제 N장: C 언어 인터페이스 연동

Ada는 높은 신뢰성과 안전성이 요구되는 시스템 개발에 널리 사용되지만, 기존에 C 언어로 작성된 수많은 라이브러리 및 하드웨어 인터페이스와 연동해야 하는 경우가 빈번합니다. Ada는 이러한 상호 운용성을 지원하기 위해 Interfaces.C 패키지를 비롯한 강력한 기능을 제공합니다.

본 장에서는 제공된 C 언어 헤더 파일의 인터페이스를 분석하고, 이를 Ada에서 안전하고 효율적으로 사용하기 위한 Ada 스펙 파일을 작성하는 과정을 단계별로 학습하겠습니다.

1. 분석 대상 C 인터페이스

연동할 C 인터페이스는 플러그인 구조를 정의하고 있으며, CimPlugin을 진입점으로 사용합니다. 관련 자료구조는 다음과 같습니다.

C 코드:

typedef struct _CimInfo  CimInfo;
struct _CimInfo {
  uint32_t cim_api_major;
  uint32_t cim_api_minor;
  uint32_t cim_api_micro;
  uint32_t padding;
  const char* name;
  const char* desc;
  void* reserved[4];
};

typedef struct _CimPlugin  CimPlugin;
struct _CimPlugin {
  CimIcVTable* vtable;
  int  (*init) (void);
  void (*fini) (void);
  const CimInfo* (*get_info) (void);
  void* reserved[4];
};

이 인터페이스를 Ada에서 사용하기 위해서는 C의 각 자료형을 상응하는 Ada 자료형으로 변환하고, 구조체의 메모리 레이아웃을 C와 동일하게 맞춰주어야 합니다.

2. C 자료형과 Ada 자료형 매핑

Ada에서 C 인터페이스를 연동하기 위한 첫 단계는 C 자료형을 Ada의 자료형으로 정확하게 매핑하는 것입니다. 표준 라이브러리 패키지인 Interfaces.C가 이러한 목적으로 사용됩니다.

• uint32_t: 32비트 부호 없는 정수입니다. Ada에서는 Interfaces.C.unsigned_int에 해당합니다.
• const char*: 널(null) 문자로 끝나는 C 스타일 문자열을 가리키는 포인터입니다. Interfaces.C.Strings.chars_ptr로 매핑할 수 있습니다.
• void*: 특정 자료형을 가리키지 않는 일반적인 포인터입니다. Ada의 System.Address에 해당합니다.
• int (*func)(void): 함수 포인터입니다. Ada에서는 access function 또는 access procedure로 선언하여 표현합니다.
• CimIcVTable*: CimIcVTable이라는 불완전한 자료형(Incomplete Type)을 가리키는 포인터입니다. 정의가 제공되지 않았으므로, Ada에서도 불완전한 자료형과 이에 대한 접근(access) 자료형으로 선언하여 포인터만 다룰 수 있도록 합니다.

3. C 구조체의 Ada 레코드 표현

이제 C의 struct를 Ada의 record로 변환합니다. 이때 pragma Convention (C, ...)를 사용하여 해당 레코드가 C 언어의 메모리 정렬 규칙을 따르도록 명시해야 합니다.

3.1. CimInfo 구조체 변환

CimInfo 구조체는 플러그인의 버전, 이름, 설명 등 메타데이터를 담고 있습니다.

Ada 레코드 정의 (Cim_Info_Record):

-- C의 CimInfo* 에 해당하는 접근 자료형을 미리 선언합니다.
type Cim_Info_Record;
type Cim_Info_Access is access all Cim_Info_Record;

-- C의 struct _CimInfo 에 해당하는 레코드 정의
type Cim_Info_Record is record
   Cim_Api_Major : Interfaces.C.unsigned_int;
   Cim_Api_Minor : Interfaces.C.unsigned_int;
   Cim_Api_Micro : Interfaces.C.unsigned_int;
   Padding       : Interfaces.C.unsigned_int;
   Name          : Interfaces.C.Strings.chars_ptr;
   Desc          : Interfaces.C.Strings.chars_ptr;
   Reserved      : array (1 .. 4) of System.Address;
end record;
pragma Convention (C, Cim_Info_Record);

• 각 필드는 앞서 분석한 자료형 매핑 규칙에 따라 선언되었습니다.
• void* reserved[4] 배열은 array (1 .. 4) of System.Address로 표현됩니다.
• CimInfo*에 해당하는 Cim_Info_Access 자료형을 정의하여 포인터 연산에 사용합니다.

3.2. CimPlugin 구조체 변환

CimPlugin 구조체는 실제 플러그인의 동작을 정의하는 함수 포인터들을 포함합니다.

Ada 레코드 정의 (Cim_Plugin_Record):

-- C의 CimIcVTable* 에 해당하는 불완전한 자료형 선언
type Cim_Ic_VTable;
type Cim_Ic_VTable_Access is access all Cim_Ic_VTable;
pragma Convention (C, Cim_Ic_VTable);

-- 함수 포인터들에 대한 접근 자료형 선언
type Init_Func is access function return Interfaces.C.int;
pragma Convention (C, Init_Func);

type Fini_Func is access procedure;
pragma Convention (C, Fini_Func);

type Get_Info_Func is access function return Cim_Info_Access;
pragma Convention (C, Get_Info_Func);

-- C의 struct _CimPlugin 에 해당하는 레코드 정의
type Cim_Plugin_Record is record
   VTable   : Cim_Ic_VTable_Access;
   Init     : Init_Func;
   Fini     : Fini_Func;
   Get_Info : Get_Info_Func;
   Reserved : array (1 .. 4) of System.Address;
end record;
pragma Convention (C, Cim_Plugin_Record);

• 레코드에 포함될 함수 포인터 자료형(Init_Func, Fini_Func, Get_Info_Func)을 access 자료형으로 먼저 정의합니다. 이들 역시 C와의 호환을 위해 pragma Convention (C, ...)를 지정합니다.
• 정의가 제공되지 않은 CimIcVTable은 불완전한 자료형으로 선언하고, 포인터에 해당하는 Cim_Ic_VTable_Access를 정의하여 레코드의 필드로 사용합니다.

4. 완성된 Ada 스펙 파일

위의 변환 과정을 종합하여 하나의 완전한 Ada 패키지 스펙 파일(.ads)로 작성할 수 있습니다. 이 파일은 C 라이브러리의 헤더 파일과 같은 역할을 수행합니다.

cim_interface.ads

with Interfaces.C;
with Interfaces.C.Strings;
with System;

package Cim_Interface is
   pragma Preelaborate;

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   -- CimInfo 관련 정의
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   -- C의 CimInfo* 에 해당하는 접근 자료형
   type Cim_Info_Record;
   type Cim_Info_Access is access all Cim_Info_Record;
   pragma Convention (C, Cim_Info_Access);

   -- C의 struct _CimInfo 에 해당하는 레코드
   type Cim_Info_Record is record
      Cim_Api_Major : Interfaces.C.unsigned_int;
      Cim_Api_Minor : Interfaces.C.unsigned_int;
      Cim_Api_Micro : Interfaces.C.unsigned_int;
      Padding       : Interfaces.C.unsigned_int;
      Name          : Interfaces.C.Strings.chars_ptr;
      Desc          : Interfaces.C.Strings.chars_ptr;
      Reserved      : array (1 .. 4) of System.Address;
   end record;
   pragma Convention (C, Cim_Info_Record);

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   -- CimPlugin 관련 정의
   --========================================================================

   -- C의 CimIcVTable* 에 해당하는 불완전 자료형 선언
   type Cim_Ic_VTable;
   type Cim_Ic_VTable_Access is access all Cim_Ic_VTable;
   pragma Convention (C, Cim_Ic_VTable);
   pragma Convention (C, Cim_Ic_VTable_Access);

   -- 함수 포인터 자료형 선언
   type Init_Func is access function return Interfaces.C.int;
   pragma Convention (C, Init_Func);

   type Fini_Func is access procedure;
   pragma Convention (C, Fini_Func);

   type Get_Info_Func is access function return Cim_Info_Access;
   pragma Convention (C, Get_Info_Func);

   -- C의 struct _CimPlugin 에 해당하는 레코드
   type Cim_Plugin_Record is record
      VTable   : Cim_Ic_VTable_Access;
      Init     : Init_Func;
      Fini     : Fini_Func;
      Get_Info : Get_Info_Func;
      Reserved : array (1 .. 4) of System.Address;
   end record;
   pragma Convention (C, Cim_Plugin_Record);

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   -- 플러그인 진입점 (C 라이브러리의 심볼)
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   -- C 라이브러리에서 export된 "CimPlugin" 심볼을 Ada 객체로 가져옵니다.
   -- 이 변수를 통해 C 플러그인 객체에 접근할 수 있습니다.
   Plugin_Entry_Point : aliased Cim_Plugin_Record;
   pragma Import (C, Plugin_Entry_Point, "CimPlugin");

end Cim_Interface;

• pragma Import를 사용하여 C 라이브러리에 정의된 전역 변수 CimPlugin을 Ada의 Plugin_Entry_Point 객체와 연결했습니다. 이를 통해 Ada 코드에서 C 플러그인의 함수 포인터를 호출하고 데이터에 접근할 수 있습니다.

5. 결론

본 장에서는 C 언어로 정의된 인터페이스를 Ada에서 사용하기 위한 스펙을 작성하는 방법을 살펴보았습니다. 핵심은 Interfaces.C 패키지를 활용하여 자료형을 정확히 매핑하고, pragma Convention과 pragma Import를 사용하여 메모리 레이아웃과 외부 심볼 연결을 보장하는 것입니다. 이렇게 잘 정의된 인터페이스 스펙을 통해, Ada의 강력한 타입 검사와 안정성을 유지하면서 C로 작성된 기존 자산을 효과적으로 활용할 수 있습니다.