[프로그래밍 언어론] 프로그래밍 언어 소개

프로그래밍 언어란 무엇인가?

프로그래밍 언어 정의

• 언어의 정의
  • 자연어는 크게 말과 글, 두 가지 형태로 존재
  • 언어는 의사 전달 수단
  • 언어는 한 사람의 생각을 다른 사람에게 전달하는 데 사용됨
• 프로그래밍 언어의 정의
  • 프로그래밍 언어는 프로그램 작성에 사용되는 언어
  • 프로그래밍 언어는 의사 전달 수단
  • 주로 사람의 생각을 기계에 전달하는 데 사용됨

프로그래밍 언어의 특징

• 프로그래밍 언어와 자연어의 차이
  • 방향: 자연어는 양방향이지만 프로그래밍 언어는 단방향
  • 형식: 자연어는 말과 글 모두 쓰지만 프로그래밍 언어는 주로 글
  • 내용: 자연어는 풍부한 내용을 전달하지만 프로그래밍 언어는 정확한 의도를 전달
  • 프로그래밍 언어도 양방향에 사용될 때가 있음 (예: 알고리즘)
  • 최근 프로그래밍 언어는 시각적 언어도 채택하고 있음 (예: 스크래치, 엔트리 등)

프로그래밍 언어를 배워야 하는 이유

• 프로그래밍을 배워야 하는 이유
  • 체계적으로 생각하는 방식을 가르쳐 줌
  • 변화를 표현하는 방법을 가르쳐 줌
• 프로그래밍 언어를 배워야 하는 이유
  • 프로그래밍에 대한 사고 능력을 확장시켜 줌
  • 문제 해결자로서 현명하게 언어를 선택할 수 있도록 해 줌
  • 언어 사용자로서 언어를 자세히 배울 수 있도록 해 줌
  • 나아가 현명한 관리자, 언어 설계자가 될 수 있도록 함

프로그래밍 언어의 기능

프로그래밍 언어의 기본 기능

• 프로그래밍 언어의 기능
  • 사람(프로그래머)의 아이디어를 기계(컴퓨터)에 전달하여 수행되도록 하는 것
  • 하지만 프로그래머의 의도를 다른 프로그래머에게 전달하는 기능도 중요
• 프로그래밍 언어의 기본적인 기능
  • 작성력: 프로그래머의 의도를 나타낼 수 있도록 하는 기능
  • 가독성: 프로그램을 쉽게 해독할 수 있도록 하는 기능
  • 실행 가능성: 컴퓨터에서 실행될 수 있도록 하는 기능
• 프로그램은 아이디어를 구체적으로 나타낸 것이므로 ‘구현’이라고 부름

프로그래밍 언어의 부가 기능

• 추상화: 구체적인 대상을 간략하게 추려 나타내는 방법
• 모듈화: 복잡한 대상을 나누어 구성할 수 있는 방법

프로그래밍 언어의 특성

• 기계적: 프로그램은 기계적으로 처리될 수 있어야 함 → 엄밀한 규칙을 지켜야 함
• 구조적: 복잡한 문제를 다루기 떄문에 복잡한 구조를 지원함 → 프로그래머가 독자적으로 구조를 만드는 것도 장려함
• 가변적: 시대의 필요에 따라 언어가 바뀔 수 있음 → 인기가 많고 오래된 언어는 점진적으로 변하므로 새로운 기능을 익혀야 함

프로그래밍 언어 스펙트럼

• 추상화 수준에 따라 저급언어부터 고급언어까지 다양한 스펙트럼으로 존재 → 추상화 수준: 얼마나 고급수준까지 나타낼 수 있는가 하는 문제
• 저급 언어(low-level language)
  • 프로그래밍에 사용되는 언어가 기계에 종속적인 경우
  • 기계어나 어셈블리어 같은 언어
• 고급 언어(high-level language)
  • 프로그래밍 언어가 기계 독립적으로 정의되고 실행될 수 있는 언어
  • 일반적으로 사용되는 C, Java, Python 등
  • 고급언어도 추상화 수준에 따라서 다양한 스펙트럼으로 존재

프로그래밍 언어의 구성 요소

데이터

• 어떤 자료를 프로그램이 처리할 수 있는 형태로 나타낸 것 → 데이터는 처리 대상을 나타냄
• 컴퓨터에서 다루는 데이터: 수, 문자나 문자열, 멀티미디어 데이터까지 다양
• 데이터 분류: 이진 데이터와 텍스트 데이터로 분류
  • 이진 데이터: 이진수의 나열로 이루어진 데이터 → 임의의 비정형 데이터를 모두 포함
  • 텍스트 데이터: 문자열을 나타내는 데이터

연산

• 데이터 처리 방법
• 연산자: 특별한 연산을 수행하는 함수
• 변수: 연산 결과를 저장하는 이름
• 대입 연산: 값을 저장하는 연산
• 연산을 나타내는 두 가지 구조
• 수식: 값을 나타내는 표현
• 문장: 처리를 나타내는 표현

