받았기 때문에 명령 프롬프트에서 사용자가 확장자 없이 실행 파일을 지정하면 EXE보다 COM을 먼저 실행한다. 그래서 COM은 /?  옵션 같은 걸 받아들이는 콘솔 프로그램으로 만들고, EXE를 GUI 프로그램으로 드는 꼼수를 쓴 것이다! devenv /?가 아니라 devenv.exe /? 라고 확장자를 강제 지정하면 명령 옵션 리스트가 역시나 대화상자 GUI 형태로 출력되는 걸 볼 수 있다. ^^

사용자 삽입 이미지사용자 삽입 이미지
도스 시절에 COM은 잘 알다시피 EXE보다 더 작고 단순한 실행 파일이다. 실행 파일 자체의 헤더나 파일 포맷 같은 게 존재하지 않으며, 메모리 재배치도 없이 최대 64KB의 크기 안에 x86 기계어 코드와 데이터가 모두 들어가고 컴퓨터의 고정된 메모리 주소에 그대로 주입되어 실행되었다.

요즘이야 COM이나 EXE나 모두 동일한 실행 파일이다. 오히려 COM 확장자를 사칭하여, 사용자가 의도한 프로그램 대신 악성 코드를 먼저 실행시키는 보안 위험이 문제되고 있는 지경이다. 마치 autorun 기능을 막듯이 COM의 실행을 막아 버리면 속 시원할지 모르나, 과거 프로그램과의 호환성 차원에서 그게 속 시원하게 가능할지는 모르겠다. 그래도 64비트 Windows는 아예 16비트 프로그램을 실행하는 기능 자체가 없어진 지 오래인데..

어쨌든, 실행 파일의 확장자로 콘솔용과 GUI용 프로그램을 구분시킨 건 Windows에서 배치 파일을 이용하여 자기 자신을 제거하는 프로그램을 만드는 것만큼이나 참 기발한 꼼수인 것 같다. 세상에 그런 방법을 쓸 줄은 몰랐다.

※ 추가 설명

1. Windows용 qt 라이브러리를 사용한 프로그램은 GUI 프로그램임에도 불구하고 main 함수에서 실행이 시작된다. 이것은 물론 qt 라이브러리의 내부에 WinMain 함수가 있어서 그게 사용자의 main 함수를 또 호출하기 때문일 것이다. MFC 라이브러리도 자체적인 WinMain 함수가 내부에 존재한다는 점을 감안하면 이는 충분히 수긍이 가는 디자인이다.

더구나 Windows를 제외한 다른 운영체제들은 실행 파일의 성격을 Windows처럼 GUI 아니면 콘솔 형태로 이분화하지 않으며 똑같이 main 함수를 쓴다. 그렇기 때문에, 크로스 플랫폼을 지향하는 qt는 응당 Windows에서의 프로그래밍 방식도 main을 기준으로 맞췄다고 볼 수 있다.

2. 과거의 16비트 Windows 시절에는 말 그대로 도스 프롬프트만이 있었을 뿐 콘솔이라는 게 없었다. 이것만으로도 그때 Windows는 구조적으로 기능이 굉장히 빈약했음을 알 수 있다.

Posted by 사무엘

2013/05/01 19:24 2013/05/01 19:24
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컴퓨터 소프트웨어의 GUI 요소 중에는 잘 알다시피 체크 박스와 라디오 박스가 있다.
전자는 n개의 항목을 제각각 복수 선택할 수 있기 때문에 선택의 가짓수가 2^n개가 가능하다.
그 반면 후자는 n개의 항목 중 하나만 선택할 수 있기 때문에 선택의 가짓수가 딱 n이 된다.

그리고 이런 개념은 사실 메뉴에도 존재한다.
메뉴 항목은 사용 가능 여부(enabled)와 더불어 체크 여부(checked)라는 상태가 존재하여, 자신이 체크된 것처럼 보이는 시각적 피드백을 줄 수 있다.

