파이썬으로 만드는 간단한 컴파일러

파이썬으로 만드는 간단한 컴파일러: 프로그래밍의 마법을 풀다 🪄✨

안녕하세요, 프로그래밍 애호가 여러분! 오늘은 정말 흥미진진한 주제로 여러분을 찾아왔습니다. 바로 '파이썬으로 만드는 간단한 컴파일러'에 대해 이야기해 볼 건데요. 이 주제는 단순히 파이썬 프로그래밍을 넘어서, 컴퓨터 과학의 핵심을 들여다보는 여정이 될 거예요. 🚀

컴파일러는 프로그래밍 언어의 심장부라고 할 수 있죠. 고급 언어로 작성된 코드를 기계어로 번역해주는 이 놀라운 도구 없이는 현대의 소프트웨어 개발은 상상할 수 없을 거예요. 그런데 이렇게 중요한 컴파일러를, 우리가 사랑하는 파이썬으로 직접 만들어볼 수 있다면 어떨까요? 😃

이 글에서는 파이썬을 사용해 간단한 컴파일러를 만드는 과정을 단계별로 살펴볼 예정입니다. 물론, 완전한 프로덕션 레벨의 컴파일러를 만드는 건 아니지만, 컴파일러의 기본 원리와 작동 방식을 이해하는 데 큰 도움이 될 거예요. 더불어 이 과정에서 파이썬의 강력한 기능들도 함께 익힐 수 있답니다. 👨‍💻👩‍💻

그리고 잠깐, 여러분께 작은 팁을 하나 드릴게요. 만약 이런 프로그래밍 지식을 더 깊이 있게 배우고 싶거나, 반대로 여러분의 프로그래밍 실력을 다른 사람들과 나누고 싶다면, 재능넷이라는 플랫폼을 추천해드립니다. 이곳에서는 다양한 분야의 전문가들이 자신의 재능을 공유하고 있어요. 프로그래밍 관련 지식도 물론 포함되어 있죠! 🌟

자, 이제 본격적으로 파이썬으로 컴파일러를 만드는 여정을 시작해볼까요? 준비되셨나요? 그럼 출발합니다! 🚀

1. 컴파일러의 기본 개념 이해하기 📚

컴파일러를 만들기 전에, 먼저 컴파일러가 정확히 무엇인지, 어떤 역할을 하는지 이해해야 합니다. 컴파일러는 크게 다음과 같은 단계로 동작합니다:

어휘 분석 (Lexical Analysis): 소스 코드를 토큰으로 분리합니다.
구문 분석 (Syntax Analysis): 토큰들의 구조를 분석하여 추상 구문 트리(AST)를 생성합니다.
의미 분석 (Semantic Analysis): AST를 검사하여 의미적 오류를 찾습니다.
중간 코드 생성 (Intermediate Code Generation): AST를 중간 표현으로 변환합니다.
최적화 (Optimization): 중간 코드를 최적화합니다.
코드 생성 (Code Generation): 최종적으로 목표 기계어 코드를 생성합니다.

이 글에서는 간단한 컴파일러를 만들 것이므로, 모든 단계를 완벽하게 구현하지는 않을 거예요. 하지만 기본적인 어휘 분석, 구문 분석, 그리고 간단한 코드 생성 단계는 구현해볼 예정입니다. 😊

2. 파이썬으로 어휘 분석기 만들기 🔍

어휘 분석기(Lexer)는 컴파일러의 첫 번째 단계로, 소스 코드를 의미 있는 토큰으로 분리하는 역할을 합니다. 예를 들어, "x = 5 + 3" 이라는 코드가 있다면, 어휘 분석기는 이를 ['x', '=', '5', '+', '3'] 와 같은 토큰 리스트로 변환합니다.

파이썬으로 간단한 어휘 분석기를 만들어 볼까요? 😃


import re

class Lexer:
    def __init__(self, source_code):
        self.source_code = source_code

    def tokenize(self):
        tokens = []
        source_code = self.source_code.split()

        for word in source_code:
            if word in ['=', '+', '-', '*', '/']:
                tokens.append(['OPERATOR', word])
            elif re.match(r'^[0-9]+$', word):
                tokens.append(['INTEGER', word])
            elif re.match(r'^[a-zA-Z]+$', word):
                tokens.append(['IDENTIFIER', word])
            else:
                tokens.append(['UNKNOWN', word])

        return tokens

# 사용 예시
lexer = Lexer("x = 5 + 3")
print(lexer.tokenize())

이 코드는 매우 기본적인 어휘 분석기를 구현한 것입니다. 실제 컴파일러에서는 더 복잡한 규칙과 더 많은 토큰 유형을 다뤄야 하지만, 이 예제를 통해 어휘 분석의 기본 개념을 이해할 수 있습니다. 👨‍🏫

이 어휘 분석기는 다음과 같은 방식으로 동작합니다:

소스 코드를 공백을 기준으로 단어로 분리합니다.
각 단어를 순회하면서 그 특성에 따라 토큰으로 분류합니다.
연산자, 정수, 식별자(변수명 등)를 구분합니다.
각 토큰은 [토큰 유형, 토큰 값] 형태의 리스트로 저장됩니다.

