✨ 본 포스트는 CONCEPTS OF PROGRAMMING LANGUAGES 교재를 기반으로 작성되었습니다

Language Evaluation Criteria

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프로그래밍 언어를 평가하는 수 많은 척도 중 주요 4가지 척도

1. Readability

• simplicity
• orthogonality
• data type
  • 적을 수록 writability ⬇️ readability ⬆️
• syntax consideration

2. Wriability

• readability와 writability은 대부분 일치하나, 상반되는 경우도 존재함
• abstraction
  • readability와 역
• expressivity

3. Reliabiltiy

• 코드를 작성했을 때 예상한대로 돌아갈 확률
• type checking
• exception handling
• Aliasing

  Python, C, Java의 reliability 순위
  1. java
  2. c (pointer)
  3. python (dynamic type)

4. Cost

• time
• money
• reliability가 높을수록 유지보수에 드는 cost가 감소

5. 기타

• portability
  1. python
  2. java
  3. c
• generality
  1. c
  2. java
  3. python
• well-definedness
  • 명확하게 구현된 언어인가, 설명이 명확한가

PL의 디자인에 영향을 미치는 요소

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👉 Computer Hardware Architecture

• PL은 폰 노이만 아키텍처로 알려진 아키텍처를 중심으로 개발됨
• 해당 언어들은 아래와 같은 특징을 가짐
  • Data and programs stored in memory
  • Memory is separate from CPU
  • Instructions and data are piped from memory to CPU
  • Basis for imperative languages
    • Variables model memory cells
    • Assignment statements model piping
    • Iteration is efficient

🚨 Von Neumann Bottleneck

• 컴퓨터의 속도 : 컴퓨터의 메모리와 프로세서 간의 연결 속도에 따라 결정됨
• CPU의 발전으로 인해 프로그램 실행 속도가 종종 연결 속도보다 훨씬 빨라지게 되었고, 이에 따른 병목 현상 발생
• Memory Wall
  • Memory의 발전 속도가 더뎌 CPU와 Memory의 갭 차이가 점점 더 커짐

Language Categories

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Imperative

• variables, assignment statements, iteration을 사용
• OOP, Scripting, Visual Language 포함
• 예시: C, Java, Perl, JavaScript, Python, C++

Functional

• 수학 함수를 기반으로 하는 함수형 언어
• 매개 변수를 입력을 받아 처리하고 반환값을 출력하며, 모든 과정이 함수 호출로만 구성되어 있음
• 모든 로직은 함수 내부에만 구성되어 있으며, 변수에 대한 변화 X
• 구성요소
  • 함수 정의
  • 함수 호출
  • 매개변수
  • 반환값
• 특징
  • 변수 및 대입문 X
  • recursion에 의한 반복 호출
  • Loop와 같은 반복문 X
• 예시: LISP, Scheme, ML, F#, Haskell

fun fact(n : int) : int = 
	if n <= 1 then 1
	else n * fact(n-1);

Logic

• p→q 형태의 술어 논리 기반 언어
• 선언적으로 프로그래밍하는 언어
• 프로그램 문제를 해결하는 방법보다 문제가 무엇인지를 논리 문장들로 표현함
• 특징
  • 기계독립적이며 정확한 의미구조를 가짐
  • 선언적 프로그래밍 → define에 집중
  • 증명하는 것을 계산하는 것으로 간주
  • 제어 추상화 없음 (루프, 선택문)
  • 변수 : 부분 결과 값에 대한 이름
• 예시: Prolog

fact(0,1).
fact(N, V) :- N > 0, fact(N-1, V1), V is N * V1. //and조건으로 만족한다면
?- fact(3, X) //팩트와 명제를 통해 값을 도출

Implementation Methods

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프로그램을 구현하는 3가지 방법

프로그램 언어 구현은 아래 3가지 요소를 통해 이뤄짐
1. 입력 받은 소스 프로그램이 구문법, 즉 Syntax에 맞는지 검사
2. 소스 프로그램이 의미, 즉 Semantics에 맞게 동작하도록 해석
3. 기계어 명령어로 변환

1. Compilation

• 소스 파일을 기계어로 번역함
• 컴파일을 시킨 시점에 실행됨
• 실행 가능한 바이트 파일로 변환해 배포함
• C와 같이 상용 프로그램을 만드는 언어들은 컴파일을 기반으로 함
• 장점 : 빠른 실행 속도

컴파일은 아래와 같은 과정을 거침

1. Lexical Analysis

• 토큰을 분석하는 단계
• lexeme : 최소의 어휘 단위
• token : lexeme을 종류별로 모아둔 집합
• 문장의 의미있는 단위를 뽑아내는 과정

2. Syntax Analysis

• 문법을 분석하는 단계
• 이를 Parsing 이라고 부르며, Parse Tree를 그리며 문장을 Parsing함
  • 문법상 문제가 있다면, 즉 Parse Tree가 그려지지 않는다면 이는 Syntax Error를 뜻함

3. Semantics Analysis

• 문장을 해석하는 단계
• 무슨 동작을 할 지 결정하며, 이를 기반으로 중간 코드를 작성함

4. Optimization

• 3, 4번을 반복하며 코드를 최적화하는 단계
• 더 이상 최적화가 불가능하면, Generation 단계로 이동

5. Code Generation

• 최종적으로 기계어 Translation을 진행하는 단계
• 중간 코드를 기계어로 번역함

2. Pure Interpretation

• 런타임에 소스 코드를 기계어로 변환함
• 더 많은 SPACE를 요구함
• Python, JS와 같은 언어들이 기반으로 함
• 장점 : 하드웨어에 대한 의존성을 없앰
  • 플랫폼에 비종속적임
• 단점 : 최적화가 불가능하며, 이 때문에 속도가 느림
  • 런타임에 변환하기 때문에 변환 과정에 있어서 중복 처리가 발생하기 때문

3. Hybrid Implementation Systems

• compiler와 pure interpreter를 합침
• 프로그램을 intermediate code로 변환함
• Java의 JVM
• 장점 : interpretation보다 빠른 속도

hybrid implementation system은 아래와 같은 과정을 거침

1. Lexical Analyzer
2. Syntax Analyzer
3. Intermediate code generator
4. Interpreter