프로그래밍 언어 공부하기2

그렇다면 프로그램은 어떻게 작동하는가?

컴퓨터가 실제로 수행할 수 있는 명령어는 기계어 뿐이다. 기계어는 0과 1로 이루어진 언어인데, 현재 기계어로 코딩이 가능한 사람은 없다고 봐도 좋다. 역사적으로도 몇명 없었고. 컴퓨터에게 일을 시키려면 기계어로 집어넣어야 하는데 사람은 기계어를 직접 쓸 수 없으니까 사람이 쓴 언어를 기계어로 번역하는 프로그램이 필요하다. 그 프로그램은 어떻게 만들었냐고? 그 프로그램도 기계어를 번역하는 다른 프로그램으로 만든 것이다. 그런식이면 최초에 기계어로 번역하는 프로그램은 어떻게 만들어졌냐고 물어볼 수 있을텐데, 당연히 그때는 프로그램을 기계어로 만들었었다. 옛날에는 기계어도 간단했기 때문에 기계어를 직접 사람이 코딩할 수 있었고, 점점 컴퓨터가 복잡해지면서 인간의 능력으로는 쫒아가기 힘들어지다보니 인간이 알아볼 수 있는 언어와 기계어를 번역하는 프로그램을 만들게 된 것이다. 그런 프로그램도 처음에는 기계어를 이용해서 만들었지만, 차츰 기술이 발전하면서 그런 프로그램을 번역하는 프로그램을 만드는데도 기계어가 아니라 좀 더 높은 수준의 언어를 사용할 수 있게 되었다. 이 글은 컴퓨터 역사에 관한 글은 아니므로 여기서 넘어가도록 하자.

컴퓨터 프로그램은 그럼 어떻게 만들어야 할까? 앞에서 설명했듯이 컴퓨터가 할 수 있는 것은 사칙연산과 조건판단, 무한반복 뿐이다. 즉, 우리가 컴퓨터에게 시키려는 구체적인 일을 이 세가지 작업의 조합으로 잘게 쪼개야 한다. 그리고 그렇게 쪼개고 나면 세가지 작업을 어떤 순서로, 어떤 방향으로 실행시키는지가 나오는데 그것을 “순서도”라고 한다. 그리고 그것을 구체적으로 어떤 순서로 쪼개서 실행시키는지를 “알고리즘”이라고 한다. 프로그램을 만들기 위해서는 알고리즘을 잘 사용하고, 순서도를 잘 그리는 것이 중요하다.

순서도는 어떻게 그려야 할 것인가? 인터넷을 검색해 보면 순서도를 그리는데 사용하는 도형들이 나온다. 직사각형, 마름모꼴, 번개표시, 물결표시, 원기둥 등등. 그런 표준 도형을 사용하면 내가 그린 순서도를 다른 사람이 알아보기 쉽게 그리는데 도움이 된다.

먼저, 프로그램이 뭘 하는지를 적는다. 이렇게 한 문장만 적어놓고 보면 앞서 얘기한 세가지 작업, 사칙연산, 조건판단, 무한반복의 조합으로 써 있을리가 없다. 물론 이미 그렇게 써 있다면 끝나는 것이겠지만. 프로그램이 이 세가지 기본 작업을 통해서 일을 처리하려면, 프로그램이 하는 일을 더 잘게 세분해야 한다. 어떤 단계를 거쳐서 문제를 풀게 되는지, 각 단계마다 어떤 작업을 해야 하는지 등등. 이것을 아주 상세하게 쪼개서 최종적으로 저 세가지 기본 작업의 조합으로 써 있게 되면 순서도 작성이 끝나는 것이다.