이렇게 만든 어휘 분석기를 사용하면, "x = 5 + 3"이라는 입력에 대해 다음과 같은 결과를 얻을 수 있습니다:


[['IDENTIFIER', 'x'], ['OPERATOR', '='], ['INTEGER', '5'], ['OPERATOR', '+'], ['INTEGER', '3']]

이제 우리는 소스 코드를 컴퓨터가 이해하기 쉬운 형태로 변환하는 첫 번째 단계를 완성했습니다! 🎉

물론, 이 어휘 분석기는 매우 기본적인 수준입니다. 실제 프로그래밍 언어에서는 문자열, 주석, 여러 줄에 걸친 코드 등 더 복잡한 요소들을 처리해야 합니다. 하지만 이 간단한 예제를 통해 어휘 분석의 기본 원리를 이해할 수 있죠. 😊

다음 단계로 넘어가기 전에, 여러분이 이 코드를 직접 실행해보고 다양한 입력으로 실험해보는 것은 어떨까요? 예를 들어, 다음과 같은 다양한 입력을 시도해볼 수 있습니다:

"a = 10 * 5"
"result = x + y - z"
"2 + 2 = 4"

각각의 경우에 어떤 토큰이 생성되는지 관찰해보세요. 이를 통해 어휘 분석기의 동작을 더 깊이 이해할 수 있을 거예요. 🕵️‍♂️

그리고 여기서 잠깐! 혹시 이런 프로그래밍 지식을 더 깊이 있게 배우고 싶으신가요? 또는 반대로, 여러분이 가진 프로그래밍 실력을 다른 사람들과 나누고 싶으신가요? 그렇다면 재능넷을 한번 방문해보세요. 이곳에서는 다양한 분야의 전문가들이 자신의 재능을 공유하고 있답니다. 프로그래밍 관련 지식도 물론 포함되어 있죠! 여러분의 지식을 나누거나, 새로운 지식을 얻을 수 있는 좋은 기회가 될 거예요. 🌟

자, 이제 어휘 분석기에 대해 충분히 이해하셨나요? 그럼 다음 단계인 구문 분석으로 넘어가볼까요? 😃

3. 파이썬으로 구문 분석기 만들기 🌳

구문 분석기(Parser)는 어휘 분석기가 생성한 토큰 목록을 입력으로 받아, 이를 프로그램의 구조를 나타내는 추상 구문 트리(Abstract Syntax Tree, AST)로 변환합니다. AST는 프로그램의 구조를 트리 형태로 표현한 것으로, 컴파일러의 다음 단계들에서 중요하게 사용됩니다. 🌳

간단한 수식을 파싱하는 구문 분석기를 만들어 볼까요? 이 분석기는 덧셈과 곱셈만을 지원하는 매우 기본적인 버전입니다.


class AST:
    pass

class BinOp(AST):
    def __init__(self, left, op, right):
        self.left = left
        self.op = op
        self.right = right

class Num(AST):
    def __init__(self, value):
        self.value = value

class Parser:
    def __init__(self, tokens):
        self.tokens = tokens
        self.pos = 0

    def eat(self, token_type):
        if self.tokens[self.pos][0] == token_type:
            self.pos += 1
        else:
            raise Exception('Syntax Error')

    def factor(self):
        token = self.tokens[self.pos]
        if token[0] == 'INTEGER':
            self.eat('INTEGER')
            return Num(int(token[1]))
        else:
            raise Exception('Syntax Error')

    def term(self):
        node = self.factor()
        while self.pos < len(self.tokens) and self.tokens[self.pos][1] in ('*', '/'):
            token = self.tokens[self.pos]
            if token[1] == '*':
                self.eat('OPERATOR')
                node = BinOp(left=node, op='*', right=self.factor())
            elif token[1] == '/':
                self.eat('OPERATOR')
                node = BinOp(left=node, op='/', right=self.factor())
        return node

    def expr(self):
        node = self.term()
        while self.pos < len(self.tokens) and self.tokens[self.pos][1] in ('+', '-'):
            token = self.tokens[self.pos]
            if token[1] == '+':
                self.eat('OPERATOR')
                node = BinOp(left=node, op='+', right=self.term())
            elif token[1] == '-':
                self.eat('OPERATOR')
                node = BinOp(left=node, op='-', right=self.term())
        return node

    def parse(self):
        return self.expr()

# 사용 예시
lexer = Lexer("3 + 4 * 2")
tokens = lexer.tokenize()
parser = Parser(tokens)
ast = parser.parse()

이 구문 분석기는 다음과 같은 방식으로 동작합니다: