15-3-나.가변 인수 함수의 조건

가변 인수 함수는 인수의 개수와 타입에 대한 제약이 없지만 그렇다고 해서 아무 인수나 마음대로 전달할 수 있는 것은 아니다. 가변 인수 함수에도 지켜야 할 규칙들이 있는데 이 규칙에 대해 알아보자.

가변 인수 함수는 반드시 하나 이상의 고정 인수를 가져야 한다. 첫 번째 인수부터 가변 인수일 수는 없는데 왜냐하면 가변 인수를 읽기 위한 포인터 ap를 초기화하기 위해서 마지막 고정 인수의 번지를 알아야 하기 때문이다. va_start 매크로는 마지막 고정 인수의 번지에 길이를 더해 가변 인수가 시작되는 번지를 계산하는데 고정 인수가 없으면 이 매크로가 동작하지 않는다. GetSum 함수는 인수의 개수를 전달하는 num 고정 인수를 가지며 printf 함수도 서식 문자열 format을 첫 번째 인수로 가진다.

만약 고정 인수를 가지지 않는 가변 인수 함수를 꼭 만들고 싶다면 va_ 매크로를 쓰는 대신 스택을 직접 뒤지는 방법을 사용할 수는 있다. 하지만 컴파일러마다 함수를 호출할 때 스택을 조작하는 방법이 다르고 어셈블리를 직접 사용해야 하기 때문에 일반적으로 불가능하다고 보는 편이 옳다. 또한 바로 다음의 2, 3번 규칙을 만족하기 위해서도 고정 인수가 필요하다. 가변 인수들을 일관된 방법으로 읽기 위해서는 반드시 하나 이상의 고정 인수가 있어야 한다.

함수 내부에서 자신에게 전달된 가변 인수의 개수를 알 수 있도록 해야 한다. 전달될 수 있는 인수의 개수에는 제한이 없으며 컴파일러는 함수가 호출될 때 인수의 개수를 점검하지도 않는다. 그래서 호출측에서 가변 인수가 몇개나 전달되었는지를 알려 주지 않으면 함수 내부에서 인수의 개수를 알 수 있는 방법이 전혀 없다. 함수 스스로 인수의 개수를 파악할 수 있도록 호출측이 정보를 제공해야 한다.

GetSum 함수는 첫 번째 고정 인수 num을 통해 뒤쪽의 가변 인수가 몇개나 전달되었는지를 알려 주도록 되어 있으며 함수 내부에서는 num만큼 루프를 돌면서 va_arg로 인수들을 읽었다. 만약 num 인수가 없다면 GetSum 함수는 루프를 얼마만큼 돌아야 할 지 결정할 수 없을 것이다.

GetSum 함수의 예처럼 가변 인수의 개수를 고정 인수로 알려 주는 것은 가장 쉽기는 하지만 개수를 바꿀 때마다 고정 인수를 수정해야 하므로 불편할 수도 있다. 고정 인수로 개수를 전달하는 것이 귀찮다면 가변 인수의 목록 끝에 특이값을 전달하는 방법을 쓸 수도 있는데 예를 들어 인수값 중 0을 만나면 이 값을 가변 인수의 끝으로 인식하도록 약속을 하는 것이다. 이런 방법으로 GetSum 함수를 수정해 보았다.

예 제 : PrintSum

#include <Turboc.h>

void PrintSum(const char *msg, ...)

{

int sum=0;

va_list ap;

int arg;

va_start(ap,msg);

for (;;) {

arg=va_arg(ap,int);

if (arg == 0) {

break;

}

sum+=arg;

}

va_end(ap);

printf(msg,sum);

}

void main()

{

PrintSum("1+2=%d\n",1,2,0);

PrintSum("3+4+5+6=%d\n",3,4,5,6,0);

PrintSum("10~15=%d\n",10,11,12,13,14,15,0);

}

GetSum 함수를 수정한 PrintSum 함수는 서식 문자열과 여러 개의 정수값들을 인수로 전달받되 가변 인수의 끝에는 0을 두어 0을 만날 때까지 모든 인수의 값을 합해 그 결과를 메시지와 함께 직접 출력한다. 함수 내부의 루프는 무한 루프로 수정되었으며 읽은 인수값이 0일 때까지 루프를 돌도록 했다. 실행 결과는 앞에서 만든 예제와 동일하다.