Windows는 초창기엔(=16비트 시절) 말 그대로 √ 1종류만이 존재했다. 이를 제어하는 함수는 CheckMenuItem이다.
그러다가 Windows 95/NT4에서부터는 ● 모양의 체크를 표시해 주는 CheckMenuRadioItem 함수도 추가되었다. 이로써 각각의 항목들을 따로 체크할 수 있는 메뉴와, 여러 개 중 한 모드만 선택할 수 있는 메뉴의 구분이 가능해졌다.
CheckMenuRadioItem는 특정 메뉴 항목 하나의 속성을 바꾸는 여타 함수들과는 달리, 메뉴 항목들을 여러 개 한꺼번에 지정한 뒤 하나만 체크를 하고 나머지는 체크를 모두 자동으로 해제하는 형태로 동작한다.

그런데 재미있는 것은, MFC는 95/NT4 이전의 16비트 시절에서부터 메뉴에다 custom 비트맵을 지정하는 독자적인 방식으로 라디오 박스를 자체 지원해 왔다는 점이다.
운영체제에 CheckMenuRadioItem가 추가된 뒤에도 내부적으로 그 함수를 쓰지 않는다. 이것은 비주얼 C++ 2012의 최신 MFC도 변함이 없다.

MFC는 동일한 명령 ID에 대해서 메뉴, 도구모음줄 등 여러 GUI 요소에 대해 일관되게 checkd/enabled 상태를 관리할 수 있게 이 계층만을 CCmdUI라는 클래스로 따로 뽑아 냈다. 그리고 윈도우 메시지의 처리가 끝난 idle 시점 때 모든 GUI 상태들을 업데이트한다.
MFC 소스를 보면, CCmdUI::SetCheck는 CheckMenuItem 함수를 호출하는 형태이다. 그러나 CCmdUI::SetRadio는 운영체제의 API를 쓰는 게 아니라 자체 생성한 bullet 모양 비트맵을 SetMenuItemBitmaps로 지정하는 좀 더 힘든 방법을 쓴다.

고전 테마를 포함해 심지어 Windows XP의 Luna에서도 운영체제가 그려 주는 radio 그림과 MFC가 그려 주는 radio 그림은 차이가 거의 없었다. 둘 다 그냥 글자와 동일한 모양으로 동그란 bullet을 그리는 게 전부였다. 그렇기 때문에 두 구현이 따로 노는 건 그리 문제될 게 없었다.

그러나 문제는 Vista 이후에서부터이다. 운영체제가 그리는 radio 그림은 더 알록달록해지고 배경까지 가미되어 화려해진 반면, MFC가 그리는 radio 그림은 아직까지 단색의 단조로운 bullet이 전부이다. 그래서 시각적으로 이질감이 커졌다. 그것도 일반 체크(√) 항목은 괜찮은데 라디오(●) 그림만 차이가 생긴 것이다.

사용자 삽입 이미지사용자 삽입 이미지

이해를 돕기 위해 그림을 첨부한다. Windows Vista 이후에 운영체제가 메뉴에다 그려 주는 라디오 체크는 배경에 은은한 무늬가 생겨 있다(왼쪽). 그러나 MFC가 그리는 라디오 체크는 여전히 옛날 스타일대로 단색 동그라미밖에 없으며, 일반 체크와도 형태가 다르다(오른쪽). 오른쪽의 프로그램은 본인이 예전에 MFC 기반으로 개발했던 오목 게임이다. ㅋㅋ

MFC는 운영체제의 새로운 함수를 왜 쓰지 않는 걸까?
그냥 이런 사소한 데에까지 신경을 안 써서 그런 것일 수도 있고, 또 CCmdUI는 각각의 메뉴 항목에 대해 개별적으로 호출되는 반면 CheckMenuRadioItem는 그 자체가 여러 메뉴 항목의 상태를 한꺼번에 바꾸는 함수이기 때문에 기능의 구현 형태가 서로 맞지 않아서 도입하지 않은 것일 수도 있다.

