Zig 공부 회고 |

글을 시작하기 전에

이 글은 Zig를 경험한지 4일 정도된 상태에서 과정 및 감상을 기록하기 위해 적은 글입니다. 때문에 Zig를 제대로 이해하지 못하고 적은 글이라고 생각하셔도 무방합니다.

사용하지 않던 새로운 언어라 어색한 것이고, 아직 잘 모르는 것이지 잘못되었다고 생각하지 않습니다. 이 글에 그런 어감으로 적은 부분이 남아있다면 제가 표현을 잘못한 것이니 피드백해주신다면 수정하겠습니다. 🙇‍♂️ 그리고 제가 미처 알지 못하고 지난 Zig의 장점이 있다면 알려주시면 감사히 배우겠습니다 🙏

Zig를 공부하게 된 배경

최근에 함께 자라기 책과 애자일 이야기 블로그를 읽었고, 나는 어떻게 학습하는지를 돌아보고 교정해보고 싶었습니다. (관련 글: 프로그래밍 언어 배우기의 달인) 과정을 기록하는 방법으로 노트가 생각이 나서 노트에 시각과 의문이 드는 점들을 기록하며 공부했고, 마무리하며 이 글도 적고 있습니다.

프로그래밍 언어 중 Zig를 선택한 이유는 두 가지인데요:

최근에 Bun이나 CyberScript 등으로 Zig가 자주 언급되었습니다. 또한 Zig 홈페이지의 코드를 볼 때 Rust와 비슷하다는 생각에 비교적 쉽게 공부할 수 있을 것이라 예상했습니다(결과적으로는 그렇지 않았지만요).
다른 언어를 공부하면 멘탈 모델을 좀 더 키울 수 있지 않을까 하는 생각이 있었습니다. 그런 흐름에서 최근에 OCaml 같은 언어도 살펴봤었습니다.

언어를 익히면서 프로그램을 직접 구현해보면 이해하는 데 도움이 된다고 느끼는데, 새로운 언어이니만큼 익숙한 프로그램을 구현하면 좋겠다고 생각했습니다. 그래서 이전에 C#, Rust로 구현해봤던 Bencodex를 Zig로 구현하기로 했습니다.

Zig를 공부한 과정

처음 Zig 홈페이지에 있는 예시 코드를 볼 때 표준 라이브러리 요소를 제외하면 대체로 이해할 수 있을 것 같았습니다. 그래서 우선 기본적인 구현은 GitHub Copilot에게 맡겨보았고, 모르는 문법이나 표준 라이브러리 요소가 나오면 그 부분부터 이해하기로 했습니다.

그러다 언어의 기능을 너무 이해 안하고 넘어갔다는 생각이 들어 Ziglings 문제들을 풀었습니다. 이를 통해 코드가 좀 더 눈에 들어오게 되었습니다.

하지만 다른 언어에는 있는 기능이 없어서 여전히 어색했습니다. 책에서 봤던 대로 표준 라이브러리 소스코드를 읽어보면서 "이런 패턴은 Zig로는 이렇게 구현하는구나"를 습득하는 데 도움이 되었습니다.

마지막으로 모듈화를 공부하는 데는 Zigistry에 있는 라이브러리들을 참조했습니다. 이 과정에서 build.zig 파일을 좀 더 잘 이해하게 되었습니다.

Zig를 공부하며 인상 깊었던 포인트

웹 어셈블리

Zig를 웹 어셈블리로 빌드하여 사용하는 게 의외로 간단하여 좋았습니다. 아래처럼 명령어를 실행하면 *.wasm 파일이 생성되고 Deno 같은 환경에서는 import {} from "foo.wasm" 같이 간편히 불러올 수 있었습니다.

zig build-exe -target wasm32-freestanding -fno-entry -rdynamic -ofmt=wasm src/root.zig

https://github.com/chung-leong/zigar 처럼 이를 보다 편하게 하는 프로젝트도 있었습니다.

타입 선언 방식

Zig에서는 타입을 선언할 때 특별히 type, typedef 같은 별도의 키워드가 없습니다. const Animal = struct{ name: []const u8 }; 같은 방식으로 타입을 선언합니다. 제네릭의 경우 struct(comptime T: type){ value: T } 같은 식으로 선언할 수 있습니다.

컴파일 타임 연산

이 기능은 C++에서의 템플릿 메타프로그래밍이나 constexpr과 유사한 기능 같았습니다. 다만 보다 작성하기 쉽게 느껴졌습니다. 컴파일 타입 리플렉션도 제공하고요.

`anytype`

정적 타입 언어이지만 anytype 타입이 있는 것이 신기했습니다. TypeScript의 any가 떠오르는 개념이었지만, 다행히 타입 검사는 잘 이루어졌습니다. Zig가 타입을 추론하는 원리를 완전히 이해하지는 못했지만, 시작점(예: main)을 기준으로 사용되는 타입들을 검사하는 것으로 보였습니다.

예를 들어 아래와 같은 함수 f가 있다고 할 때, 인자 x로 어떤 것이 주어질지 미리 알 수 없습니다:

fn f(x: anytype) void {
  x.say("Hello");
}

하지만 위와 같이 함수를 작성한 후에는 인자 x는 fn say(self: @This(), arg: []const u8) void 같은 시그니처의 함수를 가진 struct여야 한다는 것을 추론할 수 있습니다.

