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Expression과 Statement

목차

  1. Introduction
  2. Expression
    1. Evaluation
    2. Side Effect
    3. Undefined Behavior
  3. Statement

Introduction

컴파일러는 컴파일 과정에서 문제가 생길 경우 유용한 에러 혹은 경고 문구를 제공합니다. 그런데 컴파일러에서 발생하는 에러들을 살펴보면 expressionstatement라는 문구가 꽤 많이 등장하는 것을 알 수 있습니다.

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얼핏 보면 둘의 차이가 커보이지 않지만, 컴파일러는 어떤 위치에 expressionstatement이 오는지를 명확하게 구분합니다. 또한 대부분의 언어 Reference에서도 expressionstatement을 구분합니다. 예를 들어서, if 조건문에 대해서 항상 if statement이라고 부르지 if expression이라고 하지 않습니다. 이번 글에서는 여기서 나오는 expression, statement가 무엇인지에 대해 살펴보겠습니다.

Expression

expression에 대한 정의를 몇 가지 자료에서 찾아 보면 다음과 같이 서술되어 있습니다.

expression - formulas that shows how to compute a value.
An expression in a programming language is a syntactic entity that may be evaluated to determine its value. It is a combination of one or more constants, variables, functions, and operators that the programming language interprets and computes to produce another value.
An expression is a sequence of operators and operands that specifies computation of a value, or that designates an object or a function, or that generates side effects, or that performs a combination thereof.

위의 정의들을 종합해보면 다음과 같은 것들을 알 수 있습니다.

  • expression은 value에 대한 표현이다.
  • expression은 하나의 구문을 의미한다.
  • expression은 evaluate 될 수 있다.
  • expression이 evaluate 되면 하나의 value가 도출된다.
  • expression은 side effect를 만든다.

위 정의에서 가장 중요한 것은 expression이 항상 단일한 value 가 된다는 점입니다.(여기서 말하는 value는 (명확한 정의를 확인하기 쉽지 않지만) 메모리에 저장되어 있는 정보(객체)를 의미합니다. 즉, expression은 언제나 그 결과가 하나의 저장된 값으로 귀결되어, 해당 expression이 수행되는 시점에 언제나 값이 존재해야 합니다.

가장 대표적인 expression의 예시로는 수식이 있습니다. 2 + 3과 같은 수식은 결과 값(value)이 5가 됩니다. 위 수식이 아니더라도 모든 수식은 하나의 단일한 값으로 귀결됩니다. 그래서 수식은 모두 expression이라고 할 수 있습니다. 또한 a + 3와 같은 변수를 포함하는 수식도 expression입니다. a + 3a라는 변수를 포함하지만, 해당 수식이 실제로 수행되는 시점에서 a의 값은 언제나 하나입니다. 그렇기 때문에 a + 3도 항상 하나의 값을 가진다고 얘기할 수 있습니다.

  • Void Return Function도 expression입니다.

C에서는 void를 리턴 타입으로 명시한 경우 function이 void를 리턴합니다.

void innerFunction() {
    printf("innerFunction\n");
    return;
}

void outerFunction() {
    printf("outerFunction\n");
    return innerFunction();
}

outerFunction();
// outerFunction
// innerFunction

function의 리턴 값이 존재하지 않는다는 말은 함수 호출부에 제공되는 리턴 값이 존재하지 않는다는 말을 의미하는 것이지, 실제 함수의 리턴 값이 없다는 것을 의미하는 것은 아닙니다. 리턴 값이 없는 function의 경우에도 리턴 값이 없음을 리턴합니다. 정리하면, 리턴 값이 없는 함수도 리턴하는 값이 존재하고, function은 리턴 타입과 관계 없이 expression이라고 할 수 있습니다.

C에서는 void를 제한적인 위치에서 사용되는 하나의 데이터 타입(incomplete type)으로 정의하고 있습니다.