물론, SetMenuItemInfo라는 만능 함수를 쓰면, 개별적으로 라디오 체크 상태를 바꾸는 것도 불가능하지는 않다. 다만, 구조체를 준비해야 하는 데다, 상태(state)만 옵션으로 간단히 바꾸면 되는 게 아니라 메뉴의 유형(type)까지 바꿔야 하니 일이 좀 번거로운 건 사실이다.

다만, 요즘은 MFC에도 잘 알다시피 MS Office나 Visual Studio의 모양대로 GUI 외형을 싹 바꿔 주는 툴킷이 도입되었고, 이런 상태에서는 어차피 메뉴의 요소들이 무조건 모조리 자체적으로 그려진다. 그러니 저런 SetRadio와 SetCheck의 동작 방식의 차이 같은 것도 존재하지 않으며, 그런 걸 논하는 게 아무 의미가 없다. 저건 오로지 운영체제 표준 GUI를 쓸 때만 발생하는 이슈이기 때문이다. ^^

* 글을 맺으며..

WinMain 함수를 포함해 윈도우 클래스 등록, 프로시저 구현을 전부 직접 하면서 Windows용 응용 프로그램을 밑바닥부터 만들어 본 사람이라면, MFC가 내부적으로 프로그래머에게 몰래 해 주는 일이 얼마나 많은지를 어렴풋이 짐작할 수 있다.

  • 대화상자를 창의 가운데에다 배치해 주는 것,
  • 프레임 윈도우와 뷰 윈도우 사이의 경계에 깔끔한 입체 모양 테두리 넣는 것,
  • 고대비 모드일 때 도구 아이콘의 검은색을 흰색으로 바꾸는 것,
  • 심지어 콤보 박스 내부에 디폴트 데이터(리소스 에디터에서 만들어 넣었던)들을 집어넣는 것,
  • 프레임 윈도우가 키보드 포커스를 얻었을 때 그 아래의 view 윈도우로 포커스를 옮기는 것,
  • 프로퍼티 시트의 내부에 들어가는 프로퍼티 페이지들의 글꼴을 운영체제 시스템 글꼴로 바꾸는 것 등..

이런 사소한 것들도 공짜가 아니라 죄다 MFC가 내부에서 해 주는 일들이다.
Windows API만 써서 프로그램을 만드는 방식은 최고의 작고 가볍고 성능 좋은 프로그램을 만들 수 있지만 생산성도 미칠 듯한 저질이기 때문에, 인제 와서 이런 불편한 방식으로 프로그램을 만들 프로그래머는 거의 없을 것이다. 요즘 세상에 C++도 아닌 C는 사실상 어셈블리나 마찬가지다.

Posted by 사무엘

2013/04/29 08:34 2013/04/29 08:34
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1.

남이 짠 레거시 코드를 업무상 들여다보다가 우연히 발견한 건데,
아래의 코드는 비주얼 C++에서는 컴파일되지만 gcc 계열의 다른 컴파일러에서는 컴파일되지 않는다.

class A {
public:
    class B;
};

class A::B {
public:
    A::B() { }
};

일단, 클래스 내부의 하위 클래스를 저런 식으로 forward 선언했다가 나중에 다시 선언하는 문법 자체를 본인은 직접 구사한 적이 전혀 없었다.
그랬는데, 어찌된 일인지 생성자 함수를 선언할 때 클래스 A까지 다 써 주는 것을 비주얼 C++은 허용하지만 다른 컴파일러들은 그러하지 않았다.
왜 그런지, 이와 관련된 표준 규정은 없는지 궁금하다.

2.

