PL 서론(1)

프로그래밍 언어의 기본 개념과 구조를 설명합니다. 어휘구조, 구문법, 의미론과 같은 언어 이론의 기초부터 데이터/제어 추상화, 다양한 자료형 시스템, 자동 형변환 원리, 그리고 명령형, 함수형, 논리형, 객체지향 프로그래밍 패러다임의 특징을 비교하여 다루고 있습니다.

PL(Programming Language)란?

정리 하고 싶은 부분만 정리한 것이기 때문에 내용이 탄탄하지는 않다는점 참고

PL?

• 계산 과정을 기계, 사람이 읽을 수 있게 기술한 표기법
• 종류 : 절차형(명령형) 언어, 함수형 언어, 논리 언어, 객체-지향 언어 등등
  절차형(명령형)은 기계 중점. 즉, C같은 언어이다.
• 주요 언어 이론 : 구문법(토큰->AST), 의미론(AST->해석), 타입 시스템(타입검사)
• 토큰 : 문법의 터미널 심볼 단위, 터미널 : 끝을 의미, 심볼 : Symbol, AST : 추상 구문 트리

어휘구조 : 토큰, 어휘분석 : 토큰으로 나누기
구문법 : 문법을 이용한 기술, 구문분석 : 토큰들을 분석 및 AST로 나타냄
의미론 : 문장/프로그램 의미 정하는 것, 의미분석 : AST를 인터프리터로 실행 해석 출력
타입 시스템 : 타입 관련 여러가지..

언어 구현 : 입력 프로그램 -> 구문법(Syntax) -> 의미론(Semantics) -> 인터프리터/컴파일
컴파일러 : 의미 분석후 코드 생성 -> 목적 프로그램, 파일 생성
인터프리터 : 의미 분석후 해석(실행)

추상화 - 데이터, 제어(명령어), 추상자료형(ADT)

• 컴퓨터의 데이터, 명령어, 연산 등을 추상화

데이터 추상화
=> 기본 추상화 : 기본 데이터 관련한 요약(예: 변수(x 등), 자료형(int 등))
=> 구조적 추상화 : 관련된 여러 값/변수들의 모음을 요약(예: 배열(같은타입), 레코드(구조체)(다른타입))

제어(명령어) 추상화
=> 기본 추상화 : 몇 개의 기계어 명령어들을 하나의 문장으로 요약(예: 대입문, goto문)
=> 구조적 추상화 : 테스트 내의 중첩된 기계어 명령어들을 하나의 문장으로 요약(예: if,switch,for,while 등)
=> 프로시저(함수, 메소드) : 선언과 호출

추상 자료형(데이터 + 관련 연산)
=> 데이터와 관련된 연산들 캡슐화하여 정의한 자료형(예: Modula-2모듈, Ada패키지, (C++,Java)등의 클래스)

자료형

• 값의 집합 + 연산의 집합
• 타입 구성자 : 기본 자료형으로부터 더 복잡한 자료형(복합 타입)을 구성하는 방법
  => 배열(같은타입), 리스트(다른타입도 허용), 레코드(예: C의 struct), 공용체(Union),
  포인터 타입(예: C의 포인터. 위치(주소)를 값으로 사용하는 특징), 사용자-정의 타입(예: 사용자가 만든 class)

int x; 에서 이 자료형의 의미 : 값 + 연산을 의미
=> 값 : 그 타입의 변수가 가질 수 있는 값들의 집합. x ∈ Integer
=> 연산 : 추가로 그 값에 적용 가능한 연산들의 모음(데이터 타입에 맞게 연산하는지 체크)

1. C의 자료형(기본형, 파생형으로 나뉨)

• 정수형은 아스키코드 값이 저장. 무치형은 값이 없다는 것. 아스키코드(1byte=8bit)는 문자만 표현
• 구조체는 멤버변수가 각각의 메모리 공간을 할당받고 있음
• 공용체는 같은 메모리공간을 모든 변수가 공유하는 형태
• C에선 boolean형 타입 없고, 0이면 false, 1이면 true 이런식임

2. Java의 자료형(기본형, 참조형으로 나뉨)

• 유니코드는 더 커서 한글도 표현. boolean형 타입도 존재
• 참조 자료형을 보면 C의 포인터와 유사해 보이지만 포인터는 연산이 가능해서 메모리에서 직접 값을 변경할 수 있는반면 참조 자료형은 불가. 그래서 메모리 해제도 GC가 동작(가비지 컬렉션)

자동 형변환

자동으로 형 변환하는 묵시적 형 변환

• 확장 변환(상향 변환) : Java에서 자동 형변환은 대부분 확장 변환(예: double y=99; // 99.0)
  • 그러나 반대의 경우는 정보 손실이 일어날일이 없음. 확장 변환(y=x)
• 축소 변환 : 확장 변환의 반대
  • 큰타입이 작은타입으로 바뀌려는건 정보 손실. 축소 변환(x=y)
• 대입 변환 : 대입문도 확장 변환인 경우에만 자동 수행(축소 변환은 X)
  • 그런데 예외적으로 int 상수에 대해서만 자동 축소 변환가능
• 예시
  • byte b = 123; // 축소 변환
  • short s = 456; // 축소 변환
  • int i = s; // 확장 변환 (값을 몰라도 타입은 아니까 바로 확장 변환)
  • byte b2 = 456; // 오류 (byte 범위 밖)
  • short s2 = i; // 오류 (타입은 알아도 현재 값은 모름)
  • 컴파일할 때 변수의 TypeO, 값X(모름)
• C는 확장, 축소 둘다 허용
• 자바는 확장, 손실없는 축소 까지 허용

참고로 캐스팅의 경우?

• C, 자바 둘다 문제없음. 즉, 명시적이지 자동 묵시적 형변환이 아님

프로그래밍 패러다임

명령형(절차) 프로그래밍(C,Pascal,Ada,Python)

• 기계형 명령어들을 좀 더 다루기 쉽게 해준다
  즉, 사람보다는 컴퓨터모델을 기반으로 만들어진 언어이다.

폰노이만 모델 영향받음
=> 폰 노이만 모델 컴퓨터(메모리에 적재 방식, 주메모리(=명령어+데이터), CPU)
=> 순차적으로 코드 실행, 프로그램 내장 방식

순차적 코드 구성
메모리(변수) 사용
대입문(배정문=변수의 값을 변경) 사용

함수형 프로그래밍(Lisp,Scheme,ML,Haskell)

수학 함수 형태
메모리 개념 없음
=> 변수 및 대입문(배정문. 메모리 할당) 없음

반복문 없음
=> 대안 : 리커전 반복

논리 프로그래밍(Prolog)

선언적 프로그래밍(선언적은 과정은 필요없고 특징만 생각)
정형(술어) 논리를 기반으로 한다
문제에 대한 사실/규칙을 표현하는 논리 문장(증명)
메모리 개념 없음
=> 변수는 부분 결과 값에 대한 이름일 뿐

객체지향 프로그래밍(종류 매우 많음) - 객체 개념

• (C)프로그램은 데이터(변수, 구조체/배열 등) + 명령어(배정문, 조건문/반복문, 함수)로 구성

• 객체지향프로그램은 데이터(구조체)+명령어(함수)로 구성

클래스는 객체의 정의 or 타입
객체(instance=인스턴스) 는 속성(데이터)+행동(연산)이며, 클래스로 생성
프로그램은 클래스들의 집합
프로그램 실행은 서로 상호작용하는 객체들의 집합