본문내용
1. 컴파일러 기법과 인터프리터 기법
1.1. 컴파일러 기법
고급 언어로 작성된 프로그램을 컴퓨터에서 직접 실행 가능한 기계어로 번역해주는 프로그램이 바로 "컴파일러"이다. 컴파일러는 고급 언어로 작성된 프로그램을 입력 받아서 6단계의 과정을 거쳐 기계어로 번역해준다.
첫 번째 단계는 "어휘분석(Lexical Analysis)"이다. 이 단계에서는 고급 언어로 작성된 프로그램에서 토큰(token)들을 구분해내는 작업이 이루어진다. 토큰들은 프로그래밍 언어의 기본 단위들로, 키워드, 연산자, 식별자 등이 이에 해당한다.
두 번째 단계는 "구문분석(Syntax Analysis)"이다. 이 단계에서는 어휘분석 단계에서 구분된 토큰들이 프로그래밍 언어의 문법 규칙에 맞게 결합되어 있는지를 검사한다. 이를 통해 프로그램의 문법적 오류를 찾아낼 수 있다.
세 번째 단계는 "의미분석(Semantic Analysis)"이다. 이 단계에서는 프로그램의 의미론적 오류를 검사한다. 예를 들어 변수의 선언 및 사용, 자료형 오류 등을 점검한다.
네 번째 단계는 "중간코드 생성(Intermediate Code Generation)"이다. 이 단계에서는 고급 언어로 작성된 프로그램을 기계어로 직접 번역하는 것이 아니라, 중간 단계의 코드로 변환한다. 이 중간 코드는 최적화 과정을 거치기 위해 사용된다.
다섯 번째 단계는 "코드 최적화(Code Optimization)"이다. 이 단계에서는 중간 코드를 분석하여 실행 속도를 높일 수 있도록 최적화한다.
마지막 여섯 번째 단계는 "목적 코드 생성(Target Code Generation)"이다. 이 단계에서는 최적화된 중간 코드를 실제 기계어 코드로 변환한다.
이처럼 컴파일러는 복잡한 6단계의 과정을 거쳐 고급 언어로 작성된 프로그램을 기계어로 번역해준다. 따라서 컴파일러는 전체 프로그램 소스코드를 일괄 해석해서 한 번에 기계어로 번역한 후 실행하는 특징을 가진다. 이로 인해 초기 번역 시간이 오래 걸리지만, 실행 속도가 빠르다는 장점이 있다. 또한 오류가 있을 경우 전체 소스코드를 검사한 이후에 확인이 가능하기 때문에 상대적으로 수정이 용이하다.""
1.2. 인터프리터 기법
반면, '인터프리터 기법'은 원시 프로그램의 소스코드 한 줄씩 번역함과 동시에 실행도 진행한다. 즉, 논리적인 순서에 따라서 문장단위로 번역하고 곧바로 실행하게 된다. 그렇기 때문에 컴파일러 보다는 큰 기억장소가 필요하진 않다. 또한 사용자는 실행결과를 바로 확인하고 다른 명령을 또다시 실행하면서 컴퓨터와의 대화가 가능한 것처럼 보여 시뮬레이션 기법이라고도 불린다. 이러한 번역과 실행이 동시에 진행되는 방식 덕분에 오류가 있을 경우에는 이를 신속히 확인할 수 있고 그만큼 오류 수정이 용이하다는 장점도 가지고 있다. 그만큼 상대적으로 번역 시간은 빠를 수 있으나, 번역과 실행을 동시에 진행해야 하기 때문에 실행 속도는 느린 편이다. 인터프리터를 활용하는 대표적인 언어는 LISP, SNOBOL, APL, BASIC 등이 있다. 이처럼 컴파일러 기법과 인터프리터 기법은 각각의 특징과 그에 따른 장단점을 가지고 있다. 물론 컴파일러 언어가 인터프리터에 의해 수행될 수 있고, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 하지만 컴파일러 언어는 컴파일러 기법을 사용하고, 인터프리터 언어는 인터프리터 기법을 활용하는 것이 가장 효율적이다. 따라서 프로그래밍 언어의 특성이나 프로그램의 목적 등을 잘 파악하여 보다 적합한 방식을 선택하는 것이 무엇보다 중요할 것이다.
2. Context-free 문법과 유도과정
Context-free 문법과 유도과정은 컴파일러와 프로그래밍 언어 구현에 있어 매우 중요한 기초가 되는 개념이다. "Context-free 문법은 비단말 기호와 규칙들의 집합으로 구성되며, 이를 활용하여 언어의 구문 구조를 표현할 수 있다."" 주어진 context-free 문법 G = ( {S}, {a, b}, P, S )의 생성규칙 ① S → aSb, ② S → bSa, ③ S → ε에 따라 스트링 aabababb을 유도하는 과정은 다음과 같다.""