세가지 기본 작업의 덩어리를 함수(function)라고 부른다. 언어나 동네에 따라서는 서브루틴, 메소드 같은 다른 용어를 쓰기도 하지만 아무튼 다 그게 그거다. 어떤 함수는 저 세가지 기본 작업들로 이루어진 덩어리인데, 그 함수를 실행시키면 한 단계의 작업을 처리한다. 이 때, 입력을 받아서 출력을 내놓는 것이다. 그리고 커다란 프로그램은 함수 여러개를 모아서 작업을 처리한다. 함수는 그 내부에서 세가지 기본 작업 뿐만 아니라 다른 함수를 불러와서 쓸 수도 있다. 심지어 자기 자신을 불러와서 사용할 수도 있다.

결과적으로 프로그램을 만든다는 것은 프로그램 전체가 해야 할 일을 여러개의 함수로 쪼개고, 각 함수를 한줄씩 한줄씩 채워 넣는다는 것이 된다.

그렇다면, 어떻게 쪼개야 하는가?

예를 들어, 소설을 쓴다고 하면, 소설은 짧게는 글자로 이루어진 긴 문자열이지만, 거기에는 의미가 담겨있다. 첫 문장과 결말을 안다고 해서 소설을 다 읽은게 아니듯이, 프로그램도 무슨 일을 할지 정했다고 해서 일이 끝나지는 않는다. 장과 절을 나누고, 절은 문단으로 나누고, 문단은 문장으로 나누고, 문장은 단어로 이루어지게 된다. 마찬가지로 컴퓨터 프로그램도 각각의 의미있는 단어를 순서대로 늘어놓아서 컴퓨터가 작동하도록 하는 것이다.

(이어서…)

프로그래밍 언어 공부하기

프로그래밍 언어는 컴퓨터 프로그램을 만들기 위해서 알 필요가 있다. 어떻게 공부하면 좋은가.

먼저, 컴퓨터가 어떻게 작동하는지 알 필요가 있다. 컴퓨터 공학을 정식으로 전공하지 않은 사람들이나 컴퓨터의 구조와 작동원리에 대해서 구체적으로 공부하지 않은 사람들에게 컴퓨터라는 기계는 키보드와 마우스를 움직여서 뭔가를 입력하면 모니터에 원하는 그림을 그려주는 장치일 뿐이다. 그렇다면 프로그래밍을 공부하기 위해서 컴퓨터라는 기계는 어떻게 이해해야 할 것인가?

컴퓨터는 연산장치, 기억장치, 제어장치, 입력장치, 출력장치로 되어 있다. 다른 형태로 되어 있는 컴퓨터가 있는지, 만들어질 것인지는 나도 잘 모르겠지만, 우리가 현재 컴퓨터라고 부르는 모든 장치는 모두 저 다섯가지 기본 요소를 갖고 있다. 믿을 수 없겠지만, 당신이 지금 사용하고 있는 모든 프로그램, 운영체제라든가, 워드, 엑셀, 게임 같은 것들은 모두 저 다섯가지 기능의 조합으로 이루어진 것이다. 저것들이 구체적으로 어떻게 작동하는가는 굉장히 복잡한 내용이다. 하지만 프로그래밍을 하기 위해서 알아야 하는 것은 저 다섯가지 장치의 역할들이다.

먼저, 연산장치는 연산을 담당한다. 여기서 말하는 연산이란 숫자를 갖고 하는 사칙연산이다. 그거 맞다. 덧셈, 뺄셈, 곱셈, 나눗셈을 말한다. 연산장치는 외부에서 숫자 두개를 받아서 원하는 사칙연산을 한 후, 그 결과물을 밖으로 내보낸다. 연산장치에 숫자를 전해주거나 그 결과물을 받는 것은 기억장치이다. 기억장치는 그 내부에 숫자를 저장할 수 있는 공간을 여러개 갖고 있는데, 위치를 알려주면 그 위치에 저장된 숫자를 알려주거나, 반대로 위치와 숫자를 넣으면 그 위치에 숫자를 저장하는 기능이 있다. 제어장치는 연산장치에 어떤 연산을 할지 정하거나, 숫자를 기억장치의 어떤 위치에 넣거나 읽어올지 정하는 장치다. 입력장치는 사용자에게서 숫자를 입력받을 수 있다. 정확히 말하면, 기억장치에 숫자를 입력하는 모든 장치를 입력장치라고 한다. 출력장치는 기억장치에 저장된 숫자를 읽어서 외부에서 알 수 있게 내보내는 장치이다. 모든 컴퓨터 프로그래밍 언어에는 컴퓨터가 갖고 있는 이 다섯가지 기능을 사용할 수 있는 명령어가 있다.

컴퓨터 프로그래밍 언어는 고수준 언어, 저수준 언어, 이런 것들이 있다.(고 한다.) 그것들을 어떤 기준으로 어떻게 구분하는가는 별로 중요한 문제가 아니고, 저수준 언어는 기계어, 어셈블리어가 있고 나머지는 다 고수준 언어라고 생각하면 된다. 특이한 예외로 C언어는 저수준 언어의 특징과 고수준 언어의 특징을 모두 갖고 있는 언어이다.

예를 들어서, C언어를 생각해 보자. C언어는 가장 널리 쓰이고 있는 언어 중 하나이고, 아마 우리가 살아있을 동안은 계속해서 쓰일 언어이다. C언어에서는 그럼 위의 다섯가지 기능이 어떻게 구현되어 있을까?

먼저, 기억장치는 변수 선언을 통해서 이용할 수 있다.

int a=0;

자, 이런 명령을 쓰게 되면 a라는 이름을 가지는 변수가 생기고 거기에는 0이라는 정수가 들어간다. 이 때, a라는 이름은 실제로는 기억장치의 어딘가에 있는 주소와 연결되어 있다. 그 주소는 실제로는 굉장히 길고 복잡한 숫자로 되어 있는데, 그 주소를 a라고 부르는 것이다.

연산장치는 +, -, *, /라는 네가지 연산자를 통해서 사용할 수 있다. 물론 여러분이 알고 있는 그 기호 맞다. a와 b라는 두 변수에 숫자를 저장해 두었다고 할 때 a+b라고 쓰면 연산장치는 a에 있는 수와 b에 있는 수를 불러와서 더하는 역할을 한다. c=a+b라고 하면 a+b를 계산한 결과를 변수 c에 저장한다.

제어장치는 연산장치가 어떤 연산을 어떤 순서로 수행해야 하는지 정해준다. 별다른 지시사항이 없다면 컴퓨터는 시키는 순서대로 연산을 수행한다. 하지만 우리가 실제로 컴퓨터에게 일을 시키다보면 어떤 조건에 따라서 다른 연산을 수행하거나, 특정한 일을 반복하거나 해야 한다. 예를 들어 아무 생각 없이 a+b를 10번 계산해야 한다면, 프로그램에 a+b를 10번 써야 한다. 하지만 이렇게 되면 우리가 생각할 수 있는 모든 경우의 수를 모두 고려하여 처음부터 프로그램에 다 써넣어야 하기 때문에 굉장히 괴로워 질 것이다. 따라서 a+b를 10번 수행하라는 명령 그 자체를 입력할 수 있다면 편리하다. 이 때 사용하는 명령어가 if, for, while과 같은 제어문이다. goto도 있긴 한데 goto는 금단의 명령어, 악마의 유혹, 뭐 그런거라고 알아 두면 된다. if는 조건을 비교해서 조건이 만족되면 주어진 명령어를 수행하고, 조건이 만족되지 않으면 수행하지 않는다. for는 정해진 횟수만큼 명령을 반복하고, while은 다른 입력이 있을 때 까지 명령을 무한히 반복한다.

