5.1 Coding!

프로그래밍이란?

1. Computational thinking

Coding(프로그래밍)은 수행되기 원하는 명령을 컴퓨터에 전달하는 일종의 커뮤니케이션이다. 이때 “수행되기 원하는 명령”을 정의하기 위해서는 해결 과제(문제/요구사항)를 명확히 이해한 후, 복잡함을 단순하게 분해(Decomposition)하고 자료를 정리하고 구분(Modeling)해야하며 순서에 맞게 행위를 배열해야 한다.

다시 말해, 코딩에 앞서 해결 과제(요구사항과 해결과제가 일치하기를 소망한다)를 명확히 이해한 후 적절한 문제 해결 방안의 정의가 필요한데 이때 요구되는 것이 문제 해결 능력이다. 혹자는 문제 해결 능력을 알고리즘과 동일시하려는 경향이 있지만 반드시 그런것은 아니다. 물론 문제 해결 능력의 함양에 있어 알고리즘 학습은 큰 도움이 되지만 문제 해결 능력은 더 큰 차원의 능력이다.

나는 직감과 직관, 사고 내부에서 본질이라고 할 수 있는 심상이 먼저 나타난다. 말과 숫자는 이것의 표현수단에 불과하다.
- 아인슈타인

아인슈타인의 말처럼 코딩은 문제 해결의 최종 결과물을 작성하는 도구이지 결코 코딩이 문제를 해결하지는 않는다. 문제 해결 능력은 직감과 직관의 영역이라고 볼 수 있는데 이는 문제를 바라보는 우리의 사고와 경험에 영향을 받는다

우리는 해결 과제를 명확히 이해한 이후 그 문제의 해결 방안을 고려할 때 컴퓨터의 관점에서 문제를 바라보아야 한다. 이때 필요한 것이 Computational thinking이다. 사람의 일반적인 사고 방식은 매우 포괄적이며 실생활에서 경험하고 있는 익숙한 사항에 대해 당연시하는 안이한 인식이 있다.

예를 들어 “듣다(Listen)”라는 행위를 사람은 하나의 간단하고 당연한 기능으로 생각한다. 하지만 컴퓨터에게 이 행위를 설명하는 것은 단순하지 않다. 그리고 소리의 크기를 사람은 “크다” 또는 “작다”라고 표현한다. 하지만 크다 또는 작다라는 의미는 상대적인 개념으로 기준이 불명확하다. 컴퓨터에게는 양적 개념인 숫자를 사용하여 “현재 볼륨보다 1단계 크게 조정하라” 또는 “불륨을 60으로 조정하라”라고 명령하여야 한다. 또한 “좋다”, “붉다”, “사랑”과 같은 관념적 개념은 컴퓨터에게는 매우 난해한 개념이다. 사람은 지인의 얼굴을 보고 누구인지 바로 인지하지만 컴퓨터에게 이것은 매우 어려운 일이다. 3479의 계산은 사람에게는 어렵지만 컴퓨터에게는 매우 쉬운 작업이다.

이처럼 컴퓨터와 사람은 사고, 인지의 방식이 다르다. 따라서 해결 과제를 컴퓨터의 관점으로 사고(Computational thinking)해야 한다. 이에는 논리적, 수학적 사고가 필요하게 되며 해결 과제를 작은 단위로 분해하고 패턴화하여 추출하며 프로그래밍 내에서 사용될 모든 개념은 평가 가능하도록 정의되어야 한다.

예를 들어 사람처럼 두발로 걷는 로봇을 위해 “걷다”라는 기능을 design해 보자.

walk

판단하여야 하는 상태와 그 상태를 판단하는 시기, 그리고 판단 기준을 정의하여야 하며 이를 바탕으로 분해한 처리(Process)의 실행 여부를 결정한다. 예를 들어 장애물이란 무엇(크기, 움직임…)인지 어떤 범위 내에 있는 것인지 명확히 수치화하여 정의해야 한다.

2. 프로그래밍 언어

이와 같이 문제 해결 능력을 바탕으로 도출된 문제 해결 방안은 컴퓨터에게 전달되어야 한다. 이때 명령을 수행할 주체는 컴퓨터이므로, 인간이 이해할 수 있는 자연어가 아니라 컴퓨터가 이해할 수 있는 언어, 즉 기계어로 명령을 전달해야 한다.

인간이 기계어를 이해하여 직접 기계어로 명령을 전달하는 것은 매우 어려운 작업이다. 기계어는 우리가 사용하는 언어와는 너무나도 다른 체계를 가지기 때문이다. 심지어 비트 단위로 기술되어 있다.

아래는 x86 아키텍처 리눅스 환경에서 그 유명한 “hello world”를 출력하는 기계어 코드이다.

7F 45 4C 46 01 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00 02 00 03 00 01 00 00 00 35 40 B3 04 2C 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 34 00 20 00 01 00 00 00 00 00 00 00 00 40 B3 04 B2 0C EB 1C 62 00 00 00 62 00 00 00 05 00 00 00 00 10 00 00 48 65 6C 6C 6F 20 77 6F 72 6C 64 0A B9 4C 40 B3 04 93 CD 80 EB FB

직접 기계어로 명령을 전달하는 것을 대신할 가장 유용한 대안은 인간이 이해할 수 있는 약속된 구문(Syntax, 문법)으로 구성된 “프로그래밍 언어(Programming Language)”를 사용하여 프로그램을 작성한 후, 그것을 컴퓨터가 이해할 수 있는 기계어로 변환하여 주는 일종의 번역기를 이용하는 것이다. 이 일종의 번역기를 컴파일러(compiler) 혹은 인터프리터(interpreter)라고 한다.