Evaluation

위의 설명에서 expression을 evalute한다는 표현이 나옵니다. evalutation은 한국어로 번역하면 평가라는 의미를 가지고 있습니다. 그래서 번역서나 일부 블로그에서는 expression을 평가한다라는 표현을 쓰기도 합니다. 하지만 평가라는 단어는 등급을 매긴다라는 의미가 강하기 때문에 expression을 평가한다는 표현은 어감이 어색합니다. expression can be evaluated its value와 같은 표현에서 evalute의 뜻은 expression이 나타내는 value를 도출한다는 의미가 좀 더 적절합니다.(이후의 서술에서도 이 표현을 사용합니다)

Evaluation도 수식에 대한 예시를 통해서 이해할 수 있습니다. 앞서서 2 + 3 수식이 5라는 value로 귀결된다라고 하였습니다. 여기서 2 + 35라는 value인 것을 확인하는 것을 evaluation이라고 합니다.

Note: 수학에서 expression은 수식을 의미하고, evaluation은 대입을 의미합니다.

  • JavaScript Evaluation

JavaScript와 같은 언어에서는 eval()이라는 함수가 공식적으로 지원됩니다. eval() 함수는 문자열로 표현되는 expression의 value를 리턴하는 함수입니다.

eval('2 + 2');  // returns 4

iOS에서 WKWebView를 통한 JS interface 호출시 사용하는 evaluateJavaScript(_:completionHandler:) API도 이와 동일한 역할을 하는 것을 확인할 수 있습니다.

  • NSExpression

Foundation에서도 JavaScript의 eval()과 유사한 NSExpression이라는 API를 제공합니다. 이는 ObjectiveC, Swift 문자열에 대한 evaluation 기능을 제공합니다.

let sumExpression = NSExpression(format: "1 + 2 + 3")
let sumResult = sumExpression.expressionValue(with: nil, context: nil) as? Int // 6

let numbers = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]
let avgExpression = NSExpression(forFunction: "average:", arguments: [NSExpression(forConstantValue: numbers)])
let avgResult = avgExpression.expressionValue(with: nil, context: nil) as? Double // 5.5

Side Effect

함수 내부의 변화가 함수 외부의 상태에 영향을 끼칠 때, 일반적으로 함수가 Side Effect를 가진다라고 합니다. 이러한 Side Effect 개념은 expression에서도 동일하게 적용됩니다. expression을 evaluate하는 과정에서 expression 외부의 환경에 영향을 끼칠 때 해당 expression은 Side Effect가 있다고 말합니다.

C에서 assignment operator(=)는 Side Effect를 일으키는 대표적인 expression입니다. assignment operator는 할당되는 값을 리턴하여 다음과 같은 표현이 가능합니다.

int a = 0;
while (a = 3) { } // a = 3이라는 expression을 evaluate할 때, value가 3이 됩니다.

assignment operator는 expression 외부에 값을 설정하는 동작을 수행합니다. 위에서 a = 3이라는 expression에 대한 evaluation이 진행될 때, a라는 변수의 값이 0에서 3으로 변경이 발생하므로 expression 외부에 영향을 끼쳤고 이는 Side Effect가 발생했다고 말합니다.

Note: assignment operator의 경우 C에서는 expression으로 취급하지만, expression으로 취급하지 않는 언어도 많습니다. 예를 들어, Swift에서는 assignment operator가 expression으로 취급되지 않고, statement로 취급되어 assignment operator가 value를 리턴하지 않습니다.

KNK에서는 expression의 연산자의 값 계산 과정에서 값을 계산하는 것 이외의 동작(i.e. 피연산자를 조작하는 동작)이 수행될 때, Side Effect가 있다고 말하기도 합니다.

We don't normally expect operators to modify their operands, since operators in mathmatics don't. Writing i+j doesn't modify either i or j; It simply computes the result of adding i and j. Most C operators don't modify their operands, but some do. We say that these operators have side effects, since they do more than just compute a value.