입력장치는 키보드, 마우스와 같은 장치에서 받은 신호를 컴퓨터가 이해할 수 있는 수로 바꿔서 기억장치에 집어넣는다. 사실은 하드디스크나 다른 장치에서 들어오는 모든 신호들 역시 입력장치에서 받아올 수 있고, 랜카드나 블루투스처럼 다른 장치와 통신하는 장비 역시 입력장치의 범주에 있다고 볼 수 있다. 즉, 여기서 말하는 입력장치는 기억장치에 수를 넣을 수 있는 모든 장치를 뜻한다.입력장치에 해당하는 C언어 함수로는 scanf()함수가 있다. scanf()는 키보드에서 입력을 받아서 지정된 변수에 집어넣는다. 앞서 말했듯이 변수는 기억장치를 뜻하므로, 이렇게 받은 입력은 기억장치에 들어간다.

출력장치는 반대로 기억장치에서 수를 읽어와서 다른 장치로 보내는 역할을 한다. 예를 들어 모니터는 컴퓨터의 비디오 메모리에 있는 값을 읽어와서 화면에 점들의 밝기를 조절하여 나타낸다. 스피커라든가, 프린터라든가 하는 모든 장치는 컴퓨터가 갖고 있는 기억장치에서 수를 읽어와서 외부로 보여주는 장치라고 생각하면 된다. C언어에서는 printf()라는 함수를 제공하는데, 이 함수는 주어진 변수에서 값을 읽어와서 화면에 출력하는 역할을 한다.

우리가 실제로 사용하는 컴퓨터는 이 다섯가지 장치를 하나씩 갖고 있는 것이 아니라, 여러개를 갖고 있다. 화면에 표시할 내용을 결정하는 그래픽카드는 컴퓨터 본체와 별도로 이 다섯가지 장치를 따로 갖고 있어서 컴퓨터 본체가 해야 할 일을 줄여준다. 하지만 모든 컴퓨터 장치는 이 다섯가지 장치들의 협력으로 작동하므로, 결국 우리가 프로그램을 만든다는 것은 이것들을 어떻게 다루느냐의 문제가 되는 것이다.

이 다섯가지 장치의 역할을 좀 더 추상적으로 얘기하면 이렇게 생각할 수 있다. 컴퓨터가 하는 것은 어떤 수를 입력받아서, 다른 수로 바꿔서 내놓는 일이다. 여기서 입력받은 수에 따라서 내놓는 수는 결정되어 있으며, 어떤 방식으로 바꿀 것인지를 프로그래머가 정해주는 것이다. 그리고, 어떤 방식으로 바꿀 것인지 그 구체적인 방식 그 자체를 알고리즘이라고 한다. 예를 들어, 굉장히 무식한 방식으로 프로그램을 만든다면 1에는 1, 2에는 5, 3에는 9, 4에는 8, … 이런 식으로 결과를 내놓으라고 할 수 있다. 그것도 물론 잘 작동할 수만 있다면 괜찮은 프로그램이다. 하지만 32비트 컴퓨터가 표현할 수 있는 수가 42억개인데, 우리가 42억개의 수에 대해서 하나하나 전부 그 결과값을 지정한다면 그건 코딩이 아니라 고문이라고 해야 할 것이다. 실제 프로그래머들은 그렇게 작업하지 않는다.

(이어서…)

컴퓨터 프로그램 개발

컴퓨터 프로그래밍을 공부하려는 사람들이 자의든 타의든 늘어나고 있다. 내가 처음에 컴퓨터 프로그래밍을 공부했을 때에는 초등학교 3학년, 아마 92년이었던 것 같은데, 그 때 아버지 손에 이끌려서 총무처 전산실에서 시행하는 직원 가족 대상 컴퓨터 교육에 갔었을 때이다. 그 때 배운 언어는 GW-BASIC이라는 것인데, 솔직히 그 때는 내가 알파벳도 모르던 시절이었다 보니 뭘 어떻게 해야 하는지 모르고 그냥 보이는대로 코드를 그대로 붙여서 쳤다. 실행되면 뭐 그런가보다 했고, 뭐가 어떻게 되는지는 전혀 이해할 수 없었다. 그 이후로 컴퓨터는 나에게 그냥 오락기였고, 딱히 컴퓨터 프로그램 개발에 대해서 공부할 일은 거의 없었다. 그리고 대학에 가서 대학교 3학년이 되었을 때 처음으로 C언어 프로그램을 만들어서 컴파일 할 수 있었다. 어쨌든, 어디서 정식으로 컴퓨터 프로그램을 공부한 적은 없고 책과 인터넷을 뒤져가면서 공부한 게 전부다. 나중에 방송대에서 컴퓨터과학 전공과정을 이수하기는 했는데 사실 그거는 수업 안듣고 시험만 쳤기 때문에 뭘 배웠다고 하기는 좀 그렇다.