Lyn Tono 님의 블로그를 보다가, 평소에 미처 생각도 못 했던 흥미로운 사실을 발견하여 이곳에다가도 소개하겠다.

void foo() { puts("global function"); }

template<typename T>
class C {
    T m;
public:
    //static이든 아니든 사실 상관은 없음
    static void foo() { puts("Member function"); }
};

template<typename T>
class D: public C<T> {
public:
    void bar() { foo(); }
};

위와 같은 함수와 템플릿 클래스를 선언한 뒤 D<int> q; q.bar(); 라고 실행하면,
비주얼 C++에서는 클래스에 소속된 foo 멤버 함수가 불리지만, 역시 gcc 계열의 다른 컴파일러에서는.. 놀랍게도 global 함수가 불린다!
이건 우선순위 문제도 아닌지라, global 함수를 없앤다고 해서 멤버 함수가 차선으로 지명되지도 않는다. 그 경우에도 클래스 멤버는 존재가 무시되고 그냥 컴파일 에러가 난다. -_-;;

그렇다. 템플릿 클래스는 기반 클래스의 멤버 지명이 비템플릿 클래스처럼 그렇게 쉽게 되질 않는다.
this-> (멤버. 심지어 this 포인터가 존재하지 않는 static 함수이더라도) 혹은 :: (전역)을 명시적으로 써 줘야 한다.

내가 생업을 위한 코딩을 하는데 비주얼 C++을 벗어날 일은 거의 없지만, 저 상황에서 당연히 멤버 함수가 불릴 거라고 예상한 게 다른 컴파일러에서는 그렇지 않을 수도 있다는 걸 염두에 둬야겠다.

3.

예전에 비주얼 C++이 지원하는 for each 문에 대해 소개를 했었고, 친절하게 의견을 남겨 주신 김 진 님으로부터 다른 컴파일러에도 range-based for 문에 대한 비슷한 문법이 존재한다는 보충 설명도 들었다.

그런데 비주얼 C++의 경우, for each() 내부에서 중괄호 없이 if...else문을 썼는데, else부터가 왜 인식이 안 되지? 최신 2012까지도. 아무래도 버그가 아닌지 의심된다. 아래의 예들을 보시라.

for(i=0; i<10; i++) if(a) b(); else c(); //원래 OK

for each(auto i in container) if(a) b(); else c(); //ERROR: 이것만 안 될 이유가 없잖아? 왜? 게다가 인텔리센스 컴파일러는 이를 에러로 지적하지 않음.

for each(auto i in container) { if(a) b(); else c(); } //중괄호를 해 주면 OK

for each(auto i in container) a ? b(): c(); //차라리 이렇게 하는 것도 OK

for(auto i: container) if(a) b(); else c(); //xcode의 이 문법도 당연히 아무 문제 없이 OK. 참고로 비주얼 C++도 2012부터는 for each뿐만 아니라 이 문법도 지원하기 시작했으며, else문에 이상이 없다.

웹 표준만큼이나 C++ 표준도 세밀한 부분에서의 이행 여부가 컴파일러마다 케바케인 것 같다.
옛날엔 IE6이 웹 표준을 안 지킨다고 욕 얻어먹은 것만큼이나 VC6도 C++ 표준 미준수 때문에 많은 비판을 받았었다. for 문 안에서 선언한 변수의 scope 문제가 제일 유명하고 말이다.

하지만 표준 자체가 모호하거나 아예 커버하지 않고 있는 사항이 있다면 그저 묵념..

여담이지만, 2차원 배열을 순회하는 경우 비주얼 C++의 for each는 배열 안의 각 원소를 하나씩 일일이 순회하는 반면, for(:) 문은 각 배열의 포인터를 변수에다 넘겨 주면서 여전히 1차원적으로만 순회한다는 차이도 있다.

4.

C/C++에서 작은따옴표는 문자 상수를 나타낸다. sizeof('a')의 값이 C에서와 C++에서 서로 다르다는 건 이미 잘 알려진 사실. 그런데 작은따옴표 안에 탈출문자가 아닌 일반 문자가 둘 이상 중첩되는 게 문법적으로 가능하며, 에러가 아니다. 그리고 더욱 기괴한 것은, 그렇게 중첩되었을 때 이 문자 상수가 갖는 값은 표준으로 정해져 있지 않고 컴파일러 구현체가 해석하기 마음대로라는 것! 일부러 그렇게 규격을 '미정'으로 남겨 놨다.

