프로그래밍 언어론 2nd edition Tucker and Noonan

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1 프로그래밍 언어론 2nd edition Tucker and Noonan
1장 소개 좋은 프로그래밍 언어는 프로그램에 대하여 사고하는 개념적인 세계를 제공해준다. 앨런 펄리스(Allen Perlis)

2 소목차 1.1 원리 1.2 패러다임 1.3 주요 개념 1.4 역사 1.5 언어의 설계에 대하여 1.6 컴파일러와 가상기계

3 1.1 원리 프로그래밍 언어의 구성 요소: 프로그래밍 언어: 구문구조Syntax 이름Names 타입Types
1.1 원리 프로그래밍 언어의 구성 요소: 구문구조Syntax 이름Names 타입Types 의미구조Semantics 프로그래밍 언어: 언어 설계자는 이 구성요소를 모두 정의해야 함 프로그래머는 이 구성 요소에 모두 정통해야 함

4 구문구조(Syntax) 프로그래밍언어의 구문구조는 문법적으로 맞는 프로그램이 어떻게 생겼는지를 서술한다.
프로그래밍언어의 구문구조는 문법적으로 맞는 프로그램이 어떻게 생겼는지를 서술한다. 구문구조를 공부할 때 생기는 궁금증 언어의 문법은 무엇일까? 사용할 수 있는 기본 어휘는 무엇일까? 구문 오류는 어떤 것일까?

5 이름(Names) 프로그램에서 다양한 종류의 엔티티에 이름 부여
변수, 타입, 함수, 매개변수, 클래스, 객체 등 엔티티에 부여된 이름은 프로그램이 실행되는 동안 다음에 묶여있다 영역Scope 가시성Visibility 타입Type 생명주기Lifetime

6 타입(Types) 타입은 값들과 그 값을 가지고 할 수 있는 연산들의 집합이다. 단순 타입 구조 타입
타입은 값들과 그 값을 가지고 할 수 있는 연산들의 집합이다. 단순 타입 수numbers, 문자characters, 불booleans, … 구조 타입 문자열Strings, 리스트lists, 트리trees, 해시테이블hash tables, … 타입시스템type systems이 제공해주는 이점 허용하는 연산을 결정 타입 오류 감지

7 의미 구조(Semantics) 프로그램의 의미를 의미구조로 표현한다. 의미구조를 공부하면 다음과 같은 질문에 답할 수 있다.
의미구조를 공부하면 다음과 같은 질문에 답할 수 있다. 프로그램 실행 중 특정 변수의 값은 어떻게 변하나? 각 문장은 어떤 뜻일까? 함수 호출을 하면 일어나는 현상을 설명해줄 수 있는 모델이 있을까? 실행 중에 객체는 어떻게 메모리에 할당될까?

8 1.2 패러다임(Paradigm) 프로그래밍 패러다임은 특정 장르의 프로그램과 언어에 깔려있는 문제 해결 사고의 패턴이다.
프로그래밍 패러다임은 특정 장르의 프로그램과 언어에 깔려있는 문제 해결 사고의 패턴이다. 대표적인 4가지 프로그래밍 패러다임 명령형Imperative 객체지향형Object-oriented 함수형Functional 논리형Logic (선언형declarative)

9 명령형 패러다임 전통적인 폰노이만-엑커르트 계산 모델을 따름: 명령형 언어의 사례:
프로그램과 데이터가 메모리에 구별없이 저장됨(그림1.1) 프로그램 = 명령문의 나열 상태State = 프로그램 실행 시, 변수의 값 프로그램이 길어지면 프로시저 추상화procedural abstraction 명령형 언어의 사례: Cobol, Fortran, C, Ada, Perl, …

10 폰노이만-엑커르트 모델 The von Neumann-Eckert Model

11 객체지향(OO) 패러다임 OO 프로그램은 상태를 변환시키는 메시지를 주고받으며 상호 교류하는 객체의 모임이다.
메시지 전달Sending Messages 상속Inheritance 다형성Polymorphism OO 언어의 사례 Smalltalk, Java, C++, C#, Python

12 함수형 패러다임 함수형 프로그래밍은 계산 문제를 수학 함수의 집합으로 모델링한다. 함수형 언어의 특징 함수형 언어의 사례
함수형 프로그래밍은 계산 문제를 수학 함수의 집합으로 모델링한다. 입력Input = 정의역domain 출력Output = 치역range 함수형 언어의 특징 함수 합성Functional composition 재귀Recursion 함수형 언어의 사례 Lisp, Scheme, ML, Haskell, …

13 논리형 패러다임 논리형 프로그래밍은 논리형 프로그램을 공부하면서 관찰할 사항 논리형 프로그래밍 언어의 사례
어떻게 문제를 풀 것인지를 고민하는 대신, 프로그램에서 얻어내야 하는 결과가 무엇인지를 선언하도록 문제를 모델링하여 프로그램을 작성한다. 논리형 프로그램을 공부하면서 관찰할 사항 프로그램을 문제에 대한 제한식의 집합으로 취급 프로그램은 문제의 가능한 모든 답을 만들어 냄 비결정적nondeterministic인 프로그램 작성 가능 논리형 프로그래밍 언어의 사례 Prolog

14 1.3 주요 개념 이벤트 처리Event handling 동시 계산Concurrency 프로그램의 정확성Correctness
1.3 주요 개념 이벤트 처리Event handling 예: GUI, 홈 시큐리티 경보 시스템 동시 계산Concurrency 예: 클라이언트-서버 프로그램 프로그램의 정확성Correctness 프로그램이 모든 가능한 상황에서 기획한 대로 작동하는지 어떻게 증명할 수 있을까? 이게 왜 중요하지???

