컴파일러와 인터프리터의 차이

컴파일 과정은 고수준의 소스 코드를 특정 플랫폼에서 직접 실행 가능한 기계어나 목적 코드로 변환하는 일련의 단계를 말한다. 이 과정은 일반적으로 여러 단계의 프론트엔드와 백엔드 처리로 나뉘며, 각 단계는 특정 변환 작업을 담당한다.

주요 단계는 다음과 같다.

1. 어휘 분석: 소스 코드를 토큰이라는 의미 있는 최소 단위로 분해한다. 이 과정에서 공백이나 주석은 제거된다.

2. 구문 분석: 토큰 스트림을 분석하여 프로그램의 문법 구조를 나타내는 파스 트리나 추상 구문 트리를 생성한다. 문법 오류가 여기서 발견된다.

3. 의미 분석: 생성된 트리를 검사하여 자료형 호환성, 변수 선언 여부 등 프로그램의 의미적 정확성을 확인한다.

4. 중간 코드 생성: 구문 트리를 플랫폼에 독립적인 중간 표현(예: 3주소 코드)으로 변환한다. 이는 최적화와 백엔드 처리를 용이하게 한다.

5. 코드 최적화: 실행 효율성을 높이기 위해 중간 코드를 변환한다. 불필요한 코드 제거, 루프 최적화, 상수 폴딩 등이 여기에 해당한다.

6. 코드 생성: 최적화된 중간 코드를 목표 프로세서의 기계어 명령어 집합으로 변환한다. 이 단계에서 메모리 주소 할당과 레지스터 할당이 이루어진다.

7. 링킹: 하나 이상의 목적 코드 파일과 필요한 라이브러리를 결합하여 최종적인 실행 파일을 만든다.

이 모든 과정은 프로그램 실행 *전에* 한 번에 완료된다. 성공적으로 컴파일되면 원본 소스 코드는 더 이상 필요하지 않으며, 생성된 실행 파일만으로 프로그램을 반복적으로 실행할 수 있다.

컴파일러의 가장 큰 장점은 실행 속도에 있다. 소스 코드를 미리 기계어로 변환하여 실행 파일을 생성하기 때문에, 프로그램 실행 시에는 번역 과정 없이 바로 기계어 코드를 실행한다. 이로 인해 반복적인 번역 오버헤드가 없어, 특히 계산 집약적이거나 반복 실행이 많은 프로그램에서 인터프리터에 비해 월등한 성능을 보인다. 또한, 컴파일 과정에서 구문 분석과 최적화를 철저히 수행할 수 있어, 효율적인 목적 코드를 생성할 수 있다.

단점으로는 개발 과정의 유연성이 상대적으로 떨어진다는 점을 들 수 있다. 코드를 수정할 때마다 전체 소스를 다시 컴파일해야 하므로, 특히 대규모 프로젝트에서는 컴파일 시간이 길어져 개발 속도에 영향을 미칠 수 있다. 또한, 생성된 실행 파일은 특정 운영 체제와 CPU 아키텍처에 종속적이다. 예를 들어, 윈도우용으로 컴파일된 프로그램은 리눅스나 macOS에서 바로 실행할 수 없다.

보안 측면에서도 장단점이 공존한다. 소스 코드가 사용자에게 노출되지 않는 실행 파일 형태로 배포되므로, 소스 코드 자체의 보호에는 유리하다. 그러나 정적 분석 도구를 통한 취약점 탐지가 더 어려울 수 있으며, 플랫폼마다 별도의 실행 파일을 만들어야 하는 번거로움이 있다.

인터프리터는 소스 코드를 한 줄씩 또는 한 문장씩 읽어들여 즉시 실행하는 방식으로 동작한다. 이 과정은 일반적으로 토큰화, 구문 분석, 그리고 실행이라는 단계를 거친다. 먼저, 소스 코드의 문자열을 언어의 문법에 맞는 의미 있는 최소 단위인 토큰으로 분리한다. 다음으로, 이 토큰들의 나열이 언어의 문법 규칙에 맞는지 검사하며 추상 구문 트리와 같은 중간 표현 구조를 생성한다. 마지막으로, 이 구문 트리를 순회하며 각 노드에 정의된 연산을 직접 수행한다.

이러한 과정은 컴파일러의 컴파일 과정과 달리 별도의 목적 파일을 생성하지 않는다. 인터프리터는 소스 코드나 중간 표현을 직접 해석하며, 각 명령어에 대응하는 기계어 코드를 호출하거나 가상 머신 내에서 시뮬레이션한다. 예를 들어, print("Hello")라는 코드 라인을 만나면, 인터프리터는 해당 구문을 분석한 후 즉시 화면에 "Hello"를 출력하는 시스템 호출을 실행한다.

인터프리트 과정의 단계를 간략히 비교하면 다음과 같다.