대부분의 컴파일러에서는 'ab'를 0x4142라고 합성해서 인식하는 식의 배려는 해 주고 있다. 그러나 이것은 애초에 표준 동작이 아니다 보니, 컴파일러의 기반 아키텍처 또는 코드 생성 대상 아키텍처의 엔디언에 따라 세부적인 동작이 달라진다. 다시 말해 이것은 이식성을 전혀 보장받을 수 없는 지뢰밭 같은 테크닉이며, 그렇기 때문에 IOCCC 같은 대회에서 써먹을 수도 없다.

그럴 거면 둘 이상의 문자는 차라리 깔끔하게 경고나 에러 처리라도 해 주지 하는 아쉬움이 있다.
<날개셋> 한글 입력기의 수식은 문자 상수로 둘 이상의 문자를 집어넣으면 문법 에러로 간주한다.

Posted by 사무엘

2013/04/25 08:38 2013/04/25 08:38
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본인이 예전에 글로 썼듯, 비주얼 C++ 201x의 IDE는 소스 코드의 구문 체크 및 인텔리센스를 제공하기 위해 백그라운드에서 완전한 형태의 컴파일러를 실시간으로 돌린다. ncb 파일을 사용하던 200x 시절에는 불완전한 모조 컴파일러였지만 201x부터는 그렇지 않다. 컴파일은 그걸로 하고, 자료 저장은 아예 별도의 DB 엔진으로 하니 계층이 전문화된 셈이다.

그런데 실시간으로 돌리는 컴파일러는, MS가 자체적으로 빌드를 위해 구동하는 컴파일러하고는 다른 별개의 종류이다. 이 개발툴로 오래 개발을 해 본 분은 이미 아시겠지만 같은 문법 에러에 대해서도 메시지가 서로 미세하게 다르고 심지어 문법 해석 방식이 불일치하는 경우도 있다. 마치 MS Office의 리본 UI와 MFC의 리본 UI는 구현체가 서로 별개이고 다르듯이 말이다.

그럼 이 보이지 않는 백그라운드 컴파일러의 정체는 뭘까? 이건 ‘에디슨 디자인 그룹(Edison Design Group)’이라고 유수 프로그래밍 언어들의 컴파일러 ‘프런트 엔드’만 미들웨어 형태로 전문적으로 개발하여 라이선스를 판매하는 어느 벤처기업의 작품이다. MS에서는 이 물건을 구입하여 자기 제품에다 썼다.

컴파일러를 만드는 것은 오토마타 같은 계산 이론부터 시작해서 어려운 자료구조와 알고리즘, 컴퓨터 아키텍처 지식이 총동원되는 매우 까다롭고 어려운 과정이다. 그렇기에 컴파일러는 전산학의 꽃이라 불리며, 대학교 전산학과에서도 4학년에 가서야 맛보기 수준으로만 다뤄진다.

그리고 컴파일 메커니즘은 프런트 엔드와 백 엔드라는 두 단계로 나뉜다. 소스 코드의 구문을 분석하여 문법 오류가 있으면 잡아 내고 각종 심벌 테이블과 parse tree를 만드는 것이 전자요, 이를 바탕으로 각종 최적화를 수행하고 실제 기계어 코드를 생성하는 건 후자이다.

굳이 코드 생성까지 하지 않아도 구문을 분석하여 인텔리센스를 구현하는 것까지는 프런트 엔드만 있어도 충분할 것이다. 프런트 엔드를 담당하는 쪽은 언어의 문법을 직접적으로 다루고 있으니, C++11 표준이 뭐가 바뀌는 게 있는지를 늘 매의 눈으로 감시하고 체크해야 한다. 그리고 그런 엔지니어들이 역으로 표준의 제정에 관여하기도 한다.

에디슨 디자인 그룹은 5명의 베테랑 프로그래머들로 구성된 아주 작은 회사이다. (홈페이지부터 디자인이 심하게 단촐하지 않던가?) 하지만 세계를 움직이는 굴지의 IT 회사들에 자기 솔루션을 납품하고 있다. 작지만 기술이 강한 이런 회사야말로 컴퓨터 공돌이들이 꿈꾸는 이상적인 사업 모델이 아닐 수 없으니 매우 부럽다. 개인이 아닌 기업이나 교육 기관이 고객이며, 한 솔루션의 소스 코드를 납품하는 라이센스 비용은 수만~수십만 달러에 달한다.