GetSum 함수는 가변 인수의 개수를 고정 인수를 통해 직접적으로 알려 주도록 했으며 PrintSum 함수는 개수는 알려 주지 않되 가변 인수의 끝을 나타내는 특별한 표지값을 약속함으로써 이 값이 나올 때까지 가변 인수를 취할 수 있도록 했다. 어떤 방법을 쓰든지 어쨌든 함수 내부에서 가변 인수의 개수를 알 수 있도록만 해 주면 된다.

그렇다면 표준 함수인 printf는 인수의 개수를 어떻게 파악할까? 개수를 전달하는 고정 인수도 없고 끝을 나타내는 특이값도 없어서 함수 내부에서 가변 인수의 개수를 알 수 없는 것 같다. 그러나 자세히 관찰해 보면 서식 문자열에 포함된 서식의 개수가 바로 가변 인수의 개수와 일치한다는 것을 알 수 있다. printf는 첫 번째 고정 인수로 전달되는 서식 문자열에서 %d, %f, %s 같은 서식의 개수만큼 가변 인수를 읽음으로써 사실상 가변 인수의 개수를 전달받는다.

개수와 마찬가지로 함수 내부에서 각각의 가변 인수 타입을 알 수 있어야 한다. GetSum이나 PrintSum 함수처럼 모든 인수를 정수형으로 고정하든가 아니면 첫 번째, 두 번째는 실수, 세 번째 이후는 모두 정수라는 식으로 미리 약속되어 있어야 한다. printf는 대응되는 서식으로부터 가변 인수의 타입을 판별하는데 %d가 제일 처음 나왔으면 첫 번째 가변 인수는 정수, 다음으로 %f가 나왔으면 두 번째 가변 인수는 실수라는 것을 알게 된다.

가변 인수들의 타입을 알아야 하는 이유는 va_arg 매크로가 ap번지에서 가변 인수를 읽을 때 얼마만큼 읽어서 어떤 타입으로 해석해야 할 지를 알아야 하기 때문이다. 가변 인수의 타입을 전달하는 방식도 여러 가지를 생각할 수 있는데 printf와 같이 하나의 고정 인수를 통해 모든 가변 인수의 타입을 판단할 수 있는 힌트를 제공하는 방식이 가장 좋다.

다음 예제의 GetSum2 함수는 types 고정 인수에 이후 전달되는 가변 인수들의 개수와 타입을 문자열로 전달한다. 정수형에 대해서는 i, 실수형에 대해서는 d라는 문자를 할당해서 이 문자들을 순서대로 죽 적어주는 것이다. 예를 들어 types가 "iidd"라면 앞 쪽 두 인수는 정수형이고 뒤쪽 두 인수는 실수형이며 총 가변 인수는 4개라는 정보가 전달된다.

예 제 : GetSum2

#include <Turboc.h>

double GetSum2(const char *types, ...)

{

double sum=0;

va_list ap;

const char *p;

va_start(ap,types);

for (p=types;*p;p++) {

switch (*p) {

case 'i':

sum+=va_arg(ap,int);

break;

case 'd':

sum+=va_arg(ap,double);

break;

}

}

va_end(ap);

return sum;

}

void main()

{

printf("1+2=%f\n",GetSum2("ii",1,2));

printf("2.5+3.8+4=%f\n",GetSum2("ddi",2.5,3.8,4));

printf("1+2.345+6+7.8901=%f\n",GetSum2("idid",1,2.345,6,7.8901));

}

types 고정 인수를 통해 인수의 개수와 타입까지도 한꺼번에 전달할 수 있기 때문에 정수형, 실수형을 마구 섞어서 전달해도 함수 내부에서 다양한 타입의 인수들을 제대로 읽을 수 있을 것이다. 실행 결과는 다음과 같다.

1+2=3.000000

2.5+3.8+4=10.300000

1+2.345+6+7.8901=17.235100

GetSum2 함수에서는 types의 길이만큼 루프를 돌되 이 문자열의 처음부터 순서대로 문자를 읽으면서 i이면 va_arg(ap, int)로 인수를 읽고 d이면 va_arg(ap, double)로 인수를 읽었다. 정수, 실수 외에도 더 다양한 타입을 전달하고 싶다면 types의 의미를 확장하고 switch문의 case만 늘리면 된다.