이러한 방식 때문에 프로그램 실행 중에 소스 코드에 변경이 발생하더라도 인터프리터를 다시 시작하기만 하면 즉시 새로운 코드를 반영하여 실행할 수 있다. 또한, 실행 환경에서 실시간으로 코드를 생성하고 평가하는 REPL 환경 구현의 기반이 된다.

인터프리터는 소스 코드를 한 줄씩 읽어 즉시 실행하는 방식으로 동작한다. 이 방식은 프로그램 실행 전 전체 코드를 기계어로 변환하는 컴파일러와 근본적으로 다르다. 인터프리터의 가장 큰 장점은 개발 과정의 신속성과 플랫폼 독립성이다. 코드를 수정한 후 별도의 컴파일 과정 없이 바로 실행해 결과를 확인할 수 있어, 실험과 디버깅이 용이하다. 또한, 인터프리터 자체가 특정 운영 체제나 CPU 아키텍처에 맞춰 구현되면, 동일한 소스 코드를 다른 플랫폼에서도 수정 없이 실행할 수 있다[2].

반면, 인터프리터 방식은 일반적으로 실행 속도가 컴파일된 프로그램보다 느리다는 단점을 가진다. 매번 실행할 때 소스 코드를 분석하고 명령어를 해석해야 하는 오버헤드가 존재하기 때문이다. 또한, 프로그램 실행 전에 전체 코드에 대한 문법 오류나 일부 논리 오류를 미리 발견하기 어려운 경우가 많다. 코드가 실행되는 순간에 오류가 발견되므로, 복잡한 프로그램에서는 런타임 오류 관리가 더 중요해진다.

요약하면, 인터프리터는 유연성과 편의성을 중시하는 스크립트 언어나 프로토타이핑, 교육용 환경에서 널리 사용된다. 반면, 높은 성능과 실행 효율성이 요구되는 시스템 소프트웨어나 대규모 애플리케이션 개발에는 한계가 있을 수 있다.

컴파일러는 소스 코드 전체를 한 번에 분석하여 기계어나 중간 형태의 목적 코드로 변환한 후, 그 결과물을 별도로 실행하는 방식으로 동작한다. 이 과정은 빌드 또는 컴파일 타임에 완료되며, 이후 생성된 실행 파일은 운영체제에 의해 직접 실행된다. 사용자는 최종적으로 생성된 실행 파일만을 가지고 프로그램을 구동할 수 있으며, 원본 소스 코드 없이도 실행이 가능하다.

반면, 인터프리터는 소스 코드를 한 줄씩 읽어 즉시 해석하고 실행하는 방식을 취한다. 프로그램 실행이 시작되면, 인터프리터는 소스 코드의 첫 번째 명령문을 분석하여 해당 동작을 수행하고, 그 다음 줄로 이동하여 이 과정을 반복한다. 이는 코드를 중간 형태로 완전히 변환하지 않고, 실행과 해석 과정을 실시간으로 병행한다는 특징이 있다.

두 방식의 차이는 다음과 같은 표로 요약할 수 있다.

이러한 실행 방식의 근본적 차이는 런타임 환경과 개발 워크플로우에 직접적인 영향을 미친다. 컴파일 방식은 실행 전에 모든 오류 검사와 최적화가 이루어질 수 있지만, 코드를 수정할 때마다 다시 컴파일해야 한다. 인터프리트 방식은 코드 수정 후 즉시 실행해 볼 수 있는 장점이 있지만, 실행 중에 문법 오류를 발견할 수 있다.

컴파일러와 인터프리터의 성능 특성은 실행 방식의 차이에서 비롯됩니다. 일반적으로 컴파일러를 통해 생성된 기계어 코드는 인터프리터에 의해 한 줄씩 실행되는 코드보다 실행 속도가 빠릅니다. 이는 컴파일 과정에서 소스 코드 전체가 최적화된 기계어로 변환되어, 실행 시에는 번역 과정 없이 바로 CPU가 이해할 수 있는 명령어를 수행하기 때문입니다. 반면 인터프리터는 실행 시마다 소스 코드를 분석하고 명령어로 해석해야 하는 오버헤드가 존재합니다.

그러나 시작 시간(Start-up Time) 측면에서는 인터프리터가 유리한 경우가 많습니다. 컴파일러는 실행 전에 전체 소스 코드를 컴파일하는 시간이 필요하지만, 인터프리터는 첫 번째 줄부터 즉시 실행을 시작할 수 있습니다. 또한, 인터프리터 환경에서는 프로그램 실행 중에 코드를 수정하고 즉시 결과를 확인하는 것이 상대적으로 용이합니다. 이는 대화형 프로그래밍이나 스크립팅에 유리한 특성입니다.

성능 비교를 요약하면 다음과 같습니다.