마이크로소프트 컴파일러는 인텔리센스만 이 회사의 솔루션으로 구현한 반면,
Comeau C++ 컴파일러는 프런트 엔드가 이것 기반이다. Comeau라 하면, C++의 export 키워드까지 다 구현했을 정도로 표준을 가장 충실하게 따른 걸로 유명한 그 컴파일러 말이다.

굳이 백 엔드와 연결된 컴파일러가 아니어더라도, 프런트 엔드가 만들어 낸 소스 코드 parse tree는 IDE의 인텔리센스를 구현한다거나 소스 코드의 정적 분석, 리팩터링, 심벌 브라우징(browsing), 난독화 등의 용도로 매우 다양하게 쓰일 수 있다. 나름 이것도 황금알을 낳는 거위 같은 기술이라는 뜻이다.

한편, 전세계 유수의 컴파일러들에 C++ 라이브러리를 공급하는 회사는 Dinkumware이라는 걸 난 예전부터 알고 있었다. 헤더 파일의 끝에 회사 설립자인 P.J. Plauger 이름이 늘 들어가 있었기 때문이다. 난독화가 따로 없는 그 암호 같은 복잡한 템플릿들을 다 저기서 만들었다 이 말이지?
비주얼 C++이라는 그 방대한 제품은 당연한 말이지만 모든 부품이 MS 독자 개발은 아니라는 걸 알 수 있다.

그나저나, 비주얼 C++ 201x의 백그라운드 컴파일러는 C 코드에 대해서도 언제나 C++ 문법을 기준으로만 동작하더라.. ㅎㅎ

Posted by 사무엘

2013/04/16 08:40 2013/04/16 08:40
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IOCCC라고, 사람이 가장 알아 보기 힘들고 충공깽스러운 형태로 작성된 C 프로그램 코드를 접수받는 공모 대회가 있다.
단순 코더가 아니라 전산학 내공과 해커 기질이 충만한 레알 베테랑 프로그래머라면 이미 들어서 알 것이다.

입상작들은 내가 보기에 크게 (1) 아스키 아트형, 아니면 (2) 크기 줄이기 암호형이라는 두 갈래로 나뉜다. 대회에 공식적으로 이런 식으로 참가 부문이 나뉘어 있는 건 아니지만, 여기 참가자들이 추구하는 오덕질의 목표가 대체로 이 둘 중 한 갈래로 나뉘기 때문이다.

전자는 영락없이 아스키 문자로 사람 얼굴이나 문자 같은 그림을 그려 놨는데 그건 컴파일 되는 올바른 C 코드이다. 그뿐만이 아니라 그걸 실행하면 기가 막힌 유의미한 결과물이 나온다. 간단한 게임이라든가 원주율값 계산 같은 것부터 시작해 심지어 CPU 에뮬레이터나 간단한 컴파일러, 운영체제까지 들어있는 경우도 있다.

후자는 수단과 방법을 가리지 않고 길이를 줄이기 위해 들여쓰기, 주석, 헝가리언 표기법 따위는 다 쌈싸먹고 진짜 정체를 알 수 없는 이상한 숫자와 기호와 문자로 범벅이 된 코드인데, 빌드해 보면 역시 소스 코드의 길이에 비해 믿을 수 없는 퀄리티의 동작이 나온다. 자바스크립트 같은 코드를 난독화 처리한 것과 비슷한 형태가 된다.

