C 표준 라이브러리

**C 표준 라이브러리**(C standard library)는 C 언어를 위한 표준 라이브러리로서, ANSI C 표준에 의해 명시되었다. 이것은 상위 집합인 C POSIX 라이브러리와 동시에 개발되었다. ANSI C가 국제 표준화 기구에 의해서 채택됨에 따라, C 표준 라이브러리는 또한 **ISO C library**로도 불린다.

C 표준 라이브러리는 매크로, 타입 정의 그리고 문자열 처리나 수학적 연산, 입출력 프로세스, 메모리 할당과 다른 운영 체제 서비스 같은 작업을 위한 함수들을 제공한다.

## 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스 (API)
### 헤더 파일들
C 표준 라이브러리의 API는 많은 헤더 파일들에 정의되어 있다. 각 헤더 파일은 하나 이상의 함수 정의와 데이터 타입 정의 그리고 매크로들을 포함한다.

세 헤더 파일들의(`complex.h`, `stdatomic.h`, `threads.h`) 구현은 필수는 아니다.

POSIX 표준은 유닉스를 위한 기능을 위해 여러 표준이 아닌 C 헤더들을 추가하였다. 예를 들면 `unistd.h` 그리고 `signal.h`가 있다.

### 문서화
유닉스 계열 시스템들에서 실제 구현된 API의 권위 있는 문서화는 man page의 형태로 제공된다.

## 구현
유닉스 계열 시스템들은 일반적으로 공유 라이브러리 형태로 C 라이브러리를 가지지만, 헤더 파일들이 설치 시에 존재하지 않아서 C 개발이 불가능할 수도 있다. C 라이브러리는 유닉스 계열 운영 체제에서 한 부분으로 여겨진다. ISO C 표준을 포함한 C 함수들은 프로그램들에서 널리 사용되지만, 운영 체제 인터페이스의 한 부분이다. 유닉스 계열 시스템들은 일반적으로 C 라이브러리가 제거되면 동작할 수 없다.

마이크로소프트 윈도우에서, 핵심 시스템 동적 라이브러리들은 C 표준 라이브러리의 구현을 제공한다. C 로 쓰여진 컴파일된 애플리케이션들은 C 라이브러리와 정적으로 링크되거나 딸려온 라이브러리와 동적으로 링크된다. 컴파일러의 C 라이브러리에 존재하는 함수들은 마이크로소프트 윈도우와의 인터페이스로 여겨지지 않는다.

운영 체제와 C 컴파일러에서 제공되는 많은 구현들이 존재한다. 몇몇 유명한 구현들은 다음과 같다.
* BSD libc, BSD 운영 체제 하에 배포되는 구현.
* GNU C 라이브러리 (glibc), 리눅스, GNU 허드 그리고 GNU/kFreeBSD에서 사용된다.
* 마이크로소프트 C 런타임 라이브러리, 비주얼 C++의 한 부분

### 컴파일러 빌트인 함수들
몇몇 컴파일러들은(예를 들면 GCC) C 표준 라이브러리에서 많은 함수들의 빌트인 버전들을 제공한다; 즉, 함수들의 구현들은 컴파일된 목적 파일로 쓰여지며 프로그램은 C 라이브러리 공유 목적 파일에 있는 함수들 대신 빌트인 버전들을 호출한다. 이것은 특히 만약 함수 호출들이 인라인 형태로 대체된다면 함수 호출 오버헤드를 감소시키며, 최적화의 다른 형태(컴파일러가 빌트인 형태의 제어 흐름 특징을 알 때)를 허용하지만 디버깅 시에 혼란을 야기할 수 있다. (예를 들면 빌트인 버전들은 인스트루멘트된 형태로 대체될 수 없다)

그러나 빌트인 함수들은 반드시 ISO C에 따라 기본 함수들처럼 행동해야 한다. 중요한 것은 프로그램이 반드시 이러한 함수들을 가리키는 포인터를 주소를 사용해서 생성할 수 있어야 하고, 이 포인터로 함수를 발생시킬 수 있어야 한다. 만약 같은 함수에 대한 두 포인터들이 프로그램에서 두 다른 변환 유닛으로 만들어진다면, 이러한 두 포인터들은 반드시 같아야 한다. 즉, 외부 링크를 갖는 함수의 이름을 리졸브해서 얻은 주소이다.

### 링킹, libm
리눅스 그리고 FreeBSD에서, 수학 함수들( `math.h`에 정의된)은 수학 라이브러리 libm에서 따로 묶어져야 한다. 만약 이것들 중 어느 것이 사용된다면, 링커는 반드시 지시자 `-lm`을 받아야 한다.