15 1.4 역사 언제 어떻게 프로그래밍 언어가 진화되었나? 어떤 집단이 개발하고 사용했는가? 인공지능 컴퓨터과학 교육 과학과 공학
1.4 역사 언제 어떻게 프로그래밍 언어가 진화되었나? 어떤 집단이 개발하고 사용했는가? 인공지능 컴퓨터과학 교육 과학과 공학 정보 시스템 시스템과 네트워크 월드 와이드 웹World Wide Web

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17 1.5 언어의 설계에 대하여 1.5.1설계 제약사항 1.5.2설계 결과와 목표 컴퓨터 구조 기술적인 환경(그림1.3) 표준
1.5 언어의 설계에 대하여 1.5.1설계 제약사항 컴퓨터 구조 기술적인 환경(그림1.3) 표준 유물 시스템 1.5.2설계 결과와 목표 프로그래밍 언어는 어떻게 생겨나고 어떻게 하면 성공하는가? 이상적인 프로그래밍 언어가 되려면 어떤 주요 특징이 필요한가?

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19 어떻게 하면 성공적인 언어가 되는가? 주요 특징 단순성과 가독성 묶기binding의 명확성 신뢰성 지원성
추상화Abstraction 직교성Orthogonality 구현의 효율성

20 단순성과 가독성 명령문 개수의 소규모화 구문구조의 단순함 이점 예: Java vs Scheme
예: C/C++/Java vs Python 이점 배우기 쉬움 프로그램 작성이 쉬움

21 묶기의 명확성 언어에서 필요한 요소들은 그 특성이 정의될 때 묶인다.
언어에서 필요한 요소들은 그 특성이 정의될 때 묶인다. 묶기binding는 어떤 개체와 그 개체의 성질을 결합하는 것이다. 예: 변수와 그 변수의 타입 변수와 그 변수의 값 조기 묶기는 프로그램 컴파일 시간에 일어남 만기 묶기는 프로그램 실행 시간에 일어남

22 신뢰성 언어를 신뢰할 수 있는 충분조건 다른 플랫폼에서 실행해도 같은 결과가 나옴 타입오류를 모두 감지할 수 있음
예: Fortran 초기 버전 타입오류를 모두 감지할 수 있음 예: C vs Haskell 의미 오류를 적절히 예외처리 할 수 있음 예: C vs C++ 메모리 누수를 방지할 수 있음 예: C vs Java

23 지원성 공개 소프트웨어로 쉽게 구하여 사용할 수 있는 컴파일러와 인터프리터가 존재 양질의 교재와 지침서 존재
공개 소프트웨어로 쉽게 구하여 사용할 수 있는 컴파일러와 인터프리터가 존재 양질의 교재와 지침서 존재 활성화된 사용자 커뮤니티의 존재 통합개발환경(IDE)의 존재

24 추상화 데이터 프로그래머 정의 타입 및 클래스 클래스 라이브러리 프로시저 프로그래머 정의 함수 표준 함수 라이브러리

25 직교성 상호 독립된 소규모 기본 연산만으로 프로그램을 구축할 수 있는 언어를 직교적orthogonal이라고 한다.
필요한 예외적 규칙의 최소화 = 개념적으로 단순 예: 함수 인수의 타입을 제한함 효율성과 타협의 여지 직교성이 좋아지면 효율성이 낮아질 수 있고, 효율성이 좋아지면 직교성이 낮아질 수 있다.

26 구현의 효율성 내장형 시스템Embedded systems 웹 응용프로그램 전사적 데이터베이스 응용프로그램 AI 응용프로그램
실시간 응답 속도 (예: 네비게이션) 초기 Ada 언어 구현의 실패 사례 웹 응용프로그램 사용자의 요구에 대한 응답 속도 (예: 구글 검색) 전사적 데이터베이스 응용프로그램 효율적인 검색 및 수정 AI 응용프로그램 인간의 행동을 모델링

27 1.6 컴파일러와 가상기계 컴파일러Compiler – 기계코드를 생성
1.6 컴파일러와 가상기계 컴파일러Compiler – 기계코드를 생성 실행기(해석기)Interpreter – 가상 기계의 명령을 실행 컴파일하는 언어의 예 Fortran, Cobol, C, C++ 실행기를 사용하는 언어의 예 Scheme, Haskell, Python 컴파일러와 실행기를 모두 사용하는 경우 The Java Virtual Machine (JVM)

28 컴파일 실행 과정

29 해석기 실행 과정

30 토의 문제 다익스트라(E. Dijkstra)의 다음 견해에 대한 토의
BASIC을 먼저 습득한 학생들에게 프로그램을 잘 하도록 가르치는 것은 사실상 불가능하다. 잠재적인 프로그래머로서 재생성의 희망도 없이 정신적으로 파괴되었다. 2. 자신이 친숙한 언어에서 특별히 읽기가 힘들다고 생각되는 예제 문장을 하나 생각해 내보자. 예를 들면, C 언어에서 while (*p++ = *q++) 의 의미는 무엇일까?