[파이썬 환경 FOR MAC] 4. 파이썬 인터프리터

파이썬 인터프리터

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컴퓨터는 0과 1로만 된 코드만 이해합니다. 인간이 0과 1만을 사용해서 코드를 짜기 어렵습니다. 이를 위해 사람들은 프로그래밍 언어를 개발했습니다. 이 프로그래밍 언어 중 하나가 파이썬입니다. 이 파이썬은 코드 자체를 머신 코드로 통역해줍니다.

파이썬 언어로 쓴 문법을 머신 코드로 통역해주면 됩니다. 저희가 파이썬을 사용하는 경우 파이썬 인터프리터를 사용하는 것입니다. 

• 파이썬 언어와 인터프리터를 각각, 그리고 합쳐서 그냥 파이썬이라고 부릅니다.
• 중요한 건 머신 코드로 바꿔주는 인터프리터가 중요합니다.
• 아무 문서 편집 도구에서도 파이썬 코드는 쓸 수 있습니다.

파이썬은 코드가 두 줄이 있으면, 위에서 한 줄 씩 머신 코드를 해석하고 실행하고, 그 다음 머신 코드를 해석하고 실행합니다. 이를 파일의 끝까지 반복합니다. 이게 인터프리터의 원리입니다.

 

 

파이썬 인터프리터의 내부 동작

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사실 파이썬 인터프리터는 코드를 바로 머신 코드로 바꾸지 않습니다.

• 먼저 전체 코드를 bytecode라는 머신 코드와는 다른 중간 단계의 코드로 바꿉니다. 이를 "컴파일"이라고 합니다.
• 이렇게 바뀐 코드는 파일 이름 뒤에 .pyc 라는 확장자 명이 붙습니다. 그리고 pycache라는 폴더에 저장됩니다.
• 이 때 문법 확인 등 단순 검사를 통과하지 못한다면, 오류가 나게 되고 bytecode를 만들지 않습니다.
• 그 다음 인터프리터 안에 있는 파이썬 가상 머신(PVM : Python Virtual Machine)이라는 하위 프로그램이 bytecode를 한줄 씩 보며, 머신 코드로 다시 바꿉니다. 한 줄을 바꿀 때마다 바로바로 실행합니다.
• byte 코드는 이렇습니다.

1             0 LOAD_NAME                0 (print)
              2 LOAD_CONST               0 ('Hello World')
              4 CALL_FUNCTION            1
              6 POP_TOP
              8 LOAD_CONST               1 (None)
             10 RETURN_VALUE

 

• 가장 위 왼쪽 1은 파일에서 코드 내용이 몇 번째 줄인지를 나타냅니다. 지금 같은 경우 파일에 한 줄밖에 없기 때문에 다른 내용 없이 1만 나와있습니다.
• 그 다음 숫자 열은 각 명령이 차지하는 바이트 주소를 의미합니다. 파이썬 3.6 이후로는 각 명령은 2byte기 때문에 2씩 차이가 나기 때문에 2의 배수로 커지는데요. 다른 버전들에서는 다르게 출력될 수 있습니다.
• 그 다음 열은 명령 이름들입니다. 각 명령은 파이썬 가상 머신이 이해할 수 있는 특정 일을 시키는데요. "어떤" 일을 하는지를 나타냅니다.
• 그 다음 두 열들은 명령들에 넘겨지는 아규먼트들에 대한 정보입니다. 쉽게 설명드리면 두 번째 줄에 LOAD_CONST 이라는 명령을 수행할 때, 어떤 내용에 대해서 해당 명령을 처리할 건지를 읽기 쉽게 표현해놓은 거죠. 지금 같은 경우 문자열 'Hello World' 을 사용해서 명령을 실행하라고 알려주고 있는 거죠.

파이썬 인터프리터는 먼저 이 중간 단계 코드인 bytecode를 만든 후, 인터프리터 안에 있는 파이썬 가상 머신을 사용해서 bytecode의 내용을 한 줄 씩 머신 코드로 바꾸면서 바로 실행시킵니다. 특정 코드 전체를 한 번에 다 머신 코드로 바꾸고, 전부를 바꾼 파일을 컴퓨터에게 실행시키는 번역(translate)의 개념이 아니라, 중간 단계의 bytecode 코드를 한 줄씩 바꾸고 실행시키는 통역(interpret)의 개념이기 때문에 이걸 해주는 프로그램을 파이썬 인터프리터라고 부릅니다.

 

컴파일러 vs 인터프리터 언어

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프로그래밍 언어는 알다시피, 컴파일러 언어와 인터프리터 언어로 분류합니다. 파이썬은 인터프리터 언어입니다.

컴파일러 언어들은 코드를 바로 컴퓨터가 이해할 수 있는 머신코드로 '번역'합니다. 코드 전체를 다른 언어로 바꾸는 걸 '컴파일'이라고 합니다. 그리고 이렇게 컴파일된 코드를 미리 만들어놓으면 이것만 사용해서 프로그램을 돌릴 수 있습니다. 가장 대표적인 컴파일러 언어는 C, C++입니다.

인터프리터 언어들은 컴퓨터가 바로 이해할 수 있는 실행 코드를 만드는게 아닙니다. 중간 매개체, 인터프리터를 사용해서 코드를 통역하고, 파이썬에서는 파이썬 가상 머신이 이 역할을 합니다. 파이썬의 경우에는 컴파일러/인터프리터의 특징을 어느정도 갖고 있습니다. 파이썬은 코드를 먼저 bytecode로 컴파일 합니다. 하지만 이 파일은 머신 코드가 아니기 때문에, 이 중간단계의 bytecode를 파이썬 가상머신이 통역해서 실행합니다. 두 단계지만 직접 실행할 때는 한 단계처럼 느껴집니다.

컴파일러 언어들은 컴파일 하는 단계와 컴파일 된 파일을 따로 실행시키는 단계, 두개로 나눠져있고, 인터프리터 언어들은 보통 한단계로 코드를 실행할 수 있습니다.

일반적으로는 컴파일러 언어로 작성한 코드들이 더 빠르게 실행이 됩니다. 컴파일러 언어들은 이미 컴퓨터가 바로 이해할 수 있는 실행파일을 만들어주기 때문입니다. 비유를 하자면 영어로 된 글을 한글로 바꿔서 읽을 때, 이미 한글로 번역된 글을 읽는 거랑, 영어로된 글을 한줄 씩 통역해가며 읽는 거랑 글을 읽는 속도가 차이날 수 밖에 없는 것과 같습니다.

프로그래밍 언어를 항상 컴파일러나 인터프리터 언어로 항상 나눠야 되거나 엄청 명확하게 나눠지는 건 아닙니다. 하지만 굳이 나눌 때는 코드를 실행시킬 때, 이미 머신 코드로 컴파일된 파일을 그대로 사용/실행 할 수 있으면 컴파일러 언어, 실행시키는 와중에 줄 단위로 한 번 더 머신 코드로 바꿔야 하면 인터프리터 언어라고 하죠.