# [프로그래밍 언어] 2. Names, Bindings, and Scopes ## 이름 Names & 5.3 변수 Variables --- ### 변수 Variables ![Image](https://upload.cafenono.com/image/slashpagePost/20250103/133933_2YUI2K845DKODHyPep?q=80&s=1280x180&t=outside&f=webp) - 컴퓨터 **메모리 셀**이나 **셀들의 모임**에 대한 **추상화** - 프로그래머들은 흔히, 변수를 **메모리 위치들에 대한 이름**으로 생각 - 변수의 6가지 속성: **이름, 주소, 값, 타입, 수명, 영역** ### 이름 Names - 변수의 기본적인 속성 중 하나 - **식별자 identifier**라는 용어와 혼용되어 사용 - 프로그램에서 어떤 개체를 식별하기 위해 사용되는 **문자열** - → 문자 중간에 숫자는 괜찮지만 첫 번째로 오는 것은 안된다 **이름 형식** - 언어에 따라 이름의 길이 제한이 존재 (Java, Python은 길이 제한 없음) - C언어는 31글자까지 구분 가능 (32번째 글자부터는 달라도 같은 인수로 인식) - 많은 언어들은 대소문자를 구분한다 (구분하지 않는 언어도 있음) - **표기법** - **낙타 표기법 Camel Notation** - 이름이 길어지면 문장을 이름으로 만든다 - 띄어쓰기를 하면 하나의 변수로 인식 X → 붙여써야 한다. - 첫 번쨰 단어를 제외하고 대문자로 시작 → `myStack` - **Snake Case**: C언어에서 `_`로 띄어쓰기 구분 - **Kebab Notation**: `-`로 띄어쓰기 구분 ### 주소 Address - 변수와 관련된 기계 메모리 주소 → 연관이 그리 단순하지 않다 - 변수의 이름이 없고 주소만 있어도 변수에 접근 가능 - → 힙 메모리, malloc을 리턴 - 변수에는 값을 포함한다 → 초기화되지 않는 경우도 있다 ![Image](https://upload.cafenono.com/image/slashpagePost/20250103/133950_WEosognEV9lJLv7csD?q=80&s=1280x180&t=outside&f=webp) - 많은 언어에서, 동일한 변수가 프로그램의 다른 시기에 다른 주소와 연관 가능 - 부프로그램의 지역 변수 → 호출될 때마다 스택 메모리에서의 위치에 따라 주소 값이 달라질 수 있다 ```javascript x = [2, 3, 4] y = x # 참조가 복사 y[2] = 15 # [2, 3, 15]? print(x) # x = [2, 3, 15] print(y) # y = [2, 3, 15] ``` - Python에서 변수의 타입은 어떤 값을 넣는가에 따라 바뀐다 ```javascript i = 0; // 10을 i라는 변수 주소에 j = i; // i의 값을 j의 주소에 ``` - **l-value**에는 주소, **r-value**에는 값이 들어간다 ```javascript int* a; a = 100; *a = 10; ``` **별칭 Alise** - 포인터와 같다 - 동일한 주소를 갖는 여러 개의 변수를 갖는 것이 가능 - **두 개 이상의 변수 이름이 동일한 메모리 위치를 접근**하는데 사용할 수 있을 때 **별칭** - 변수의 값이 다른 변수에 대한 배정문에 의해 변경되는 것을 허용 → swapping 가능 - 별칭 생성 방법 - C언어에서 공용체 타입 사용 - C언어에서 두 개의 포인터 변수가 동일한 메모리 위치를 가리키면, 이들은 별칭 - Java나 Python에서 참조 변수들도 별칭 - main 프로그램과 부프로그램(함수 등)이 존재 - → 많은 언어에서 별칭은 부프로그램 매개변수를 통하여 생성 가능 ### 타입 Type ```javascript char c; c = 7; // dtype에 따라 해석이 달라진다 ``` - 타입이 결정 하는 것 - 변수가 사용할 수 있는 범위 - 그 타입의 값들에 대해서 정의되는 연산들의 집합 - 정수 타입은 덧셈, 뺄셈, 나눗셈, 모듈러 등의 산술 연산 포함 (실수 타입은 X) ### 값 Value ```javascript typedef int INT; // int: 데이터 타입 typedef struct A x; // struct A: 저장할 수 있는 값 ``` - 변수에 연관된 **메모리 셀**이나 **셀들의 내용** - 변수의 값을 때때로 r-value라고 부름 ### 존속기간 Lifetime - 언제 만들어서 언제 사라지는가 ### 영역 Scope - **Closure**: 함수 선어 시의 환경을 기억했다가 사용 - **Clojure**: 함수형 프로그래밍 언어 ## 바인딩의 개념 