S ⇒ aSb (생성규칙 ② 적용 S → aSb) ⇒ aaSbb (생성규칙 ② 적용 S → aSb) ⇒ aabSabb (생성규칙 ③ 적용 S → bSa) ⇒ aabaSbabb (생성규칙 ② 적용 S → aSb) ⇒ aabababb (생성규칙 ④ 적용 S → ε)""
이 과정에서 공문자열 'ε'이 출현하여 최종적으로 aabababb 문자열을 유도하게 된다. 이처럼 context-free 문법은 언어의 구조를 체계적으로 표현하고 분석할 수 있게 해주며, 컴파일러 구현에 있어 필수적인 기술이다.""
3. 정규문법과 정규표현
3.1. 정규문법과 정규표현
정규문법과 정규표현은 컴퓨터 과학 분야에서 매우 중요한 개념이다. 정규문법은 정규언어를 생성하는 문법이며, 정규표현은 정규언어를 표현하는 또 다른 방법이다.
정규문법은 유한 오토마타로 인식할 수 있는 언어를 생성하는 문법으로, 4가지 유형의 Chomsky 문법 중 가장 하위 수준에 있다. 정규문법은 다음과 같은 생성 규칙을 가지고 있다:
A → a
A → aB
여기서 A와 B는 비단말 기호이고, a는 단말 기호이다. 이러한 간단한 생성 규칙을 통해 매우 다양한 언어를 생성할 수 있다.
정규표현은 정규언어를 간단히 표현하는 방법이다. 정규표현의 기본 소자는 단말 기호, 공문자열 ε, 그리고 ? 이다. 이를 이용하여 다음과 같은 연산을 수행할 수 있다:
α + β : α 또는 β
α · β : α 다음에 β
α* : α가 0번 이상 반복
이러한 정규표현을 통해 매우 복잡한 언어도 간단히 표현할 수 있다. 예를 들어 (0+1)*00(0+1)* 은 00로 시작하고 끝나는 문자열을 표현한다.
정규문법과 정규표현은 서로 동등한 표현력을 가지고 있다. 즉, 정규문법으로 생성할 수 있는 언어와 정규표현으로 표현할 수 있는 언어가 동일하다. 이를 통해 정규언어의 특성을 보다 잘 이해할 수 있다.
정규언어는 합집합, 접속, 클로저 연산에 대해 닫혀 있다. 이는 정규언어가 매우 안정적이고 처리하기 쉬운 언어 클래스라는 것을 의미한다. 또한 펌핑 lemma를 통해 정규언어가 아닌 언어를 증명할 수 있다.
정규표현과 유한 오토마타는 밀접한 관계가 있다. 정규표현은 ε-NFA로 변환될 수 있고, ε-NFA는 다시 DFA로 변환될 수 있다. 이를 통해 정규언어를 인식하는 다양한 방법을 활용할 수 있다.
종합적으로 정규문법과 정규표현은 컴퓨터 과학 분야에서 매우 중요한 개념이며, 이를 통해 정규언어의 특성을 깊이 있게 이해할 수 있다.
3.2. 정규표현의 연산
정규표현의 연산은 정규언어를 표현하고 다루는 데 있어 매우 중요한 역할을 한다""
정규표현을 구성하는 기본 연산자로는 연접(concatenation), 선택(alternation), 그리고 클로저(closure)가 있다""
연접(concatenation)은 두 정규표현 α와 β를 연결하여 하나의 정규표현 αβ를 만드는 것으로, 이는 문자열 연결 연산과 동일하다"" 예를 들어, 정규표현 "a"와 "b"를 연접하면 "ab"가 된다""
선택(alternation)은 두 정규표현 α와 β 중 하나를 선택하여 하나의 정규표현 α+β를 만드는 것으로, 이는 합집합 연산과 동일하다"" 예를 들어, 정규표현 "a"와 "b"를 선택하면 "a+b"가 된다""
클로저(closure)는 정규표현 α를 0개 이상 반복하여 하나의 정규표현 α*를 만드는 것으로, 이는 집합의 클로저 연산과 동일하다"" 예를 들어, 정규표현 "a"의 클로저는 "a*"가 된다""
이 외에도 정규표현에는 다음과 같은 연산자가 있다""
- 보완(complementation): 정규표현 α의 보완은 α̅로 표현되며, 정규언어 L(α)의 보완 언어 L(α̅)를 나타낸다""
- 교집합(intersect...
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15