SafeC 프로그래밍 언어
안전하고 결정론적인 시스템 프로그래밍
SafeC는 진화한 C입니다. 리전을 통한 컴파일 타임 메모리 안전성을 제공하면서도 가비지 컬렉터나 숨은 런타임이 없고, C의 ABI·헤더·툴체인을 그대로 씁니다. 커널, 오디오 엔진, 서버, GUI, WebAssembly를 C처럼 읽히는 하나의 언어로 작성하세요.
extern int printf(const char* fmt, ...);
region Frame { capacity: 4096 }
struct Particle { float x; float v; };
// 리전은 타입의 일부: p는 아레나보다 오래 살 수 없습니다.
void step(&arena<Frame> Particle p, float dt) {
p.x = p.x + p.v * dt;
}
int main() {
&arena<Frame> Particle p = new<Frame> Particle;
p.x = 0.0;
p.v = 2.5;
for (int i = 0; i < 3; i = i + 1) {
step(p, 0.5);
printf("t=%d x=%.2f\n", i, p.x);
}
arena_reset<Frame>(); // O(1): 객체별 해제도, GC도 없음
return 0;
}
왜 SafeC인가
C를 시스템 언어로 만드는 모든 것 — 예측 가능한 성능, 안정적인 ABI, 모든 플랫폼 — 은 그대로 두고, C가 그냥 넘기는 버그는 컴파일러가 거부하게 하세요.
GC 없는 메모리 안전성
모든 참조는 자신의 리전(stack, heap, arena<R>, static)을 지니며, 컴파일러는 그 참조가 댕글링되거나, 가변 별칭을 만들거나, 탈출하지 않음을 증명합니다. 컬렉터도, 참조 카운트도, 런타임 메타데이터도 없습니다.
C와 그대로 통합니다
기본적으로 C 구조체 레이아웃, C 호출 규약, C 심볼 이름을 씁니다. #include <stdio.h>가 동작하고, SafeC 오브젝트를 어떤 C/C++ 프로젝트에든 링크하며, 바인딩 없이 C 라이브러리를 호출합니다.
설계부터 결정론적
암묵적 할당, 예외, 숨은 복사, 축소 변환이 없습니다. 같은 입력은 같은 출력을, 눈에 보이는 비용으로 냅니다 — 실시간 오디오와 제어 루프에 필요한 성질입니다.
베어메탈과 WebAssembly
--freestanding은 인터럽트 핸들러, 인라인 어셈블리, volatile MMIO와 함께 15개의 OS 없는 타깃(Cortex-M, RISC-V, x86, AArch64)으로 빌드합니다. --target=wasm32는 std/wasm DOM 바인딩을 쓰는 브라우저 모듈을 만듭니다.
런타임 부담 없는 비동기
std/async는 Rust 스타일의 future와 waker를 라이브러리로 제공합니다: 스택 없는 상태 머신, 베어메탈과 wasm에서도 도는 힙 없는 단일 스레드 실행기, 스레드 풀, 타이머, 비동기 TCP.
실제 프로그램을 위한 표준 라이브러리
30개가 넘는 제네릭·void* 없는 모듈: 컬렉션, 웹 스택(HTTP 서버, 라우터, WebSocket, gzip), GUI 툴킷, 실시간 오디오와 MIDI, CPU·GPU용 ML 텐서, 암호화, 직렬화.
C는 컴파일하고, SafeC는 거부하는 버그
아래 각 쌍은 같은 실수입니다. C 버전은 아무 불평 없이 빌드되고 실행 중에 — 어쩌면 — 실패합니다. SafeC 버전은 빌드되지 않고, 컴파일러가 이유를 알려 줍니다.
C — 컴파일되고, 댕글링 포인터를 반환
int* counter() {
int x = 42;
return &x; // 기껏해야 경고; 사용하면 UB
}
SafeC — 컴파일 타임 오류
&stack int counter() {
int x = 42;
return &x;
}
error: cannot return '&stack int': stack reference escapes function scope
C — 널 포인터도 그냥 포인터
struct Node { int value; };
int read(struct Node* n) {
return n->value; // n == NULL이면 크래시
}
SafeC — 널 가능 참조는 반드시 검사
struct Node { int value; };
int read(?&Node n) {
return n.value;
}
error: dereference of nullable reference '?&Node' requires 'unsafe', or use match/is_null()/.default(value) instead
C — 조용한 잘림
long big = 5000000000L;
int small = big; // 구현 정의 결과
SafeC — 축소 변환은 명시적으로
long big = 5000000000L;
int small = big;
error: type mismatch in variable declaration: cannot convert 'long' to 'int'
배터리 포함
표준 라이브러리는 SafeC로 작성되었고, 프로그램이 쓰는 모듈만 링크하며, 모든 릴리스 플랫폼용으로 미리 빌드되어 배포됩니다.
