값과 데이터
C프로그램은 표현방식(representation)보다는 값(value)을 중심으로 처리한다.
특정한 값에 대한 표현은 크게 중요하지 않은 경우가 많다. 값과 표현 사이의 변환 관계는 컴파일러가 처리한다.
표현에 얽매이는 경우 오류가 발생할 가능성도 배제할 수 없다.
예를들면, 8비트 정수로 -1을 표현한다고 생각했을 때 1111 1111이라는 표현을 생각할 수 있지만, 모든 머신이 2의 보수 방식을 이용해서 값을 나타낸다고 할 수 있을까? 또는 바이너리 머신이 아니라 추후에 개발될 수 있는 양자컴퓨터가 사용하는 큐비트에서도 동일한 표현으로 처리할까?
또한 동일한 표현이 서로 다른 값을 나타낼 수 있다. 1111 1111은 255인가 혹은 -1인가?
따라서 특정 머신, 구현에 얽매이지 않기 위해 C에서 데이터의 처리는 값으로 처리해야한다.
추상 상태 기계
C프로그램은 값을 처리하는 기계라고 볼 수 있다. 프로그램에서 사용하는 변수는 실행시점마다 특정한 값을 가지는데, 이 값은 최종 표현식으로 이어지는 중간값일 수 있다.
double x = 5.0;
double y = 3.0;
// ...
x = (x * 1.5) - y;
printf("x is %g\n", x);x의 값은 프로그램 실행 시점에 따라 5.0 -> 4.5로 변화한다.
프로그램에서 연산의 수행 과정과 결과가 항상 관측 가능(observable)한 것은 아니다.
주소기반메모리(addressable memory)에 저장하거나 출력 장치에 쓸 때만 볼 수 있다.
중간 계산 과정 중 (x*1.5)의 결과인 7.5를 관측할 수 있는가?
이러한 관측 불가능한 값에 대해서 컴파일러는 최적화(optimization)을 수행할 수도 있다.
컴파일러는 최종 결과의 정확성을 해치지 않는다면 겉으로 드러나지 않는 계산 과정을 얼마든지 축약할 수 있다.
즉, 위의 프로그램을 아래처럼 바꾼다면 프로그램의 동작에 차이가 있는가?
printf("x is 4.5\n");
double x = 4.5;
double y = 3.0;이 계산 이후로 x, y를 더이상 사용하지 않는다면 어떨까? 다음과 같이 프로그램을 변경한다면 프로그램의 동작에 이상이 생길까?
printf("4.5\n");이렇게 최적화를 한다고 해도 프로그램은 여전히 동작할 것이며, 프로그래머가 원했던 동작을 정확히 수행할 것이다.
오류없이 최적화할 때 중요한 단 한 가지 사항은, C컴파일러가 관측 가능한 상태(observable state)를 재현하는 실행 파일을 만들어내는지 여부다.
즉, 최적화 이전의 관측 가능한 상태(몇 가지 변수 및 프로그램 실행 중 출력되는 내용)가 동일하게 재현되는 변경이라면, 컴파일러는 자유롭게 최적화를 수행할 수 있다.
또한 이런 관측가능한 상태가 변경되는 전반적인 매커니즘을 추상 상태 기계(abstract state machine)이라고 부른다.
이때 “추상”이라는 용어가 의미하는 것처럼, C언어는 프로그램이 표현하는 추상 상태 기계를 다양한 플랫폼에서 각자의 능력과 필요에 맞게 구현할 수 있는 매커니즘을 제공한다.
추상 상태 기계에 대해 더 자세하게 살펴보기 위해 값, 타입, 표현에 대해 알아야 한다.
값value
C에서 값은 프로그램의 구체적인 구현 방식이나 프로그램 실행중에 표현되는 방식과는 독립적인 추상적인 개체다. 즉 0이라는 값은 모든 플랫폼에서 동일한 효과를 내야한다.(실제 세부적인 구현이 어떻게 되었든, 0을 다른 값x에 더하는 경우 프로그래머는 결과가 x일 것으로 기대할 것이다.)
C의 핵심 속성 중 하나는 이것이다. 값은 모두 숫자이거나 숫자로 변환된다.
타입type
타입은 값에 적용되는 속성이다.
값에는 타입이 있으며 컴파일타임에 결정된다.
값에 적용할 수 있는 연산은 타입에 의해 결정된다.
값의 타입에 따라 연산의 결과가 달라진다.
나중에 더 입력하는 것으로… 졸림…
