1-1. 개발 필수 용어

개요

프로그래밍을 배울 때 자주 접하게 될 핵심 용어를 정리하고, 코드가 하드웨어에서 동작하기까지 거치는 과정을 설명한다.

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빌드 파이프라인 (Build Pipeline)

인간 중심의 텍스트 파일이 CPU가 처리 가능한 기계어로 변환 및 결합되는 일련의 과정

• 소스코드 (Source Code)
  • 소프트웨어를 제작하기 위해 사람이 작성하는 원본 텍스트.
  • 0과 1의 기계어를 사람이 직접 다루는 것은 어렵기 때문에, 사람이 이해할 수 있는 고수준 언어로 소스코드를 작성한다.
• 컴파일 (Compile) & 컴파일러 (Compiler)
  • 고수준 언어의 문법을 분석하고 최적화하여 컴퓨터가 이해할 수 있는 저수준 언어로 번역하는 과정 및 프로그램.
• AST (구문 트리, Abstract Syntax Tree)
  • 소스코드를 쪼개 변환시킨 문법적 계층 구조(트리).
  • 문법 오류를 검사하고 불필요한 연산을 최적화하기 위해 사용된다.
• 어셈블리어 (Assembly Language) & 어셈블러 (Assembler)
  • 기계어 명령어와 1:1로 대응되는 최소한의 저수준 언어와 이를 기계어로 치환하는 프로그램.
  • 고수준 언어(C, Rust 등)를 기계어로 직접 변환하려면 각 하드웨어별 변환기를 따로 만들어야 하므로 번거롭다. 따라서 어셈블리어를 중간 단계로 두어 컴파일러 설계의 복잡성을 줄인다.
• 목적 코드 (Object Code)
  • 기계어로 번역되었으나, 외부 참조 주소가 확정되지 않아 단독 실행이 불가능한 중간 산출물.
• 링커 (Linker)
  • 여러 목적 코드 파일과 외부 라이브러리를 결합해 완성된 실행 파일을 생성하는 프로그램.
  • 정적 링크 (Static Linking)
    • 필요한 라이브러리 코드를 실행 파일 내부에 통째로 복사해 넣는 방식.
    • 독립 실행이 가능하지만, 파일 크기가 커지는 단점이 있다.
  • 동적 링크 (Dynamic Linking)
    • 실행(런타임) 시 메모리에 적재된 외부 파일을 연결하여 사용하는 방식.
    • 파일 크기를 절약하고 라이브러리를 공유할 수 있다.
• 기계어 (Machine Language)
  • CPU가 별도의 번역 과정 없이 즉시 실행할 수 있는 0과 1의 바이너리 명령어 집합.

흐름 요약: 소스코드 $\rightarrow$ 컴파일러 $\rightarrow$ 어셈블리어 $\rightarrow$ 어셈블러 $\rightarrow$ 목적 코드 $\rightarrow$ 링커 $\rightarrow$ 최종 실행 파일(기계어)

컴파일러와 어셈블러 차이

컴파일러와 어셈블러는 소스코드를 기계가 이해할 수 있는 형태로 변환한다는 점에서 유사하다. 하지만 어디서 시작해서 어떻게 번역하는지에 차이가 있다.

구분	컴파일러	어셈블러
입력 코드	고수준 언어	어셈블리어
출력 결과	어셈블리어 또는 목적 코드	기계어
변환 방식	복잡한 문법 분석 및 코드 최적화	명령어 기호와 기계어의 1:1 단순 치환

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컴파일 타임과 런타임

프로그램의 개발과 실행에 따라 분류되는 단계로, 오류가 발견되는 타이밍과 원인을 구분하는 기준이 된다.

컴파일 타임 (Compile-time)

작성한 소스코드를 기계어로 번역하여 실행 파일로 만드는 시점.

