CS50 3. 배열 (1) - 컴파일링, 디버깅, 코드의 디자인

컴파일링

make나 clang을 사용해서 프로그램을 실행할 때 아래 네 개의 단계를 거칩니다.

우리가 명령어를 실행할 때 정확히 어떤 일이 일어나는지 알아보도록 하겠습니다.

 

① 전처리(Precompile)

컴파일의 전체 과정은 네 단계로 나누어볼 수 있습니다. 그 중 첫 번째 단계는 전처리인데, 전처리기에 의해 수행됩니다. # 으로 시작되는 C 소스 코드는 전처리기에게 실질적인 컴파일이 이루어지기 전에 무언가를 실행하라고 알려줍니다.

예를 들어, #include는 전처리기에게 다른 파일의 내용을 포함시키라고 알려줍니다. 프로그램의 소스 코드에 #include 와 같은 줄을 포함하면, 전처리기는 새로운 파일을 생성하는데 이 파일은 여전히 C 소스 코드 형태이며 stdio.h 파일의 내용이 #include 부분에 포함됩니다.

 

② 컴파일(Compile)

전처리기가 전처리한 소스 코드를 생성하고 나면 그 다음 단계는 컴파일입니다. 컴파일러라고 불리는 프로그램은 C 코드를 어셈블리어라는 저수준 프로그래밍 언어로 컴파일합니다.

어셈블리는 C보다 연산의 종류가 훨씬 적지만, 여러 연산들이 함께 사용되면 C에서 할 수 있는 모든 것들을 수행할 수 있습니다. C 코드를 어셈블리 코드로 변환시켜줌으로써 컴파일러는 컴퓨터가 이해할 수 있는 언어와 최대한 가까운 프로그램으로 만들어 줍니다. 컴파일이라는 용어는 소스 코드에서 오브젝트 코드로 변환하는 전체 과정을 통틀어 일컫기도 하지만, 구체적으로 전처리한 소스 코드를 어셈블리 코드로 변환시키는 단계를 말하기도 합니다.

 

③ 어셈블(Assemble)

소스 코드가 어셈블리 코드로 변환되면, 다음 단계인 어셈블 단계로 어셈블리 코드를 오브젝트 코드로 변환시키는 것입니다. 컴퓨터의 중앙처리장치가 프로그램을 어떻게 수행해야 하는지 알 수 있는 명령어 형태인 연속된 0과 1들로 바꿔주는 작업이죠. 이 변환작업은 어셈블러라는 프로그램이 수행합니다. 소스 코드에서 오브젝트 코드로 컴파일 되어야 할 파일이 딱 한 개라면, 컴파일 작업은 여기서 끝이 납니다. 그러나 그렇지 않은 경우에는 링크라 불리는 단계가 추가됩니다.

 

④ 링크(Link)

만약 프로그램이 (math.h나 cs50.h와 같은 라이브러리를 포함해) 여러 개의 파일로 이루어져 있어 하나의 오브젝트 파일로 합쳐져야 한다면 링크라는 컴파일의 마지막 단계가 필요합니다. 링커는 여러 개의 다른 오브젝트 코드 파일을 실행 가능한 하나의 오브젝트 코드 파일로 합쳐줍니다. 예를 들어, 컴파일을 하는 동안에 CS50 라이브러리를 링크하면 오브젝트 코드는 GetInt()나 GetString() 같은 함수를 어떻게 실행할 지 알 수 있게 됩니다.

이 네 단계를 거치면 최종적으로 실행 가능한 파일이 완성됩니다.

 

디버깅

 

① 버그와 디버깅

버그(bug)는 코드에 들어있는 오류입니다. 버그로 인해 프로그램의 실행에 실패하거나 프로그래머가 원하는 대로 동작하지 않게 됩니다. 버그를 만들고 싶지 않겠지만 모든 프로그래머들은 버그와 마주하게 되어있습니다. 디버깅(debugging)은 코드에 있는 버그를 식별하고 고치는 과정입니다. 프로그래머는 디버거라고 불리는 프로그램을 사용하여 디버깅을 하게 됩니다.