### 탐지
C 표준에 따르면, 만약 구현이 호스트된다면 매크로 `__STDC_HOSTED__` 는  **1** 로 정의될 것이다. 호스트된 구현은 C 표준에 명시된 모든 헤더들을 갖는다. 구현은 또한 *freestanding* 일 수 있는데 이것은 이러한 헤더들이 존재하지 않는다는 의미이다. 만약 구현이 *freestanding*이라면, 이것은 `__STDC_HOSTED__` 을 **0**으로 정의할 것이다.

## 개념, 문제 그리고 해결책
### 버퍼 오버플로우 취약점
C 표준 라이브러리에 있는 몇몇 함수들은 버퍼 오버플로우 취약점들과 채택 이후의 버그를 유발하는 프로그래밍을 조장하는 것으로 악명 높다. 가장 비판받는 항목은:
* 문자열 조작 루틴들 :  `strcpy()` 와 `strcat()`를 포함하며 경계 검사의 부족과 경계가 직접 검사되지 않았을 때의 버퍼 오버플로우 가능성이 있다;
* 일반적인 문자열 루틴들 : 부작용으로 인해서 무책임한 버퍼 사용을 부추기며, 항상 유효한 널 종료 출력과 선형 길이 계산을 보장하지는 않는다;
* `[[printf]]()` 관련 루틴들 : 포맷 스트링이 주어진 인자와 맞지 않았을 때 실행 스택을 망친다. 이러한 근본적인 결함은 많은 공격들을 만들어 낸다: 포맷 스트링 버그;
* `gets()` 와 `[[scanf]]()` 같은 입출력 루틴들 : 입력 길이 검사가 부족하다.
`gets()`를 사용한 극단적인 경우를 제외하고, 모든 보안 취약점들은 보조 코드가 메모리 관리, 경계 검사, 입력 검사 등을 수행하게 함으로써 피할 수 있다. 이것은 종종 표준 라이브러리 함수들을 사용하기 쉽고 안전하게 만들어 주는 래퍼의 형태를 통해 가능해 진다.

함수들에 경계 검사와 자동 버퍼 할당을 채택하는 것을 제안하기 위해 ISO C 윈원회는 기술 보고서 TR 24731-1를 발행하였고 TR 24731-2를 작성중에 있다. 전자는 많은 비판을 받았지만, 후자는 비판과 칭찬을 모두 받았다. 그럼에도 불구하고 TR 24731-1는 마이크로소프트의 C 표준 라이브러리에 구현되었으며, 이것의 컴파일러는 오래된 불안정한 함수들을 사용할 때 경고를 발생시킨다.

### 쓰레딩 문제, 경쟁 상태에 대한 취약점
`mktemp()` 과 `[[String.h|strerror]]()` 루틴들은 스레드 안전와 경쟁 상태에 대한 취약점 때문에 비판을 받았다.

### 오류 처리
C 표준 라이브러리에서 함수들의 오류 처리는 일관되지 않으며 가끔은 혼란스럽다. 이것은 리눅스 매뉴얼 페이지 `math_error` 에 잘 요약되어 있다:
  *glibc 하의 현재(버전 2.8) 상황은 엉망이다. 대부분의(모두는 아니지만) 함수들은 오류들에 대해 예외를 일으킨다. 몇몇은 또한 errno를 설정한다. 소수의 함수들은 errno를 설정하지만, 예외를 일으키지는 않는다. 극히 소수의 함수들은 둘 모두 하지 않는다.*

## 표준화
다른 언어들과 달리, 원본 C 언어는 입출력 동작 같은 빌트인 함수들을 제공하지 않았다. 시간이 지나면서 C의 사용자 커뮤니티들은 생각을 공유하고 현재 C 표준 라이브러리라고 불리는 것을 구현하였다. 이러한 아이디어들 중 많은 수가 결국 표준 C 언어의 정의에 포함되었다.

유닉스와 C는 모두 벨 연구소에서 1960년대에에서 1970년대에 만들어졌다. 1970년대 동안 C 언어는 점점 유명해 졌다. 많은 대학교들과 단체들이 자신의 프로젝트를 위해 이 언어를 자신만의 형태로 만들었다. 1980년대의 시작에 이것들 간에 호환 문제가 발생하였다. 1983년 미국 국립 표준 협회(ANSI)는 위원회를 구성해서 C의 표준 명세를 확립하였고 이것은 ANSI C로 불린다. 이 작업은 1989년 C89라고 불리는 것이 만들어짐으로써 끝이나게 된다.

### POSIX 표준 라이브러리
POSIX, 또는 SUS는 기본 C 표준 라이브러리에서 사용 가능한 많은 수의 루틴들을 명시하였다. POSIX 명세는 멀티 스레드, 네트워킹 그리고 정규 표현식에 대한 헤더 파일들을 포함한다. 이러한 것들은 종종 C 표준 라이브러리 기능들과 동시에 구현되었다. 예를 들면 glibc는 `libc.so` 내의 fork 같은 함수들을 구현하였다. 종종 POSIX 명세의 기능은 라이브러리의 한 부분으로 여겨질 수 있다; 기본 C 라이브러리는 ANSI 또는 ISO C 라이브러리로 식별된다.