The Concept of Binding --- ### 바인딩 - **속성**과 **엔터티** 사이의 **연관** - 엔터티 entity: 사람 또는 사물 (객체) - 속성 attribute: 엔터티는 속성을 가진다 - 변수, 함수 등의 엔터티와 속성 사이에 **연관 binding**이 있다. **C언어 기반 예** ```javascript int i; // 1) 컴파일 시점 i = 10; // 2) 실행 시간 // 1) float f // 2) f = 5 float f = 5; ``` - 변수와 **타입** 사이의 연관 → **컴파일 시점**에 반인딩 - 변수와 **값** 사이의 연관 → **실행 시간**에 바인딩 - 변수와 **주소** 사이의 연관 → **메모리 적재 loading** 시점에 바인딩 (변수마다 다름) - **연산과 심볼**과의 연관 → **언어 설계 (컴파일 설계)** 시점 - 라이브러리 **부프로그램** 호출과 부프로그램 코드와의 연관 → **링크** 시점에 바인딩 ### 변수의 속성 바인딩 **정적 바인딩 static binding** - 바인딩이 **실행 시간이 시작되지 전**에 일어나고 - 프로그램 실행 전체에 걸쳐서 **변하지 않은 상태**로 남아있다 **동적 바인딩 dynamic binding** - 바인딩이 **실행 시간 중**에 일어나거나 - 프로그램 실행 과정에서 **변경**될 수 있다 ### 타입 바인딩 - 변수는 프로그램에서 참조되기 전에 어떤 데이터 타입에 바인딩되어야 함 **정적 타입 바인딩** - 변수에 바인딩된 타입은 프로그램 단위의 **존속기간 lifetime 동안 고정** - **명시적 선언 explicit declaration**: 변수 이름들을 나열, 특정 타입이라는 것을 명세 - C언어: `int i;` - **묵시적 선언 implicit declaration**: 디폴트 규칙을 통해 타입 연관 - Fortran: I, J, K, L, M, N으로 시작하면 Integer - 정적 바인딩 언어: **C**, C++, **Java** 등 ```javascript int i = 10; var j = 10; ``` - java에서 `var` 키워드는 우측 값으로 왼쪽 type을 유추한다 - 컴파일 시간에 int로 바인딩된다 - 한 번 바인딩되면 값이 바뀔 수 없기 때문에 정적이다 **동적 타입 바인딩** - 변수의 타입이 선언문으로 명세되지 않으며, 이름의 철자로부터도 결정될 수 없음 - **배정문에서 변수에 어떤 값이 할당될 때**, 그 변후에 어떤 타입이 바인딩 - 배정문은 그 변수를 다른 주소, 메모리 셀에 바인딩 가능 - → 다른 타입 값은 프로그램 실행 동안 여러 번 변경될 수 있기 때문 - 동적 타입 바인딩되는 변수의 타입은 **일시적일 수 있음** - 동적 타입 바인딩 언어: **파이썬**, JavaScript, Ruby, PHP 등 - **장점** ```javascript spam = 'Hello' # 문자열 타입 spam = 40 # 정수 타입 spam = 1.0 # 실수 타입 ``` - 포괄적 프로그램 작성 등 프로그래밍에 유연성을 제공한다 - **포괄적 프로그램**: 어떤 타입도 처리할 수 있은 함수 - 두 개의 숫자를 파라미터로 받아서 더하는 함수를 만든다면 - float, double, int 타입에 대해 add를 모두 만들어야 한다 - 포괄적 프로그램을 사용하면 개발해야하는 메소드들의 수가 줄어든다 - 데이터가 입력된 후에 그 변수에 할당될 때 올바른 타입으로 바인딩된다 - **단점** - 프로그램을 **덜 신뢰적**으로 만든다 - 코드가 커지면 데이터 타입을 보장하지 못하기 때문에 신뢰도가 낮아진다 - 따라서 타입 검사를 통해 검증해야한다 - **비용**이 많이 든다 - 실행 시간에 검사가 수행되어 실행 속도가 느려질 수 있다 - 모든 변수가 현재의 타입을 유지하고 관리 → 메모리 비용 발생 ### 기억공간 바인딩과 존속 기간 - 명령형 프로그래밍 언어 → 그 변수들에 대한 기억 공간 바인딩 설계로 결정됨 - 할당 allocation과 회수 deallocation - 할당: 변수에 바인딩되는 메모리 셀을 가용 메모리의 풀로부터 가져옴 - 회수 : 변수로부터 바인딩이 해제된 메모리 셀을 다시 가용 메모리 풀에 반환 - 변수의 존속기간 lifetime - 변수가 특정 메모리 위치에 바인딩되어 있는 기간 - 시작 시점: 변수가 특정 셀에 바인딩 - 종료 시점: 그 변수의 바인딩이 그 셀로부터 해제 - 존속기간에 따른 변수들의 4가지 분류: - **정적 변수, 스택-동적 변수, 명시적 힙-동적 변수, 묵시적 힙-동적 변수** **정적 변수 static variable** - 프로그램 **실행 