 

② 디버깅의 기본

프로그램은 일반적으로 인간보다 훨씬 빠르게 연산을 수행합니다. 그래서 프로그램을 실행시켜보는 것만으로는 무엇이 잘못됐는지 찾아내기 어렵습니다. 디버거는 프로그램을 특정 행에서 멈출 수 있게 해주기 때문에 버그를 찾는데 도움이 됩니다. 프로그래머는 멈춰진 그 지점에서 무슨 일이 일어나는지 볼 수 있습니다. 프로그램이 멈추는 특정 지점을 중지점이라고 합니다. 또한 프로그래머가 프로그램을 한번에 한 행씩 실행할 수 있게 해줍니다. 이로써 프로그래머는 프로그램이 내리는 모든 결정들을 단계별로 따라갈 수 있게 됩니다.

 

디버깅의 종류

 

① help50

make 앞에 help50 을 붙여서 실행하면 다시 컴파일시 생기는 오류를 해석해줍니다.

 

 

② printf

디버깅의 다른 방법으로 직접 의심이 가는 변수를 출력해서 확인해 볼 수 있습니다.

아래와 같이 변수 i를 출력해보겠습니다.

그 결과 i가 0에서 시작하기 때문에 for 루프의 i <= 10 이라는 조건은 실제로 11번 만족한다는 사실을 알 수 있습니다.

따라서 이를 i < 10 으로 수정해주면 우리 의도대로 #이 10번 출력되겠죠

 

 

③ debug50

CS50 IDE를 사용하면 debug50이라는 프로그램도 사용할 수 있습니다.

아래와 같이 소스 코드에 직접 브레이크포인트를 지정하고 소스파일을 컴파일한 후에 “debug50 파일명” 으로 실행하면, 오른쪽 패널을 통해 변수의 값을 확인하거나 브레이크포인트부터 한 줄씩 코드를 실행해 볼 수 있습니다.

디버깅 종료를 위해서는 Ctrl + c를 누르면 됩니다.

 

 

코드의 디자인

규모가 큰 프로그램을 작성할 때는 보통 한 사람이 아닌 여러 사람들이 함께 작업을 진행하게 됩니다. 이 때는 내가 기여한 부분이 프로그램에 오류를 발생시키지 않도록 주의를 기울여야 합니다. 또한 코드의 내용 뿐만 아니라 그 형식도 신경써야 합니다. 같은 내용이라 하더라도 어떻게 표현하느냐에 따라 코드를 이해하고 수정하는 속도가 달라질 수 있기 때문입니다. = 효율성의 문제

 

① check50

check50 프로그램을 이용하면 과제를 잘 수행했는지 자동으로 검사할 수 있습니다.

물론 이 프로그램은 cs50 강의를 위해서만 작성되었지만, 실제로 많은 사람들이 함께 작업하는 환경에서 이와 같은 자동 검사 프로그램은 많은 도움이 됩니다. 여러 사람들이 각자 한 부분을 맡아 코드를 작성할 때 각자가 수정한 코드가 전체 프로그램의 정확성을 해치지 않는지 쉽게 확인할 수 있기 때문입니다.

 

② style50

style50 프로그램을 이용하면 코드가 심미적으로 잘 작성되어 있는지 검사할 수 있습니다.

공백의 수나 줄바꿈과 같은 것들은 코드의 실행에 직접적으로 영향을 주지는 않지만 코드를 작성하는 사람들이 코드를 읽고 이해하는데 영향을 주기 때문입니다. 많은 회사들은 사내에서 코드를 작성할 때 특정한 스타일 가이드를 따르도록 합니다.

여러 사람들이 코드를 작성하기 때문에 서로 불필요한 오해를 없애고, 코드를 이해하는 데 드는 비용을 최소화하기 때문입니다.

 

③ 고무 오리

때로는 코드에 포함된 오류를 해결할 때 앞서 소개한 help50, debug50, check50과 같은 프로그램들이 존재하지 않거나, 있다 하더라도 디버깅에 큰 도움이 안 될 수 도 있습니다.

이 때는 먼저 한숨 돌리고 직접 곰곰히 생각해보는 수 밖에 없습니다.

한가지 유명한 방법으로 ‘고무 오리’와 같이 무언가 대상이 되는 물체를 앞에 두고, 내가 작성한 코드를 한 줄 한 줄 말로 설명해주는 과정을 거쳐볼 수 있습니다. 이를 통해 미처 놓치고 있었던 논리적 오류를 찾아낼 수도 있습니다.

 

 

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출처 : https://www.boostcourse.org/cs112/lecture/119013?isDesc=false 

모두를 위한 컴퓨터 과학 (CS50 2019)