Expressions and Assignments

Expressions

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• expression에는 표현식과 대입문이 있다.
• 표현식은 값을 표현한다.
• 대입문은 변수의 값을 변경하거나 메모리의 위치를 변경한다.
  • 어느 위치를 변경할 것인가 : L-value
  • 어떤 값으로 변경할 것인가 : R-value

설계 고려 사항

• 대입 기호가 대칭인가?
  • a = a+1(대칭)
  • a := a+1(비대칭)
• 대입 기호가 연산자인가, 아니면 그냥 문장을 만드는가?
  • a = b = c = 3.14 : c에 3.14 대입, b에 c대입, a에 b대입(C)
  • a = b = c = 3.14 : a, b, c에 3.14 대입(python)

연산자

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• 초기 프로그래밍 언어의 목적은 산술 계산이었다.
• 산술식은 연산자(operator)와 연산항(operand)으로 구성된다.
  • 연산자는 연산항 개수에 따라 분류 가능하다.
    • 단항 연산자 : 연산항이 하나, ex : ++
    • 이항 연산자 : 연산항이 둘, ex : +
    • 삼항 연산자 : 연산항이 셋, ex : ?:
  • 연산자 위치에 따라 연산자를 분류할 수도 있다. 아래는 단항 연산자의 예시이다.
    • 전치(prefix) : 연산자가 연산항 앞에 놓인다, ex : -
    • 후치(postfix) : 연산자가 연산항 뒤에 놓인다, ex : ++

연산자 우선순위

연산자 결합방향

• 전치 단항 연산자 : 우측결합
• 후치 단항 연산자 : 좌측결합
• 지수를 제외한 이항 연산자 : 좌측결합
• 지수 연산자 : 우측결합
• 대입 연산자 : 우측결합

연산자 계산 순서

• 특이하게도 APL은 연산자의 우선순위가 존재하지 않으며 모든 연산자는 우측결합이다.
  • 이 때문에 3 * 4 + 5의 값이 27이 나온다.
• 연산 순서에 따른 오버플로우를 생각해야 한다.
  • A, C는 큰 양의 정수, B, D는 절대값이 큰 음의 정수라고 하자.
    • A + B + C + D 의 값과 A + C + B + D의 값은 오버플로우 발생에 따라 달라진다.
• 괄호를 사용하여 연산순서를 명확히 할 수 있다(번거롭다)

조건 연산자

• C, C++, Java, Python, Lua등에서 제공되는 삼항 연산자를 의미한다.

• 함수형 언어의 if는 대부분 조건 연산자로고 보면 된다.

• L-value에도 조건 연산자를 쓸 수 있나?

  • C++에서는 다음과 같은 표현이 가능하다. (옛날 C에서도 가능)

    (c ? a : b) = 5;
    

  • C, Java에서는 불가능하다.

• 연산항 계산 시 side effect발생 여부

• 사용자 정의 연산자에 대한 overloading이 허용되는가?

• mixed-mode expression이 허용되는가?

값을 구하는 순서

• 연산항의 값을 구하는 순서
  • 변수 : 메모리의 값을 가져온다.
  • 큰 상수 : 메모리의 값을 가져온다.
  • 작은 상수 : 명령어 자체에 기록외어 있다.
• 괄호 표현식 : 괄호 표현식이 연산항으로 사용되기 전에 괄호 내의 모든 연산항과 연산자들이 계산되어야 한다.
• 함수 호출 시 인수를 계산하는 순서 : 정해져 있지 않다.
• 순수한 함수 : 평가 순서가 중요하지 않다.
• 부대효과가 있는 함수 : 평가 순서에 의해 부대효과가 발생할 수 있음에 주의해야 한다.
  • 한 수식에 두 번 이상 나타나는 변수에는 ++, --연산을 사용하지 않는다.
  • 실제로 이렇게 사용하지 않더라도 메크로 사용 과정에서 이런 상황이 발생할 수 있다.(dirty macro)

연산자 오버로딩

• 하나의 이름에 여러 기능을 부여한다.
• 일반적으로 사칙연산에 대해 overloading이 많이 일어난다.
• 컴파일러에서 오류 검사가 어렵다는 단점이 있다.

  a = &b;
  

  • 위의 경우 이항연산자 &의 좌항이 생략된 것으로 판단할 수도 있다.
  • 하지만 이것이 주소연산이나 bitwise연산일 경우 오류가 아니다.
  • 마찬가지로 C++에서의 아래와 같은 코드를 생각할 수 있다.

  vector<vector<int>> vec;
  

  • >> 에서 컴파일러가 오류를 발생시킬 수 있다.
• 하지만 코드가 간결해진다는 장점이 있다.
• 연산자 중복지정을 허용하는 언어로는 C++, Ada, FORTRAN 90, Python등이 있다.

함수의 부수효과(side effect)

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• 함수에서 의도한 결과 또는 출력 이외의 다르게 변경되는 효과를 의미한다. 부대효과라고도 한다.
• 함수가 부대효과를 발생시킨다면, 연산자의 계산 순서에 따라 값이 달라질 수 있다.

  a = 10;
  b = a + fun(&a);
  

  • 위 코드에서 a에 fun(&a)를 더할지, fun(&a)를 연산한 값에 a를 더할 지에 따라 b의 값이 변한다.
• 연산자 역시 같은 문제가 있다.(증감연산자)
• 프로그램 수행을 예측하기 힘들게 한다.
• 입출력 인수, 비지역 변수, I/O operation등의 원인으로 부수효과가 발생한다.

해결 방법

1. 함수의 부수효과를 발생시킬 수 없도록 한다.
   • 입출력 인수를 허용하지 않는다.
   • 비지역 변수 참조를 허용하지 않는다.
   • 하지만 이 경우 입출력 인수와 비지역 변수 참조가 필요한 경우에 대해 처리할 수 없다.
2. 모든 연산자의 피연산자 계산순서를 고정시킨다(Java)
   • 장점 : 연산 계산 순서를 정확히 예측할 수 있다.
   • 단점 : 어떤 컴파일러 최적화는 수행될 수 없다.
3. 경우에 따라 함수의 부수효과를 검사한다.
   • 함수 호출이 어떤 식에 포함될 경우에는, 해당 함수가 부수효과를 일으키지 않는 경우에만 맞는 것으로 간주한다.(FORTRAN 77)
   • 함수가 부수효과를 발생시키지 않는지 검사하는 것 자체가 힘들기 때문에 어렵다.

     int a = 7;
     int zero() {
     	return a - a;
     }
     

     • 이 경우에도 함수가 부수효과를 일으킨다고 판단할 수 있다.
     • False positive가 많아 현실적인 문제가 있다.

형 변환

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• 아래는 형 변환의 유형이다.
  • 축소변환(narrowing conversion) : 원래 타입의 모든 갑을 포함하지 못하는 형으로의 변환
  • 확장변환(widening conversion) : 원래 타입의 모든 값을 포함하는 형으로의 형으로의 변환
  • 묵시적 타입변환(implicit type conversion) : type coercion
    • 타입 오류 검출 능력이 저하된다.
    • 대부분의 언어에서 수치 자료의 확장변환에 대해서만 제한적으로 허용한다.
  • 명시적 타입변환(explicit type conversion) : type casting
    • 확장변환, 축소변환 모두 허용한다.
    • 축소변환의 경우 일반적으로 경고 메시지를 발생시킨다.
• 혼합 자료형 표현식(mixed-mode expression)
  • 연산항의 형이 다른 표현식이다.
  • 연산자가 가정하는 형이 결정되어 있으므로, 계산하기 위해서는 어떤 방향으로든 형 변환이 필요하다.