자, 그럼, 초보자들이 프로그램 만드는 방법을 어떻게 공부하는 것이 좋을까? 이 글에서는 그에 대한 이야기를 하려고 한다. 사람마다 각자 자신만의 방법이 있고, 내가 소개하려는 방법이 가장 좋은 방법이 아닐 수도 있지만 이것은 그냥 내 경험에 기반한 이야기가 될 것이다. 이 글은 컴퓨터를 켜서 워드 프로그램이나 아래한글 프로그램으로 문서를 작성해 본 사람 정도를 대상으로 한다.

프로그램을 만드는 과정은 기획-설계-코딩-디버깅-검수-출시 단계로 나누어진다. 그중 가장 중요하지 않은 단계는 코딩이다. 의외로 코딩의 중요성이 가장 떨어진다. 가장 중요한 과정은 기획이고, 그 다음으로 중요한 단계는 검수이다. 하나씩 설명해 보자.

기획은 어떤 프로그램을 만들 것인지 생각하는 단계이다. 이 단계에서는 프로그램이 어떤 작동을 해야 하고, 겉모습은 어떻고, 누가 사용할 것이고, 어떤 상황에서 사용할 것인지 세세히 정하는 것이다. 프로그램을 처음부터 끝까지 혼자서 다 만든다면 크게 문제가 되지 않지만, 여럿이서 협력해서 만드는 경우에는 가장 중요한 과정이된다. 기획이 제대로 되어 있지 않으면 그 프로그램의 개발 과정은 망한다고 보면 된다.

프로그램의 기획이란 어떻게 하는 것인가? 가장 쉽게 말하면, 앞으로 사용하게 될 프로그램의 사용설명서를 만드는 과정이라고 생각하면 된다. 사용설명서에 적혀있는 내용은 그대로 작동해야 하고, 거기에 적혀있지 않은 내용은 어떻게 될지 모른다. 그것이 가장 중요하다. 따라서 사용설명서는 최대한 자세히 작성해야 한다. 사용설명서는 어떻게 적어야 하는가? 앞에서 적어두었듯이, 사용설명서는 이 프로그램이 어떤 목적을 갖고 있고, 어떤 기능을 하는지 적는 것이다. 윈도우에서처럼 그래픽 인터페이스를 사용하는 프로그램이라면, 어떤 모습을 갖고 있을지 그림을 그리고, 그 그림에서 어느 부분을 누르면 어떤 일이 일어나는지 적는 것이다. 이 부분을 누르면 새로운 창이 뜨고, 저 부분을 누르면 어떤 기능이 처리되는 등등에 대해 설명하는 것이다. 이 설명을 자세하게 쓰면 쓸 수록 더 좋은 프로그램이 만들어진다. 여기에 사용되는 언어는 꼭 이과적이어야 한다거나, 전문용어를 사용해야 한다거나, 그럴 필요는 없다. 중요한 것은 굉장히 구체적이어야 한다는 점이다. 사용설명서를 읽어본 사람들은 알겠지만, 굉장히 쓸데없고 상식적일 것이라고 생각되는 이야기들까지 모두 적혀 있다. 당신이 만든 기획서 역시 그렇게 되어야 한다. 사용자가 이상한 행동을 할 때에 프로그램이 어떻게 반응해야 하는지도 적어야 한다.