### BSD libc
**BSD libc**는 POSIX 표준 라이브러리의 상위 집합으로서 FreeBSD, NetBSD, OpenBSD 그리고 OS X 같은 BSD 운영 체제에서 사용된다. 이것은 1994년 릴리즈된 4.4BSD에서 처음 선보여졌다. BSD libc는 원본 표준에서 정의되지 않은 몇몇 확장들을 갖는다. BSD libc의 확장들 중 몇몇은 다음과 같다:
* <code>sys/tree.h</code> &#x2013;.
* <code>sys/queue.h</code> &#x2013;.
* <code>fgetln()</code> &#x2013; <code>stdio.h</code>에 정의되었다. 이것은 파일을 라인 단위로 읽을 때 사용된다.
* <code>fts.h</code> &#x2013;&nbsp;&#xD30C;&#xC77C;&#x20;&#xACC4;&#xCE35;&#xC744;&#x20;&#xC21C;&#xD68C;&#xD558;&#xAE30;&#x20;&#xC704;&#xD55C;&#x20;&#xD568;&#xC218;&#xB4E4;&#xC744;&#x20;&#xD3EC;&#xD568;&#xD55C;&#xB2E4;.
* <code>db.h</code> &#x2013;&nbsp;버클리&#x20;&#x44;&#x42;&#xC5D0;&#x20;&#xC5F0;&#xACB0;&#xD558;&#xAE30;&#x20;&#xC704;&#xD55C;&#x20;&#xD568;&#xC218;&#xB4E4;.
* <code>strlcat()</code> 와 <code>strlcpy()</code> &#x2013; <code>strncat()</code> 와 <code>strncpy()</code>의 안전한 대체
* <code>err.h</code> &#x2013;&nbsp;&#xC815;&#xD615;&#xD654;&#xB41C;&#x20;&#xC624;&#xB958;&#x20;&#xBA54;&#xC2DC;&#xC9C0;&#xB4E4;&#xC744;&#x20;&#xCD9C;&#xB825;&#xD558;&#xB294;&#x20;&#xD568;&#xC218;&#xB4E4;&#xC744;&#x20;&#xD3EC;&#xD568;&#xD55C;&#xB2E4;.
* <code>vis.h</code> &#x2013; <code>vis()</code> 함수를 포함한다. 이 함수는 비주얼 포맷에서 출력할 수 없는 문자들을 표시하는데 사용된다.

## 다른 언어들에서의 C 표준 라이브러리
몇몇 언어들은 자신의 라이브러리에 표준 C 라이브러리의 기능을 포함한다. 라이브러리는 그 언어의 구조에 어울리게 해서 채택되지만, 동작 의미는 비슷하게 된다. 예를 들면 C++ 언어는 이름공간 `std` (예를 들면 `std::printf`, `std::atoi`, `std::feof`)에서 C 표준 라이브러리의 기능을 포함하는데, 헤더 파일도 C의 것과 비슷하다(`cstdio`, `cmath`, `cstdlib`, 등). 다른 언어들은 D와 비슷한 접근법을 갖는데 파이썬의 경우 C파이썬이 있다. 예를 들면 파이썬 2에서 빌트인 파일 객체들은 "C의 `stdio` 패키지를 사용해서 구현되었다"고 정의되어서, 사용 가능한 연산들(open, read, write 등)은 상응하는 C 함수들과 같은 동작을 한다고 기대할 수 있다.

## 다른 언어들의 표준 라이브러리들과의 비교
C 표준 라이브러리는 다른 언어들의 표준 라이브러리들과 비교했을 때 작다고 할 수 있다. C 라이브러리는 수학, 문자열 조작, 형 변환 그리고 파일과 콘솔 기반 입출력 함수들의 기본 집합을 제공한다. 이것은 C++ 표준 템플릿 라이브러리처럼 컨테이너 타입의 표준 집합을 포함하지 않는다. 이러한 작은 표준 라이브러리의 장점은 일할 ISO C 환경을 다른 언어들 보다 더 쉽게 제공한다는 것이며, 결과적으로 C를 새로운 플랫폼에 포팅하는 것이 상대적으로 쉽게 된다.

## 같이 보기
* C++ 표준 라이브러리

## 각주

## 더 읽어보기
* Plauger, P. J. (1992). *The Standard C library*. Englewood Cliffs, N.J: Prentice Hall. ISBN&nbsp;0-13-131509-9.

## 외부 링크
* The C Library Reference Guide
* Handy list of which headers are in which standard
* Microsoft C Run-Time Libraries on MSDN
* NetBSD C libraries manual  and full C library source
* Manual pages for the original C standard libraries in Unix

분류:C 프로그래밍 언어