규칙들이 다소 복잡하다고 느껴질지는 모르겠지만 잘 생각해 보면 지극히 당연한 규칙들 뿐이다. 모든 규칙들은 함수가 어떤 식으로든 인수를 정확하게 파악할 수 있도록 하기 위해 존재한다. 전달된 인수의 개수나 타입을 함수가 전혀 알 수 없다면 값을 정확하게 읽지 못하므로 이런 규칙이 필요하다. 규칙만 지킨다면 인수에 대한 정보를 알려 주는 방법에 대해서는 자유를 누릴 수 있다.

가변 인수 함수는 인수의 개수나 타입에 대해 호출측에서 자유롭게 결정할 수 있는 편리한 함수이다. 그러나 자유에는 언제나 책임이 따르는 법이라 규칙을 제대로 지키지 않았을 때의 결과에 대해 컴파일러는 어떠한 책임도 지지 않는다. 가변 인수 함수를 잘못 호출했을 때 어떤 결과가 발생하는지 다음 예제를 실행해 보자.

예 제 : printfCall

#include <Turboc.h>

void main()

{

printf("%d%d\n",1,2);getch();

printf("%d%d%d\n",1,2,3,4,5);getch();

printf("%d%d\n",1,3.14);getch();

printf("%f%f\n",1,2);getch();

printf("%s\n",1);getch();

}

다섯 개의 printf 함수 호출문이 있고 결과를 천천히 감상할 수 있도록 getch 대기문을 넣어 두었다. 순서대로 이 호출문들을 분석해 보자. 첫 번째 호출문은 두 개의 정수를 출력하되 서식과 인수의 개수, 타입이 정확하게 일치하며 따라서 이 호출문은 아주 정상적으로 처리될 것이다. 두 번째 호출문에는 서식이 세 개 밖에 없지만 인수는 다섯 개나 전달되었다. 이 경우도 정상 실행되는데 모자라는 것은 문제가 되지만 남는 것은 무시해 버리면 되므로 문제가 되지 않는다.

세 번째 호출문은 %d 서식 두 개를 가지고 있지만 실제 전달된 인수는 정수 상수 하나와 실수 상수 하나여서 개수는 맞지만 타입이 일치하지 않는다. 이 경우 printf는 두 번째 가변 인수를 정수형으로 읽기 때문에 3.14를 억지로 정수형으로 해석해서 출력한다. 정수와 실수는 비트 구성이 완전히 다르기 때문에 3이 출력되는 것도 아니며 실수 비트열을 정수로 해석한 결과가 출력된다. 다운되지는 않지만 어쨌든 원하던 결과는 아닐 것이다.

네 번째 호출문은 두 개의 %f 서식을 가지고 있지만 가변 인수는 둘 다 정수형이다. 이 경우 정수형 값을 8바이트의 실수형으로 읽으려고 시도하게 되는데 원하는 결과도 나오지 않을 뿐더러 잘못하면 다운될 수도 있다. 이 코드가 다운될 것인가 아닌가는 순전히 운의 문제이되 요행스럽게도 스택에는 자유 공간이 많이 남아 있기 때문에 8바이트를 더 읽는다고 해서 쉽게 다운되지는 않는다.

마지막 호출문은 심각한데 서식은 %s로 되어 있어 가변 인수가 문자열인 것으로 전달되지만 실제 전달된 인수는 정수형이다. 따라서 불쌍한 printf는 정수 1을 포인터로 해석하여 이 위치의 문자열을 읽으려고 시도하는데 절대 번지 1은 시스템 영역이기 때문에 그 자리에서 즉사해버린다. 32비트의 보호된 환경에서는 허가되지 않은 영역을 읽으려고 할 때 운영체제가 강제로 프로세스를 종료해 버리기 때문이다.

보다시피 가변 인수 함수를 잘못 쓰면 이렇게 위험해질 수 있다. 그러나 이런 위험한 코드를 작성했음에도 불구하고 위 예제를 컴파일하면 컴파일러는 뻔뻔스럽게도 0 error 0 warning이라는 결과를 보여준다. 컴파일러는 위 코드가 위험한지 아닌지를 판별할 능력도 없고 권한도 없다. printf 함수의 원형에는 ...이라고 되어 있어 인수에 대해서는 개수든 타입이든 간섭하지 말라고 했기 때문이다. 그러니 가변 인수 함수는 사용하는 사람이 주의하는 수밖에 없다.