웹 서버
#include <std/http/router.h>
struct HttpResponse hello(&HttpRequest req, &HttpCtx ctx) {
struct String body = std::String::from("Hello, ");
body.push(ctx.param_or("name", "world"));
struct HttpResponse r = std::HttpResponse::text(200, body.as_ptr());
body.free();
return r;
}
int main() {
struct Router app = std::Router::new();
defer app.drop();
app.use_logger();
app.use_gzip(1024UL);
app.get("/hello/:name", hello);
app.static_dir("/assets", "./public");
struct HttpServerConfig cfg = std::HttpServerConfig::defaults(8080);
return app.listen(&cfg); // I/O 리액터 위의 keep-alive HTTP/1.1
}
라우터, 미들웨어, HTTPS, 정적 파일, 쿠키, multipart, SSE, WebSocket, 그리고 리다이렉트를 따라가는 gzip 클라이언트 — HTTP와 웹.
GUI
#include <std/gui/gui_app.h>
static void on_click(&Widget w, ?&Widget label) {
match (label) { case some(l): { l.set_text("Clicked!"); } case null: { } }
}
int main() {
struct GuiApp app = GuiApp::new();
?&GuiWindow ow = app.open_window("Hello", 360, 200);
match (ow) {
case null: { app.free(); return 1; } // 디스플레이 없음
case some(win): {
&Widget root = Widget::vstack().set_padding(16);
&Widget label = Widget::label("Hello from SafeC");
root.add_child(label);
root.add_child(Widget::button("Click me").on_click(on_click, label));
app.set_root(win, root);
app.run(); // 창이 닫힐 때까지
}
}
app.free();
return 0;
}
X11, Wayland, Win32, Cocoa와 웹(WebAssembly)에서 TrueType 텍스트를 지원하는 안티에일리어싱 벡터 캔버스와 30개 이상의 테마 위젯 — GUI.
비동기
#include <std/async/async.h>
#include <std/async/host.h>
extern int printf(const char* fmt, ...);
struct Countdown {
int st; int i; struct Sleep d;
struct Poll<int> poll(&Context cx);
void drop();
};
struct Poll<int> Countdown::poll(&Context cx) {
ASYNC_BEGIN(self.st, 1); // await 지점 하나
for (self.i = 3; self.i > 0; self.i = self.i - 1) {
self.d = Sleep::new(100LL);
AWAIT(1, self.d); // 타이머가 울릴 때까지 Pending
printf("%d\n", self.i);
}
ASYNC_RETURN(42);
ASYNC_END;
}
void Countdown::drop() { if (self.st == 1) self.d.drop(); }
int main() {
struct Countdown c; c.st = ASYNC_INIT;
int v = block_on(&c); // or LocalExecutor / ThreadPool / Runtime
c.drop();
return v == 42 ? 0 : 1;
}
future, waker, join/select/timeout, 채널, epoll·kqueue·WSAPoll 기반 비동기 TCP — 비동기. (ASYNC_* 코루틴 매크로에는 compat_preprocessor = true가 필요합니다.)
오디오
#include <std/audio/audio.h>
#include <std/math.h>
struct Tone { double phase; double step; };
// 실시간 콜백: 출력 버퍼를 채우고, 할당하거나 블록하지 않습니다.
int render(&AudioIo io, ?&Tone tp) {
match (tp) {
case some(t): {
[]float out = io.output_f32(); // frames x channels, interleaved
for (unsigned int f = 0U; f < io.frames; f = f + 1U) {
float v = (float)(0.2 * std::sin_d(t.phase));
out[(unsigned long)f * 2UL] = v; // bounds-checked
out[(unsigned long)f * 2UL + 1UL] = v;
t.phase = t.phase + t.step;
}
}
case null: {}
}
return AUDIO_CB_CONTINUE;
}
ALSA, JACK, Core Audio, WASAPI, Web Audio에서의 실시간 오디오와 MIDI — 오디오와 MIDI.