어떤 언어에서 소스 코드 자신을 출력하는 프로그램을 콰인(Quine)이라고 부른다. GWBASIC이라면 언어에 LIST라는 명령이 있으니 쉽겠지만, 일반적인 컴파일 기반 언어에서는 그걸 만드는 게 보통일이 아니다. 그런데 이 IOCCC 대회 입상작 중에는 A라는 코드가 있는데 그걸 실행하면 B라는 소스 코드가 출력되고, B를 빌드하여 실행하면 C라는 소스 코드가 나오고, 다음으로 C를 빌드하면 다시 A가 나오는... 중첩 콰인을 실현한 충격과 공포의 프로그램도 있었다. 그것도 A, B, C는 다 형태가 완전히 다르고 인간이 인식 가능한 아스키 아트! Don Yang이라는 사람이 만든 2000년도 입상작이다.

역대 수상작들을 보면 프로그래머로서 인간의 창의력과 잉여력, 변태스러움이 어느 정도까지 뻗칠 수 있는지를 알 수 있다. 그리고 이런 대회는 한 프로그래밍 언어의 극악의 면모를 시험한다는 점에서 전산학적으로도 나름 의미가 있다. 들여쓰기와 긴 변수명과 풍부한 주석이 갖춰진 깔끔한 코드든, 저런 미친 수준의 난독화 코드든 컴파일러의 입장에서는 어차피 아무 차이 없는 똑같은 코드라는 게 아주 신기하지 않은가?

다른 언어가 아니라 C는 시스템 레벨에서 프로그래머의 권한이 강력하다. 그리고 전처리기를 제외하면 특정 공백 문자에(탭, 줄바꿈 등) 의존하지 않는 free-form 언어이며, 언어 디자인 자체가 온갖 복잡한 기호를 좋아하는 오덕스러운 형태인 등, 태생적으로 난독화에 유리하다. 게다가 도저히 C 코드라고 볼 수 없을 정도로 코드의 형태와 의미를 완전히 엉뚱하게 뒤바꿔 버리는 게 가능한 매크로라는 비장의 무기까지 있다!

심지어는 C++보다도 C가 유리하다. 함수를 선언할 때 리턴 타입을 생략하고 함수 정의에서는 리턴 문을 생략할 수 있다. 가리키는 대상 타입이 다른 포인터를 형변환 없이 바로 대입할 수 있으며, 또한 인클루드를 생략하고 표준 함수를 바로 사용할 수도 있다. C++이었다면 바로 에러크리이지만, C에서는 그냥 경고만 먹고 끝이니 말이다. C의 지저분한 면모가 결국 더 짧고 알아보기 힘든 코드를 만드는 데 유리하다는 뜻 되겠다.

현업에서는 거의 언제나 C++만 써 와서 잘 실감을 못 했을 뿐이지, C는 우리가 생각하는 것보다 저 정도로 꽤 유연(?)한 언어이긴 하다. IOCCC 참가자의 입장에서 C++이 C보다 언어 구조적으로 더 유리한 건, 아무데서나 변수 선언을 자유롭게 할 수 있다는 것 정도일 것이다.

그러나 겨우 그 정도로는 불리한 점이 여전히 유리한 점보다 더 많은 것 같다. 생성자와 소멸자, 오버로딩, 템플릿 등으로 더 알아보기 힘든 함축적인 코드를 만드는 건 상당한 규모가 있는 큰 프로그램에서나 위력을 발할 것이고, 긴 선언부의 노출이 불가피하여 무리일 듯.

옛날에는 대회 규정의 허를 찌른 엽기적인 꼼수 작품도 좀 있었다.
이 대회는 1984년에 처음 시작되었는데, 그때 입상작 중에는 main 함수를 함수가 아니라 기계어 명령이 들어있는 배열로 선언해 놓은 프로그램이 있었다(1984/mullender). 이건 기계 종류에 종속적일 뿐만 아니라 요즘 컴파일러에서는 링크 에러이기 때문에, 그 뒤부터는 대회 규정이 바뀌어 이식성 있는 코드만 제출 가능하게 되었다.

그리고 1994년에는 콰인이랍시고 0바이트 소스 코드가 출품되었다(1994/smr). 소스가 0바이트이니, 아무것도 출력하지 않아도 콰인 인증..;; 이건 충분히 참신한 덕분에 입상은 했지만 그 뒤부터는 역시 소스 코드는 1바이트 이상이어야 한다는 규정이 추가되었다. 빈 소스 파일을 빌드하려면 빌드 옵션도 좀 미묘하게 변경을 해야 했다고 한다.