Undefined Behavior

If a side effect on a scalar object is unsequenced relative to either a different side effect on the same scalar object or a value computation using the value of the same scalar object, the behavior is undefined.

C에서 expression의 evaluation 과정에서 발생하는 Side Effect 사이의 우선순위를 결정하지 못 하여(컴파일러마다 다를 때) 하나의 value가 도출될 수 없을 때, Undefined Behavior가 발생하였다고 말합니다. 아래의 예시와 같은 경우에 Undefined Behavior가 발생하였다고 할 수 있습니다.

int a, b, c;
a = b = c = 0;

// Warning: Unsequenced modification and access to 'a'
c = (b = a + 2) - (a = 1);

위 코드에서 c = (b = a + 2) - (a = 1) 은 Undefined Behavior가 발생한 케이스입니다. 여기서 우선 순위가 결정되지 못 한 것은 (b = a + 2)(a = 1)입니다. 두 expression은 evaluation의 우선순위가 C standard 기준으로 동일합니다. 즉, 컴파일러에 따라서 (b = a + 2)이 먼저 evaluation 될 수도 있고, (a = 1)이 먼저 evaluation이 될 수 있습니다. 그리고 각각의 expressiona 또는 b의 값을 바꾸는 Side Effect를 가지고 있습니다. 이 Side Effect의 발생 우선 순위가 명확하지 않기 때문에 이와 같은 경우를 Undefined Behavior가 발생했다고 말합니다. Undefined Behavior가 발생했을 때에는 expression을 나누는 것을 통해 우선순위를 명확히 해주면 문제가 해결됩니다.

Statement

statement에 대한 정의도 몇 가지 자료에서 찾아 보면 다음과 같이 서술되어 있습니다.

A statement is a command to be executed when the program runs.
In computer programming, a statement is a syntactic unit of an imperative programming language that expresses some action to be carried out.
A statement specifies an action to be performed. Except as indicated, statements are executed in sequence.

위의 정의를 종합적으로 보면, statement는 아래와 같은 특성을 가지는 것을 확인할 수 있습니다.

  • statement는 하나의 구문(syntactic unit)이다.
  • statement는 수행되는 명령을 명시한다.
  • statement는 런타임에서 명시된 명령을 실행(execute)한다.

여기서 주목할 점은 statement가 명시된 명령을 수행한다는 점입니다. 여기서 명령은 사용자가 프로그램에 대해 내리는 명령을 의미하는 것으로, 일반적으로 언어별로 미리 정의된 keyword를 통해서 명령이 동작합니다. 예를 들어서 C에서 조건문을 처리하는 if statment의 경우 아래와 같은 문법으로 명령을 수행합니다.

if (expression)
    statement
else
    statement

예시로 든 if statement와 같은 조건문 처리뿐만 아니라(Selection statement), 반복문도 while, for 등과 같은 keyword를 사용하고 그 문법에 맞춰 명령을 수행하여 statement에 해당(Iteration statement)됩니다.

또한, C에서 모든 expression은 마지막에 세미콜론(;)을 붙이는 것을 통해 statement가 될 수 있습니다. 이렇게 세미콜론이 붙은 expressionexpression statement라고 합니다. C 컴파일러는 expression statement의 경우에 expression에 대한 evaluation을 수행하여, value를 도출하는 명령을 수행합니다. 이 때, 일반적으로 side effect가 발생하게 되는데, 그렇지 않은 경우 C 컴파일러에서는 Expression result unused와 같은 warning 메시지를 보여줍니다.

Note: Side Effect가 발생했다는 것을 어떤 문제가 발생했다고 이해하면 안 됩니다. Side Effect가 일어났다는 것은 외부 State에 대한 변화가 발생한 것으로 이해해야 합니다.

참고자료

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잘못된 정보나 궁금하신 점은 hcn1519@gmail.com으로 알려주시면 감사하겠습니다.