기존에 다른 언어로 코드를 작성할 때는 함수에 들어오는 타입을 한정하는 방식으로 코드를 작성했었는데, 이 방식은 개인적으로 혼란스러웠습니다.

인터페이스 문법의 부재

Java, TypeScript, C# 같은 언어에서는 interface 같은 타입이 있었고, C++에서는 abstract class, Rust에서는 trait이 있어 로그를 받아 계산 결과를 반환하는 함수 "evaluate"를 가진 타입, Evaluator 같은 타입을 정의하여 활용할 수 있었습니다.

그런데 Zig에서는 이런 타입을 정의하는 방법이 없어 보였습니다. 그래서 표준 라이브러리(std)를 읽어보았습니다. Rust의 trait std::io::Write 같은 역할로 std.io.AnyWriter라는 것이 있었는데, 프록시처럼 함수 포인터를 받아 호출해주는 방식으로 하나의 타입으로 여러 구현체를 사용할 수 있게 하였습니다. 메모리 할당을 담당하는 std.mem.Allocator도 같은 방식이었습니다.

"Zig는 이런 부분까지 선택지로 두고 최적화하게끔 하려는 것인가!"라는 생각에 놀라기도 했고, 다르게 생각하면 최신 언어치고는 기능이 부족하다는 생각도 들었습니다.

생명주기 추적 도구의 부재

C언어를 주로 사용했었다면 익히기 더 쉬웠을 것 같습니다. vtable 같은 것도 직접 구현하고, 무엇보다 포인터를 직접 다루는 방식이 C언어 코딩을 배울 때와 비슷했습니다. GC가 없고 직접 할당 및 해제를 해줘야 하는 점이 오랜만에 해보니 어색했습니다. Go의 defer 키워드와 비슷한 errdefer 키워드를 도입하여 메모리 해제를 쉽게 도와주려는 모습을 보았지만, 모든 문제를 해결하는 것은 아니었습니다. 테스트에서 제공되는 Allocator를 사용하면 메모리 누수를 탐지할 수 있는 도구가 있어서 도움이 되었습니다.

그래도 Rust의 라이프타임 검사 같은 기능이 있었다면 좋았을 텐데 하는 아쉬움은 남습니다. Zig가 숨겨진 흐름이 없도록 하는 철학(암묵적 함수 호출 방지)을 가지고 있어 자동으로 처리해주는 기능은 아마 추가되지 않을 것 같지만, 그런 것을 검증하려는 시도는 있는 것 같습니다. (https://github.com/ityonemo/clr)

Bun에서 메모리 누수가 왜 발생하는지도 이해가 가는 부분이었습니다(메모리 해제를 잘 챙기는 것은 어려운 일이니깐요).

Zig를 공부하는 과정에서 좋았던 점

Zig에 대한 이야기는 줄이고 공부를 회고하는 시점으로 돌아오겠습니다.

이번에 Zig를 공부할 때는 노트를 펴고 펜으로 필기하며 진행한 것이 좋은 경험이었습니다. 공부를 회고하려면 과정이 남아있어야 하는데, 기억력에 의존하기에는 놓치는 부분이 많을 것 같았기 때문입니다. 지금 이 글을 적는 것도 필기를 기반으로 합니다. 그 외에도 머리에서 생각하는 것을 적으며 정리해볼때 펜으로 쓰는 것이 가장 자유롭고 편하다고 느낍니다.

그리고 표준 라이브러리를 보는 것이 도움이 되었던 것 같습니다. "쓰기", "읽기" 같은 기본적인 개념만 보아도 이 언어에서는 추상화를 위해서 어떻게 표현하는지가 잘 보였습니다.

Zig를 공부하는 과정에서 아쉬운 점

아쉬운 점 중 하나는 원래 생각했던 멘탈 모델을 늘리는 데는 크게 도움을 받지 못했다는 것입니다. 예전을 돌이켜 보면 "아하!" 모먼트였던 것은 타입 기반 프로그래밍을 이해했을 때였습니다. 타입이란 것은 값의 집합이고, 함수에 입력으로 받는 값의 범위를 한정함으로써 더 예측 가능한 코드를 작성하는 것이 타입 검사의 진정한 의미라는 것을 이해했을 때 눈이 뜨인 기분이었습니다.

그런 "아하!" 모먼트를 다시금 느끼고 싶었지만 그러지 못 했습니다.

때문에 학습하고 싶은 것이 무엇인지 확실히 파악해야 매몰비용이 크지 않을 것 같습니다. 그러기 위해서는 학습 목표를 명확히 하는 것이 중요합니다. 제 경우, 언어를 공부할 때 얻고 싶은 것은 타입 기반으로 더 안정적인 프로그램을 작성하는 데 필요한 사고방식을 습득하는 것입니다. 다시 말해, 타입 검사를 더 잘 활용하는 데 도움이 되는 언어인지 파악한 후 공부를 시작해야 할 것입니다. 이를 위해서는 언어 설계의 목표와 같은 설명을 먼저 살펴보는 것이 좋겠습니다.

앞으로 어떻게 하면 좋을까?

위 내용들을 요약해서 나열하면 아래와 같습니다.

언어의 철학(목표) 문서가 있다면 가정 먼저 읽자.
언어의 표준 라이브러리가 있다면, Write, Read 같은 개념들을 어떻게 추상화하는지 먼저 살펴보자.
노트에 펜으로 글과 그림을 적으며 정리하자.

부록: Zig 관련 글

공부하면서 발견한 Zig 관련 글들을 나열해놓습니다.