명령어

• 특정 작업을 지시하는 단어
• 대부분의 프로그래밍 언어는 다양한 연산자와 명령어를 통해 수식과 문장을 구성
• 연산의 종류
  • 원시연산: 프로그래밍 언어가 기본적으로 제공하는 연산
  • 사용자정의연산: 사용자가 언어의 기능을 이용하여 추가로 정의한 연산
  • 라이브러리: 사용자가 흔히 상요할 법한 연산을 미리 정의해 둔 것
    • 라이브러리는 사용자정의연산의 범주에 들어가지만 표준 라이브러리는 원신연산처럼 취급하기도 함
    • 표준 라이브러리: 해당 프로그래밍 언어에서 기본적으로 제공하는 라이브러리

서브프로그램

• 전체 프로그램을 이루는 작은 코드 블록에 이름을 붙인 것
• 서브루틴이라고 부르기도 함
• 서브프로그램 종류
  • 함수: 연산 수행 결과 값을 반환하는 서브프로그램
  • 프로시저: 결과 값을 반환하지 않는 서브프로그램 → 연산 수행의 side effect를 통해 목적한 일을 달성하는 서브 프로그램
  • 엄밀히 말하면 함수는 side effect를 발생시키면 안 되지만 대부분의 프로그래밍 언어에서 side effect 발생 여부를 검출하지 않음

타입

• 데이터 집합과 연산 집합을 합친 개념
  • 전통적으로 타입은 데이터 집합이었음
  • 현대의 타입 정의에는 해당 데이터에 적용 가능한 연산 집합도 포함됨
• 타입 안선성
  • 합수 f의 타입이 f(x): A → B라면 모든 a ∈ A에 대해 f(a) ∈ B여야 함
  • 타입 안전: 프로그램 내 모든 연산, 함수에 대해 위 성질이 만족
• 타입 안전성 측면에서의 분류
  • 강타입 언어: 타입 오류를 모두 검출하는 언어
  • 약타입 언어: 타입 오류를 허용하는 언어
  • 무타입 언어: 타입 선언문도 없고 어떤 대상의 타입이 계속 변경될 수 있는 언어

모듈

• 독립적인 프로그램 구성단위
• 서브프로그램도 모듈의 일종이라고 볼 수 있음
• 모듈의 특징
  • 모듈은 내부와 외부를 구별
  • 독자적인 이름 공간을 차지하고 관리함
  • 모듈은 변수, 함수, 타입 등 프로그래밍 언어에서 제공하는 거의 모든 것을 포함하는 단위

프로그래밍 언어의 학습 방법

프로그래밍 언어의 두 가지 측면

• 구문론: 프로그램 형태에 관한 이론 → 작성한 프로그램, 데이터, 연산
• 의미론: 프로그램 수행 의미에 관한 이론 → 실행 시 프로세스, 메모리, 수행 흐름

어떻게 프로그래밍 언어를 배워야 하나

• 좋은 프로그램을 많이 읽어야 함
• 프로그램을 많이 작성해 봐야 함
• 직접 실행해 보며 생각해 봐야 함

프로그래밍 언어의 선택 방법

• 초보자
  • 자신이 조금이라도 아는 언어
  • 사용해 볼 수 있는 언어
  • 주위에서 정보를 얻을 수 있는 언어
  • 프로그램을 관리하기 쉬운 언어
• 숙련자
  • 자신이 아는 언어와 유사한 언어
  • 자신의 업무 분야에서 사용되는 언어

프로그래밍 언어의 학습 요령

• 눈보다 손
  • 기계적으로 타이핑하고 실행시켜 봐야 함
  • 샘플 코드를 눈으로 실행하는 것보다 직접 손으로 익히는 것이 최고
• 그림으로 생각
  • 데이터 형태를 그림으로 그려 보는 것이 좋음
  • 변화 과정을 직접 적어 가면서 생각해 봄
• 점진적 변경
  • 처음부터 완벽히 작성하려고 하지 말고 조금씩 넓혀 나감
  • 한 문제를 풀기 위해 여러 버전의 코드를 만들 생각을 해야 함

왜 프로그래밍 언어론을 배워야 하나?

• 세상의 모든 언어를 다 배울 순 없어서 → 대표적인 기능을 배움으로써 새로운 언어 학습에 두려움이 없도록 함
• 내가 사용하는 언어를 더 잘 이해하기 위해서 → 언어 기능이 어떻게 구현되는지 알면 실행 과정을 이해할 수 있음
• 현명한 언어 설계자가 되기 위해서
  • 데이터 구조, 서브프로그램을 설계하는 것이 곧 언어를 설계하는 것과 마찬가지라고 볼 수 있음
  • 자신의 업무에 필요한 나름대로의 언어를 만들고 익혀야 함