베어메탈과 wasm
#define LED_PORT ((unsigned int*)0x40020014)
// safec --target=arm-7em --freestanding blink.sc
interrupt void systick_handler() {
unsafe { volatile_store(LED_PORT, volatile_load(LED_PORT) ^ 1U); }
}
// safec --target=wasm32 fib.sc -> a module exporting fib()
__attribute__((export_name("fib")))
int fib(int n) { return n < 2 ? n : fib(n - 1) + fib(n - 2); }
표준 라이브러리 전체가 모든 베어메탈 타깃으로 빌드되고, std/wasm은 SafeC에서 DOM을 다룹니다 — 베어메탈, WebAssembly와 DOM.
머신러닝, CPU에서 GPU까지
std/ml은 SafeC 안에서 신경망을 학습하고 실행합니다 — 자동미분 텐서, 요즘 모델을 이루는 레이어, GPU 백엔드까지, Python도 프레임워크 런타임도 없이.
- 텐서와 자동미분. 역방향 자동미분을 갖춘
DenseTensor<E>. float32(FloatTensor), fp16(HalfTensor), bf16(BF16Tensor)으로 저장하고 float32로 계산합니다. - 레이어와 모델. MLP, 손실 함수, SGD부터 AdamW와 Lion까지의 옵티마이저, 멀티헤드·플래시·고급 어텐션(MLA, Gated DeltaNet), DiT와 JiT 트랜스포머, RNN과 xLSTM, Mamba, CNN과 ResNet 형태의 ConvNet, U-Net과 디퓨전, 오토인코더, GAN, 강화 학습, LoRA / QLoRA 파인튜닝.
- 커널 하나로 모든 GPU. 같은 학습 코드가 CPU(내장 GEMM 또는 벤더 BLAS)나 텐서 디바이스 — CUDA, ROCm, Metal, Vulkan(SPIR-V), WebGPU — 에서 돌아가며, 모두 커널 소스 하나에서 나오고 fp16·bf16 혼합 정밀도를 지원합니다.
- 측정 결과. PyTorch의 최적 구성과 비교해 작은 MLP를 2.6배(MI100), 7.8배(H200) 빠르게 학습하고 Gemma 4 E2B를 3.1배, 1.5배 빠르게 디코딩합니다. M1 Pro에서는 MLX와 PyTorch가 앞서는 테스트도 있습니다. 벤치마크를 보세요.
#include <std/ml/module.h>
#include <std/ml/datasets.h>
#include <std/ml/trainer.h>
extern int printf(const char* fmt, ...);
// The forward pass builds the autograd graph as it goes.
static &FloatTensor clf_loss(&Mlp m, const &FloatTensor x,
const &FloatTensor y) {
return tensor_cross_entropy_loss(m.forward(x), y);
}
static &FloatTensor clf_logits(&Mlp m, const &FloatTensor x) {
return m.forward(x);
}
int main() {
struct Rng rng = Rng::new(1UL);
struct Dataset data = Dataset::moons(400UL, 0.1f, &rng);
defer data.drop();
struct DatasetSplit sp = data.split(0.25f, &rng);
defer sp.train.drop();
defer sp.test.drop();
struct Mlp net = Mlp::new(2UL, 32UL, 2UL, 2UL, ACT_RELU, ACT_NONE, &rng);
defer net.drop();
struct Optimizer opt = Optimizer::new(OPT_ADAM, 0.01f);
defer opt.drop();
model_add_params(&net, &opt);
struct TrainConfig cfg = TrainConfig::default();
cfg.epochs = 60UL;
cfg.device = device_auto(); // a GPU if built in, else the CPU
trainer_fit(&net, clf_loss, &opt, &sp.train, &cfg);
float acc = trainer_accuracy(&net, clf_logits, &sp.test, 64UL);
printf("accuracy %.2f on %s\n", acc, device_name(cfg.device));
return 0;
}
설치
macOS & Linux
curl -fsSL https://raw.githubusercontent.com/safec-org/SafeC/main/install.sh | bash
Windows
irm https://raw.githubusercontent.com/safec-org/SafeC/main/install.ps1 | iex
그다음 프로젝트를 만들고 실행합니다:
safeguard new hello && cd hello
safeguard run
SafeC는 컴파일과 링크에 clang 21 이상이 필요합니다(설치 스크립트가 찾아 주거나 설치 방법을 알려 줍니다). 옵션, 요구 사항, 소스 빌드는 설치를 보세요.