이런 코드를 작성하기 위해서는 모든 변수와 함수를 한 글자로 표현하는 것부터 시작해서 평범한 계산식을 온갖 포인터와 비트 연산자로 배배 틀기, 숫자 테이블 대신 문자열 리터럴을 배열로 참고하기(가령, "abcd"[n]) 같은 건 기본 중의 기본 테크닉이다. 그리고 그걸 아스키 아트로 바꾸는 능력이라든가, 원래 오리지널 프로그램을 기가 막히게 짜는 기술은 별개이다. 이런 코드를 만드는 사람은 정말 코딩의 달인 중의 달인이 아닐 수 없다.

이 대회는 전통적으로 외국 해커 덕후들의 각축장이었다. 그러나 지난 2012년도 대회에서는 자랑스럽게도 한국인 입상자가 한 명 배출되었는데, 본인의 모 지인이다. 그가 출품한 프로그램은 영어로 풀어 쓴 숫자를 입력하면(가령, a hundred and four thousand and three hundred and fifty-seven) 그걸 아라비아 숫자로 바꿔 주는 프로그램(104357). 코드를 보면 저게 어딜 봐서 숫자 처리 프로그램처럼 생겼는가. -_-

코드를 대충 살펴보면, long long이 바로 등장하는 데서 알 수 있듯, 나름 32비트 범위를 벗어나는 큰 자리수까지 지원한다. 문자열 리터럴을 배열로 참고하는 것도 곧바로 쓰였음을 알 수 있다.
그리고 옛날의 C 시절에 허용되었던 관행이었다고 하는데, 함수의 인자들을 아래와 같은 꼴로 선언하는 게 이 대회 출품작에서는 종종 쓰인다고 한다.

int func(a,b) int a, char *b; { ... }

하긴, C/C++이 기괴한 면모가 자꾸 발견되는 건 어제오늘 일이 아니다.
a[2]뿐만이 아니라 2[a]도 가능하다든가,
#include 대상으로 매크로 상수도 지정 가능하다든가,
C++의 default argument로 0이나 -1 같은 것뿐만 아니라 사실은 아예 함수 호출과 변수 지정도 가능하다는 것..
switch문의 내부에 for 같은 다른 반복문이 나온 뒤에 그 안에 case가 있다던가..;;

정말 약 빨고 만든 언어에다 약 빨고 코딩한 개발자라고밖에 볼 수 없다.
나로서는 범접할 수조차 없는 이상한 프로그래밍 대회에 한동안 엄청 관심을 갖더니 결국 입상해 버린 그의 오덕력에 경의를 표한다. 그저 놀라울 뿐이다. 이 정도로 소개하고 띄워 줬으니, 그분이 이 자리에 댓글로 소환되는 걸 기대해 보겠다. 아무래도 한국인 다윈 상 수상자가 배출된 것보다는 훨씬 더 자랑스러운 일을 해낸 친구이지 않은가. ㄲㄲㄲㄲㄲㄲㄲ

뭐, 입상했다고 당장 크게 부와 명예가 뒤따르는 건 아니겠지만, 팀장이나 임원이 IOCCC에 대해서 아는 개발자 출신인 회사에 지원할 때 “나 이 대회 입상자요!”라고 이력서에다 써 넣으면 그 이력서의 메리트는 크게 올라갈 수밖에 없을 것이다. 실제로 IOCCC 같은 잉여로운 대회에 참가하는 geek 중에는 구글, MS급 회사 직원도 있고, 사실 이런 대회에 입상할 정도의 guru급 프로그래머가 일자리를 못 구해 걱정할 일은 절대 없을 테고 말이다.

이런 대회에 더 관심 있으신 분은, IOCCC의 국내 저변 확대를 위해 애쓰고 있는 저 친구의 소개 페이지를 참고하시기 바란다.

Posted by 사무엘

2013/04/10 19:20 2013/04/10 19:20
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