• 컴파일 타임에 수행되는 작업
  • 구문 분석: 코드의 문법적 오류 검사. (괄호 누락, 세미콜론 누락 등)
  • 의미 분석: 변수와 함수의 타입의 일관성 등 검사. (숫자 변수에 문자 대입 등)
  • 코드 최적화: 프로그램의 성능 향상을 위한 소스코드 최적화.
• 컴파일 타임 에러
  • 프로그램이 실행조차 되지 않고 번역 단계에서 발생하는 오류.
  • 예) 철자 오타, 정의되지 않은 변수 사용, 문법 오류 등

런타임 (Runtime)

번역이 완료된 실행 파일이 메모리에 적재되어 CPU에서 실제로 동작하는 시점.

• 런타임에 수행되는 작업
  • 메모리 할당 및 해제
  • 사용자의 입력 처리
  • 외부 데이터(파일, 네트워크 등) 접근
  • 실제 연산 수행
• 런타임 에러
  • 컴파일은 완료했으나 프로그램이 실행되던 도중 강제 종료되는 오류.
  • 예) 0으로 나누기, 존재하지 않는 파일 열기, 메모리 부족 등

컴파일 타임 VS 런타임

구분	컴파일 타임	런타임
의미	번역하는 시점	작동하는 시점
검사 주체	컴파일러	컴퓨터 하드웨어 및 운영체제
오류 발견	실행 전 (빌드 실패)	실행 중 (프로그램 강제 종료)

오류 검출을 컴파일 시점으로 당길수록(정적 검사) 프로그램이 안전해지며, 런타임으로 미룰수록(동적 검사) 유연한 코드 작성이 가능해진다.

오류 시점 비교

• ‘int x = “text”;’ $\rightarrow$ 컴파일 에러
  • 정수로 선언된 변수 x에 문자열이 입력되어 파일 생성이 거부된다.
• ‘int x = 10 / 0;’ $\rightarrow$ 런타임 에러
  • 문법 오류는 없지만 CPU 실행 중 0으로 나누는 예외가 발생한다.

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개발 환경

코드를 작성하기 위해 사용하는 작업 도구.

• 텍스트 에디터
  • 텍스트를 편집하고 저장하는 데 집중된 가벼운 소프트웨어.
  • 코드를 작성할 수 있지만 자체적으로 컴파일하는 기능은 없으며, 컴파일 및 실행을 위해 별도의 컴파일러 설치나 터미널 명령어 입력이 필요하다.
  • 예) VS Code, 메모장 등
• IDE (통합 개발 환경, Integrated Development Environment)
  • 코드 작성부터 컴파일, 실행, 디버깅까지 모든 기능을 포함한 소프트웨어.
  • 예) Visual Studio 등

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코드의 재사용과 제어권

• 라이브러리 (Library)
  • 자주 사용되는 기능(수학 연산, 그래픽 출력 등)을 미리 구현해 모아둔 코드들의 묶음.
  • 내가 작성한 코드에 주도권이 있으며, 필요한 시점에 호출한다.
• 프레임워크 (Framework)
  • 소프트웨어 개발을 쉽게 할 수 있도록 미리 만들어진 구조.
  • 프레임워크가 코드의 제어권을 가지고 내 코드를 호출한다.
• API (Application Programming Interface)
  • 프로그램이나 시스템이 다른 프로그램에서 사용되기 위해 규정해 놓은 인터페이스.
  • 내부 구현 코드를 몰라도, 정해진 규약에 따라 시스템과 상호작용할 수 있다.

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결함 추적

• 버그 (Bug)
  • 프로그램이 작성자의 의도와 다르게 오작동하거나 멈추는 결함.
  • 프로그램 실행을 멈추는 치명적인 오류부터 계산 결과가 잘못 나오는 논리적 결함까지 모두 포함한 개념이다.
• 디버깅 (Debugging)
  • 코드에 존재하는 버그의 발생 위치와 원인을 찾아내고 수정하는 작업.
• 디버거 (Debugger)
  • 디버깅을 효율적으로 수행할 수 있도록 돕는 소프트웨어.
  • 중단점 (Breakpoint): 코드 실행을 특정 지점에서 강제로 멈춰 메모리나 변수 상태를 검증할 수 있게 하는 기능.
  • 단계별 실행: 코드를 한 줄씩 실행하며 흐름을 추적하는 기능.
  • 변수 감시: 멈춘 시점의 메모리와 변수에 저장된 실제 값을 실시간으로 확인하는 기능.