Language(언어)는 자신의 생각을 상대에게 전달하는 방법으로 언어 공동체 내에서 이해될 수 있는 말의 집합이다. 언어는 자연어와 인공어로 구분할 수 있다.

Communication Model

Communication Model

프로그래밍 언어란 Computer와의 대화(명령)에 사용되는 일종의 수단으로 인간과 Computer(Compiler 또는 interpreter) 모두가 이해할 수 있는 약속된 형태의 인공 언어이다.

Compiler

Compiler

아래는 “hello world”를 출력하는 자바스크립트 코드이다. 위의 기계어 코드보다 인간이 이해하기 쉬운(읽기 쉬운) 코드가 되었다.

console.log('hello world');

Coding(프로그래밍)은 프로그래밍 언어를 사용하여 수행되기 원하는 명령을 컴퓨터에 전달하는 일종의 커뮤니케이션이다. 프로그래밍 언어는 Syntax(구문)와 Semantics(의미)의 조합으로 표현된다.

3. Syntax & Semantics

프로그래밍 학습은 일반적으로 프로그래밍 언어의 문법을 배우는 것부터 시작한다. 이는 외국어 학습과도 유사하다 할 수 있는데 문법을 잘 안다고해서 외국어를 잘한다고 말할 수는 없을 것이다. 외국어를 잘하려면 외국어 화자의 말이나 문장을 정확히 이해한 후, 문맥에 따른 적절한 어휘 선택과 결론으로 이끌어가는 순차적인 문장 구성이 필요할 것이다.

각각의 낱말들이 모여서 완전한 하나의 생각을 표현하게 되는데, 그 생각은 글쓴이의 머리 속에서 탄생하여 읽는이의 머리 속으로 전해진다.
- 스티븐 킹

의미(Semantics)를 가지고 있어야 한다.

Colorless green ideas sleep furiously.
- Noam Chomsky

MIT의 저명한 언어학자인 노엄 촘스키는 위 문장을 통해서 언어의 의미는 문맥에 있는 것이지 문법에 있는 것이 아니란 것을 지적하고 있다. 위 문장은 문법(Syntax)적으로 전혀 문제가 없지만 의미(Semantics)는 없다.

// syntax is okay (type identifier = value),
// semantics is wrong ("five" is not an int).
// Syntax is what the grammar allows, semantics is what it means.

int x = "five"; // warning: incompatible pointer to integer conversion initializing 'int' with an expression of type 'char [5]' [-Wint-conversion]

위 C언어 구문은 문법적으로 문제가 없으나 의미적으로는 틀리다. (“five”는 정수가 아니라 문자열이다.)

결국 문제 해결 능력을 통해 만들어낸 해결 방안은 프로그래밍 언어의 문법을 통해 표현된다. 이때 작성된 코드는 해결 방안의 구체적 구현물이다. 그리고 이것은 프로그래밍 언어의 문법에 부합하는 것은 물론이고 수행하고자 하는 바를 정확히 수행하는 것 즉, 요구사항이 실현(문제가 해결)되어야 의미가 있다.

coding

Coding

대부분의 프로그래밍 언어는 변수와 값, 키워드, 연산자, 표현식(Expression. 결국 하나의 값으로 수렴되는 식이다), 조건문반복문에 의한 흐름제어(Control flow), 문(Statement), 문의 집합인 함수 그리고 객체, 배열 등의 자료구조와 같은 문법을 제공한다.

프로그래밍 언어가 제공하는 문법을 적절히 사용하여 변수를 통해 값을 저장하고 참조하며 연산자로 값을 연산, 평가하고 조건문과 반복문에 의한 흐름제어로 코드의 실행 순서를 제어하고 함수로 재사용이 가능한 구문의 집합을 만들며 객체, 배열 등으로 자료를 구조화한다.

프로그래밍은 요구사항의 집합을 분석하여 적절한 자료구조와 함수의 집합으로 변환한 후 그 흐름을 제어하는 것이다.

프로그래머가 해야 할 일은 문제를 해결하기 위한 방안을 고안하고 이것을 문법에 맞게 코드로 구현하는 것이다. 구현된 코드는 의도한 대로 정확히 동작하여 우리의 문제를 해결해야 한다. 이때 자신이 구현한 코드가 컴퓨터 내부에서 어떻게 동작할 것인지 그리고 무엇을 돌려 줄 것인지 예측 가능해야 하며 이것을 동료에게 설명할 수 있어야 한다. 이를 위해서는 프로그래밍 언어의 기본 개념과 동작 원리를 정확히 이해하는 것이 중요하다. 기본 개념과 동작 원리를 이해하지 못한 상태에서 Copy & Paste로 단순히 동작하는 코드를 만들고 그것에 만족한다면 여러분이 구현한 코드는 언제 무너져도 이상할 것이 없는 사상누각일 뿐이다. 신뢰할 수 없고 유지하고 보수하기 까다로운 코드가 될 것이다. 그리고 문제 해결 능력은 어느 선에서 성장을 멈추고 말 것이다.

이 강의가 저와 여러분의 문제 해결 능력을 성장시키는 하나의 밑거름이 되기 바란다.

Reference

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