전** 메모리 셀에 바인딩 - 프로그램 **실행 종료까지** 동일한 메모리 셀에 바인딩 ![Image](https://upload.cafenono.com/image/slashpagePost/20250103/135541_gUoPMS1jgjGLBcHObB?q=80&s=1280x180&t=outside&f=webp) - **전역 변수** → 프로그램 실행 전체에 걸쳐 사용 - **지역적 정적 변수** → 과거 민감 부프로그램에서 사용 - class 안에 멤버 변수, 메서드에 `static`을 붙이면 class 변수, class 메서드 - main 함수는 프로그램이 실행 되기 전에 존재해야한다 - 프로그램이 실행되기 전 메모리에 존재해야하는 메서드에는 `static`을 붙임 - **장점** - **효율성**: 정적 변수에 대한 모든 주소지정은 직접적 - 실행 시간에 **할당, 회수** 등 메모리 관리 비용이 필요 없기 때문에 **부담 없음** - **단점** ![Image](https://upload.cafenono.com/image/slashpagePost/20250103/135602_70LtK2epMvwb0fLfj7?q=80&s=1280x180&t=outside&f=webp) - 유연성 감소: **재귀적 부프로그램 지원 불가** (재귀는 변수들이 리셋 → 동적) - 기억공간이 **변수들 간에 공유될 수 없음** **스택-동적 변수 static-dynamic variable** - 변수의 선언문이 **실제 실행될 때**, 기억 공간에 바인딩 - 변수의 **타입은 정적**으로 바인딩 - 스택 -동적 변수는 **실행-시간 스택 run-time stack 에 할당** - 장점: **유연성** 증가: **재귀**적 부프로그램 사용 가능 ![Image](https://upload.cafenono.com/image/slashpagePost/20250103/135639_pifoDu4Kk9HcTMcYWt?q=80&s=1280x180&t=outside&f=webp) - 단점 - 할당과 회수에 따른 **실행-시간 부담** - 간접 주소지정이 요구되어 **접근이 느려짐** → 스택에서 위치가 계속 바뀌기 때문 - 부프로그램이 **과거 민감할 수 없음** → 필요시 `static` 사용 - 예시 - C 함수, Java 메소드 **시작** 부분에 변수 선언 - 함수나 메소드가 **호출**될 때 바인딩 - 함수나 메소드 실행이 **종료**될 때 회수 - C 함수, Java 메소드 **중간** 부분에 변수 선언 - 함수 나 메소드가 **호출**될 때 바인딩 - 변수 선언 부분이 실행될 때까지 **가시화되지 않음** **명시적 힙-동적 변수** - 프로그래머가 명세하는 명시적 실행-시간 명령어에 의해 할당되고 회수되는 **이름없는 (추상) 메모리 셀** - 힙heap으로부터 할당되고 회수 - **포인터나 참조 변수**를 통해 참조될 수 있다 - 장점: 연결 리스트나 트리 같은 동적 구조체 구현 가능 - 단점 - 포인터나 참조 변수의 올바른 사용 어려움 - 요구된 기억 공간 관리 구현의 복잡성 ![Image](https://upload.cafenono.com/image/slashpagePost/20250103/135710_5RNBUtRMe9tvpSdVCD?q=80&s=1280x180&t=outside&f=webp) ```javascript // Java Integer intnode; intnode = new Integer(1); // new: 명시적인 동적변수 할당, 1을 초기값으로 사용 // 회수 명령어 없음 -> dangling pointer 문제 해결 ``` ```javascript // C언어 int *intnode; // intnode: 전역 vs 지역에 따라 다름 // (int *)malloc(sizeof(int)): 명시적인 동적 변수 intnode = (int *)malloc(sizeof(int)); free(intnode); ``` ```javascript // C++ int *intnode; intnode = new int; // new: 명시적인 동적변수 할당 ... delete intnode; // delete: 명시적인 동적 변수 회수 ``` **묵시적 힙-동적 변수** - 값이 배정될 때 힙 기억 장소에 바인딩 - 장점: 최고의 유연성 →언제 어떤 타입으로도 변경 가능, 메모리 위치도 자동 변경 - 단점: 모든 동적 속성들을 유지하는데 필요한 실행-시간 부담 ![Image](https://upload.cafenono.com/image/slashpagePost/20250103/135741_X64KOcSYAfFfqU45vh?q=80&s=1280x180&t=outside&f=webp) ```javascript # python highs = [74, 84, 86, 90, 71] highs = 17.3 ``` ```javascript // JavaScript highs = [74, 84, 86, 90, 71]; ``` ## 영역 Scope --- ### 변수의 영역 - 변수가 가시적인 문자들의 범위 - 변수가 어떤 문장에서 참조될 수 있으면, 변수는 그 문장에서 가시적 ### 정적 영역 - 변수의 영역이 정적으로 **실행 전**에 결정 - 인간 프로그래머가 코드를 읽어 모든 변수의 타입 결정 가능 - 정적 영역과 관련하여 두 가지 유형이 존재 - 부프로그램이 중첩될 수 있는 언어: Python, JavaScript 등 - 부프로그램이 중첩될 수 없는 언어: C, Java등 **JavaScript 에서 함수** ```javascript function big(){ functions sub1(){ var x = 7; sub2(); } function sub2(){ var y = x; } var x = 3; sub1(); } ``` - JavaScript는 동적 타입 언어, 정적 영역 언어 - javascript에서 `var`은 동적 타입 바인딩 - javascript는 부프로그램 간의 관계 이용 - sub2()의 변수 x에 대한 참조 = big()에서 선언 X - x가 sub2()에 없는 경우 big()에서 탐색 **(부모 → 정적)** - sub1()에 선언된 x는 무시 (정적 부모가 아니기 때문) **Java** - Java는 정적 타입 언어, 정적 영역 언어 - Java의 `var`은 정적 타입 바인딩 - 중첩된 부프로그램의 허용 여부에서, 어떤 변수 선언은 **은폐될 수 있음** - 어떤 언어에서는 은폐된 변수 참조 가능 → `this.x` ### 블록 - 많은 언어는 새로운 정적 영역이 실행 코드의 중간에 정의되는 것을 허용 - 지역 변수들은 **스택-동적 변수** - → 바인딩이 실행 코드 부분에 진입될 때 할당, 빠져나올 때 회수 - 코드의 부분을 **블록 block**이라 부름 ![Image](https://upload.cafenono.com/image/slashpagePost/20250103/135915_jSTzAlTvc8ED7uccmy?q=80&s=1280x180&t=outside&f=webp) ```javascript if(list[i] < list[j]){ int temp; temp = list[i]; ... } ``` ```javascript void sub(){ int count; ... while(...){ int count; count++; ... } } ``` - sub()의 count는 while루프 내부의 코드로부터 은폐됨 - C와 C++에서는 이러한 코드 사용이 가능하지만, Java에서는 허용하지 않음 → 오류 방지 ### 선언 순서 ![Image](https://upload.cafenono.com/image/slashpagePost/20250103/135933_tV3QchFYpEzj1m8VjI?q=80&s=1280x180&t=outside&f=webp) ```javascript void func(){ ... for(int count=0; count<10; count++){ ... } } ``` - 함수에 포함된 모든 데이터 선언이, 중첩된 블록에 속한 선언을 제외하고는 그 **함수의 시작 부분에 존재**해야함 - C, Java 등에서는 변수 선언의 문장이 위치할 수 있는 어느 곳에서나 허용 - 복합문이나 부프로그램과 연관되지 않은 영역을 생성 - 중간에 선언된 지역변수 → **선언문으로부터 그 선언문이 나타나는 블록의 끝까지** ### 전역 변수의 영역 - 파일에 속한 함수 외부에 위치한 변수 정의는 전역변수를 생성 → 모든 함수들에게 가시적 - C, C++의 경우 - 전역변수의 선언과 정의를 가짐 - 전역변수의 **정의**: 속성 명세, **기억공간의 할당 야기** - 전역 변수의 **선언:** 속성 명세, **기억공간의 할당을 야기하지 않음** - 함수 정의 외부에 위치한 변수 선언은 그 변수가 다른 파일에 정의됨을 명시 `extern` **예시** ```javascript day = "Monday" def tester(): print("The global day is ", day) tester() # 정상적 출력: The global day is Monday ``` ```javascript day = "Monday" def tester(): print("The global day is: ", day) day = "Tuesday" print("The new value of day is: ", day) tester() # UnboundLocalError오류 -> tester의 두 번째 day는 지역변수 ``` ```javascript day = "Monday" def tester(): global day print("The global day is: ", day) day = "Tuesday" print("The new value of day is: ", day) tester() # 정상적 출력 ``` ### 동적 영역 - 부프로그램들의 **상호 공간적 배치 관계**가 **아닌 부프로그램들의 호출 시퀀스에 기반**하여 **변수의 영역을 결정** - 변수 영역이 동적인 언어들: APL, SNOBOL4, LISP 초기 버전 - 디폴트 영역 매커니즘이 정적, 변수가 동적 영역을 갖도록 선언을 허용: Perl, Common LISP ```javascript function big(){ function sub1(){ var x = 7; } functions sub2(){ var Y = x; var z = 3; } var x = 3; } ``` - sub2()에 참조되는 식별자 x의 의미는 동적 - → 컴파일 시간에 결정 못함 - 호출 시퀀스에 따라 x의 어느 한 선언에 속환 변수를 참조 가능 - big()이 sub1()을 호출하고 sub1()이 sub2()를 호출 - → sub2()는 sub1()의 x를 참조 - big()이 sub2()를 직접 호출 - → big()에 선언된 변수 x를 참조 ## 영역과 존속 기간 Scope and Lifetime --- **변수의 영역과 존속기간은 관련있는 것처럼 보임** - Java 메소드의 지역변수가 존재하는 경우 - 지역변수의 영역은 선언문에서 메소드의 끝, - 이 변수의 존기간은 실행이 메소드에 진입할 때 시작, 메소드 실행이 종료될 때 끝남 **외관상 관계는 다른 상황에서 성립되지 않음** - C와 C++에서 static을 이용하여 함수에 선언된 변수 - 함수의 영역으로 바인딩, 기억공간에서 정적으로 바인딩 → 정적, 지역적 - **존속 기간**은 **프로그램 전체 실행 시간** → 과격 민감 프로그램 사용 가능 ```javascript void printheader(){ ... } void compute(){ int sum; ... printheader(); } ``` - C와 C++에서 함수가 다른 함수를 호출하는 경우 - 변수 sum의 영역은 compute() 함수 내부에 완전히 포함 - compute() 함수가 printheader() 함수를 호출하기는 하지만, sum 영역이 printheader()까지 확장되는 것은 아님 - sum의 **존속기간은 printheader()가 실행되는 동안의 시간을 걸쳐 확장** ## 참조 환경 Referencing Environments --- - **참조 환경**은 그 문장에서 가시적인 모든 이름의 집합 **정적-영역 언어에서 한 문장의 참조 환경** - 그 지역 영역에서 선언된 변수들 - 그 조상 영역에 속한 가시적인 모든 변수들로 구성 ```javascript g = 3 def sub1(): a = 5 b = 7 ... # 프로그램 지점 1 def sub2(): global g c = 9 ... # 프로그램 지점 2 def sub3(): nonlocal c g = 11 ... # 프로그램 지점 3 ``` - 프로그램 지점 1 - : 지역변수 a, b(sub1) 참조를 위한 전역변수 g, 배정에 g가 사용될 수 없음 - 프로그램 지점 2 - : 지역변수 c(sub2), 참조와 배정을 위한 전역변수 g - 프로그램 지점3 - : 비지역 변수 c(sub2), 지역변수 g(sub3) **동적-영역 언어에서 한 문장의 참조 환경** - 그 지역 영역에 선언된 변수들과 현재 활성화되어 있는 모든 다른 부프로그램에서 선언된 변수들로 구성 - 활성화된 부프로그램에 속한 어떤 변수들은 참조 환경으로부터 은폐뙬 수 있음 ```javascript void sub1(){ int a, b; ... // 프로그램 지점 1 } void sub2(){ int b, c; ... // 프로그램 지점 2 sub1(); } void main(){ int c, d; ... // 프로그램 지점 3 sub2(); } ``` - 프로그램 지점 1 - : sub1()의 a, b, sub2()의 c, main()의 d - 프로그램 지점 2 - : sub2()의 b와 c, main()의 d - (main()의 c는 은폐됨) - 프로그램 지점 3 - : main()의 c와 d For the site tree, see the [root Markdown](https://slashpage.com/yerim-devnote.md).