1. 인터프리터 언어 vs. 컴파일 언어
1-1. 인터프리터 언어(Interpreted Language)
인터프리터를 통해 프로그래밍 언어의 소스 코드를 한 줄씩 읽어들이며 곧바로 실행하는 언어이다. 따라서 별도의 실행 파일이 생성되지 않는다.
인터프리터(interpreter)
high-level 언어로 작성된 프로그램을 한 줄씩 읽어들이며 low-level 언어로 번역하고, 즉시 실행시키는 프로그램
컴파일을 수행하지 않으므로 별도의 컴파일 시간이 필요하지 않고 프로그램 수정이 간단하며 해당 플랫폼에 지원하는 인터프리터만 준비되어 있다면 곧바로 실행이 가능하다.
실행 시에 줄 단위로 번역 및 실행이 수행되므로 실행이 느릴 수 있으며, 런타임 환경에서 코드가 실행되기 때문에 프로그램 실행 전에 버그를 발견하기 어렵다.
ex) Python, JavaScript, SQL, Ruby
1-2. 컴파일 언어(Compiled Language)
컴파일러를 통해 컴파일 타임에 전체 소스 코드를 한 번에 기계어로 변환 후 실행 파일을 만드는(= 빌드) 언어이다.
컴파일러(compiler)
high-level 언어로 작성된 소스코드를 low-level 언어로 번역하고, linking을 통해 실행 가능한 실행 파일을 생성하는 프로그램
컴파일 단계와 실행 단계가 분리되어 있다. 컴파일은 단 한 번만 수행하며, 실행은 컴파일 단계를 거치지 않고 실행 파일을 실행함으로써 할 수 있다.
실행 시에는 컴파일을 하지 않아도 되므로 코드 실행 속도가 상대적으로 빠르나, 소스 코드의 규모가 클 경우 컴파일 시간이 오래 걸릴 수 있으며 컴파일 시 지정된 플랫폼에 최적화되도록 컴파일 되므로 특정 플랫폼에서는 동작하지 않을 수 있다.
ex) C, C++, C#, Go
1-3. 총 정리
| 컴파일 언어 | 인터프리터 언어 | |
|---|---|---|
| 기계어 번역 단위 | 프로그램 전체 | 소스 코드 한 줄 |
| 기계어 번역 시점 | 컴파일 타임 (실행 전 단계) | 런타임 |
| 기계어 번역 수행 | 컴파일: 실행에 앞서 단 한 번 수행 | 인터프리트: 코드 라인 실행마다 반복 수행 |
| 실행 파일 생성 여부 | O | X |
| 번역 속도 | ⬇️ | ⬆️ |
| 실행 속도 (경향성) | ⬆️ (컴파일 / 실행 단계 분리) | ⬇️ (인터프리트 단계 반복 수행) |
| 특징 | 미리 컴파일 수행하므로 런타임 전에 오류 발견 가능 | 동적 타이핑 지원 |
| 예시 언어 | C, C++, C#, Go 등 | Python, JavaScript 등 |
2. 파이썬 코드 실행 시 동작 원리
파이썬은 대표적인 인터프리터 방식 언어로 알려져 있다. 그렇다면 파이썬 코드가 인터프리터를 거치면 곧바로 실행되는 코드로 변환되는 것일까?
아니다. 실제로는 인터프리터 내부에서 컴파일러(compiler)가 코드를 바이트 코드(byte code)로 컴파일하고, 이렇게 생성된 바이트 코드를 파이썬 가상머신(Python virtual machine)이 하나씩 읽어들여 실행함으로써 동작하게 된다.
엄밀히 말하면 파이썬은 컴파일 방식 + 인터프리터 방식 언어라고 볼 수 있을 것이다!
파이썬 코드를 실행할 때 수행되는 동작
- 컴파일러가 소스 코드를 받는다.
- 컴파일러는 소스 코드의 각 라인의 문법(syntax)을 확인한다.
- 만약 컴파일러가 에러를 마주치면, syntax error 메시지와 함께 번역 과정을 중단한다.
- 그렇지 않다면, 컴파일러는 소스 코드를 바이트 코드로 변환한다.
- 바이트 코드는 파이썬 가상머신(PVM)으로 보내진다.
- 바이트 코드와 함께 입력값과 라이브러리 모듈이 PVM에 입력된다.
- PVM은 바이트 코드를 실행하며, 그 과정에서 에러가 발생하면 runtime error 메시지를 표시한다.
- 그렇지 않다면, 결과 값을 출력한다.
ref: https://www.c-sharpcorner.com/article/why-learn-python-an-introduction-to-python/
파이썬은 인터프리터 언어이지만, 실제로는 컴파일 과정을 수행한다! 즉,
- 바이트 코드가 만들어지는 과정까지는 컴파일 방식
- 바이트 코드를 하나씩 실행하는 과정은 인터프리터 방식
이라고 할 수 있다.
2-1. 바이트 코드(Byte Code)
바이트 코드란, CPU가 아닌 가상머신(virtual machine)에서 실행되도록 컴파일 된 중간 코드이다.
컴파일러는 반드시 기계어로만 변환하는 것은 아니다. 바이트 코드와 같은 중간 형태로 변환하는 것 또한 컴파일이며, 파이썬의 컴파일러는 이러한 역할을 수행한다.
바이트 코드는 보통 low-level 언어인 기계어보다는 더 추상적이며, high-level 언어보다는 덜 추상적이고 더 컴퓨터 중심적이다.
또한, 바이트 코드는 기계어와는 다르게 특정 플랫폼에 종속적이지 않고(= platform independent), 한 번 컴파일된 바이트 코드는 어떤 환경에서나 동일하게 실행될 수 있다는 특징이 있다.
그렇다면 파이썬은 왜 소스 코드를 바이트 코드로 컴파일 하는 과정을 도입했을까?
파이썬은 속도를 개선하기 위해 소스 코드를 캐싱하는 방법을 도입하였는데, 이때 인터프리터가 high-level 언어의 소스 코드를 직접 읽는 대신 그보다는 읽기 쉬운 중간 코드를 읽는 방식으로 채택하였기 때문이다.
이때 사용하는 중간 코드로써 바이트 코드를 사용한다.
확장자가
.py인 파이썬의 소스 코드 파일과는 다르게 바이트 코드로 작성된 캐시 파일의 확장자는.pyc이다.
2-2. 파이썬 인터프리터의 공식 구현체: CPython
파이썬 코드를 실행할 때 수행되는 동작은 파이썬의 여러 구현체(implementation)마다 약간 다르게 구현되어 있다. 그 중 파이썬의 공식 구현체로 사용되는 것은 CPython으로, C로 작성되어 있으며 다음의 그림과 같이 동작한다.
ref: https://www.c-sharpcorner.com/article/why-learn-python-an-introduction-to-python/
References
- https://devocean.sk.com/blog/techBoardDetail.do?ID=164537
- https://blog.insightbook.co.kr/2022/09/19/cpython-파헤치기-따라-하면서-이해하는-파이썬-내부의-동/
- https://coding-factory.tistory.com/303
- https://noodabee.tistory.com/entry/컴파일러-언어와-인터프리터-언어
- https://dingrr.com/blog/post/compiled-vs-interpreted-언어
- https://www.c-sharpcorner.com/article/why-learn-python-an-introduction-to-python/
- https://blog.naver.com/pisibook/221711169180
- https://miintto.github.io/docs/python-pycache