그 다음 설계인데, 기획서를 바탕으로 실제로 무엇을 만들어야 하는지 구성하는 과정이다. 설계는 어떤 언어를 이용해서 만들지, 어떤 프레임워크를 사용할지, 어떤 라이브러리를 사용할지, 어떤 알고리즘을 사용할지 구체적으로 정하는 단계이다. 프레임워크, 라이브러리, 알고리즘 같은 것이 어떤 것들인지 잘 모를 수 있는데, 그것은 프로그래밍 공부를 하다 보면 알게 될 것이다. 설계 단계에서 어떻게 프로그램을 쪼개서 만들 것인지 고민하게 된다. 이 부분에서 프로그래머와 기획자가 굉장히 소통을 많이 해야 한다. 프로그래머는 자신이 이해하지 못한 것은 만들 수 없고, 기획서에 써 있지 않은 것은 만들지 않는다. 프로그래머는 자신이 이해하지 못한 부분을 끝까지 물어봐야 하고, 기획자는 프로그래머가 이해할 때 까지 최대한 상세하고 쉽게 설명을 해야 한다. 안 그러면 그냥 똥 쓰레기 프로그램이 만들어질 뿐이다.

코딩은 구체적으로 프로그램을 만드는 과정이다. 프로그래밍 언어라는 것은 이 과정에서 쓰인다. 설계된 내용에 해당하는 코드를 작성하면 되는데, 이 부분은 다른 글에서 다시 작성하려고 한다. 대부분의 컴퓨터 학원에서 배우는 것은 이 부분이라고 보면 된다.

디버깅은 프로그램에 나타난 버그를 잡는 과정이다. 버그는 프로그램이 원치 않는 작동을 하는 경우를 말하는데, 단순히 컴파일이나 작동 과정에서 오류 메시지가 나오는 걸 막는 것을 뜻하는 것이 아니다. 오류 메시지가 나타나는 것은 당연히 다 잡아야 하고, 그게 문제가 아니라 실제로 코드가 원하는 대로 만들어 졌는지 확인하는 과정이다. 예를 들어, 1+1을 수행시켰을 때 2가 나오는 것이 정상적인 작동인데, 3이 나오도록 작동한다면 문제가 되는 것이다. 이런 종류의 문제는 그것이 컴파일 과정에서는 오류가 나타나지 않을 수 있지만, 실제로 작동시켜보면 문제가 나타난다. 이것이 정상적인 작동인지 문제가 있는 작동인지는 프로그래머가 판단할 수 밖에 없다. 이것을 디버깅 과정에서 잡아낸다. 이 과정에서 발견된 오류는 코딩 과정에서의 문제이다.

검수는 프로그램이 기획한 대로 만들어졌는지 확인하는 과정이다. 검수는 기획자가 직접 하거나, 사용설명서를 읽으면서 제3자가 검수를 하게 된다. 특히, 가능하면 아무것도 모르는 제3자가 사용설명서만 읽으면서 이것저것 사용해 보는 것이 중요하다. 프로그램의 기획 시점에서 알 수 없었던 작동을 사용자가 했을 때 어떤 일이 일어나는지 알아내려면, 편견 없이 사용해 볼 수 있는 사람이 있는 것이 좋다. 예를 들어, 100 이하의 값을 입력할 것이라고 생각하는 위치에 10억이라는 이상한 값을 넣으면 어떤 작동이 일어나는지 등등. 이 과정에서 발견된 문제는 기획 단계에서의 문제이다.

출시는 이제 다 만들어진 프로그램을 다른 사람들에게 쓰라고 보내주는 과정이다. 이후 이 프로그램을 계속 발전시켜 나가고 싶으면 다른 사용자들이 전달해주는 이야기를 잘 듣고 새로운 기획을 해서 프로그램의 다음 버전에 반영시키는 것이다.

이제 코딩, 즉 프로그래밍 언어를 어떻게 공부하는지 알아보자.

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