최근에는 이러한 경계가 모호해지고 있습니다. 자바의 JVM이나 파이썬의 PyPy처럼 JIT 컴파일 방식을 채택한 구현체는 인터프리트 방식의 유연성을 유지하면서, 자주 실행되는 코드 부분(핫스팟)을 실시간으로 기계어로 컴파일하여 성능을 크게 향상시킵니다. 따라서 현대적인 언어 구현체는 순수한 컴파일이나 인터프리트 방식보다는 혼합형 접근을 통해 성능과 유연성의 균형을 찾는 경향이 있습니다.

컴파일러는 소스 코드를 특정 프로세서 아키텍처와 운영 체제에 맞는 기계어로 변환합니다. 이 과정에서 생성된 실행 파일은 해당 플랫폼에 완전히 종속됩니다. 예를 들어, 윈도우용으로 컴파일된 프로그램은 리눅스나 macOS에서 그대로 실행할 수 없습니다. 다른 플랫폼에서 실행하려면 해당 플랫폼을 위한 컴파일러로 소스 코드를 다시 컴파일해야 합니다.

반면, 인터프리터는 소스 코드나 바이트코드를 직접 한 줄씩 읽고 실행합니다. 인터프리터 자체가 각 플랫폼에 맞게 구현되어 있기 때문에, 동일한 소스 코드를 다른 운영 체제에서도 인터프리터만 설치되어 있다면 수정 없이 실행할 수 있습니다. 이는 플랫폼 독립성을 보장하는 주요 메커니즘입니다.

이 차이점은 다음과 같이 정리할 수 있습니다.

따라서, C나 C++ 같은 전통적인 컴파일 언어는 실행 파일의 이식성이 낮은 반면, 파이썬이나 자바스크립트 같은 인터프리트 언어는 소스 코드 수준에서 높은 이식성을 가집니다. 다만, 자바와 같이 바이트코드와 가상 머신을 사용하는 혼합형 접근법은 이 두 극단 사이의 중간 지점에 위치합니다.

JIT 컴파일(Just-In-Time Compilation)은 프로그램 실행 중에 필요한 코드 부분을 실시간으로 기계어로 변환하는 혼합형 실행 방식이다. 이 방식은 전통적인 컴파일러와 인터프리터의 장점을 결합하여 개발된 것이다. 일반적으로 프로그램은 먼저 바이트코드나 중간 표현(IR) 형태로 변환된 후, 실행 환경(예: 가상 머신)에서 JIT 컴파일러에 의해 실행 시점에 네이티브 코드로 컴파일된다.

JIT 컴파일의 주요 장점은 실행 시점 정보를 활용한 최적화가 가능하다는 점이다. 인터프리터는 코드를 한 줄씩 해석하며 실행하므로 오버헤드가 크지만, JIT 컴파일러는 자주 실행되는 코드 경로(핫 스팟)를 식별하여 해당 부분만 효율적인 기계어로 컴파일한다. 또한, 프로그램이 실행되는 플랫폼의 특정 하드웨어 정보(예: CPU 캐시 크기, 사용 가능한 명령어 집합)를 반영한 최적화를 수행할 수 있다[4]. 이로 인해 초기 컴파일 시간은 소요되지만, 장기적으로는 순수 인터프리트 방식보다 훨씬 빠른 실행 성능을 보여준다.

대표적인 JIT 컴파일 구현 사례는 다음과 같다.

이 방식의 단점은 실행 환경에 컴파일 부하가 추가된다는 것이다. 프로그램 실행 초기에는 인터프리트 모드로 동작하거나 컴파일을 수행해야 하므로 "웜업" 시간이 필요하다. 또한, JIT 컴파일러 자체가 메모리와 CPU 자원을 소모한다. 따라서 매우 짧은 시간만 실행되는 스크립트의 경우, 순수 인터프리터 방식보다 오히려 성능이 나빠질 수 있다.

바이트코드 인터프리터는 소스 코드를 직접 실행하지 않고, 중간 단계의 바이트코드로 변환한 후 이를 해석하며 실행하는 방식을 말한다. 이 방식은 전통적인 컴파일러와 인터프리터의 특징을 혼합한 것으로, 자바 가상 머신이나 파이썬의 CPython 구현체가 대표적인 예시이다. 실행 과정은 일반적으로 두 단계로 나뉜다. 첫째, 소스 코드를 플랫폼 중립적인 바이트코드로 컴파일한다. 둘째, 특정 플랫폼에 맞춰 구현된 가상 머신이나 인터프리터가 이 바이트코드를 읽어들여 기계어로 번역하거나 직접 실행한다.

이 방식의 주요 장점은 플랫폼 독립성과 실행 시 유연성이다. 소스 코드가 특정 하드웨어의 기계어가 아닌 중간 언어로 한 번만 변환되면, 서로 다른 운영체제나 아키텍처를 가진 시스템에서도 해당 플랫폼용 가상 머신만 설치되어 있다면 동일한 바이트코드를 실행할 수 있다. 또한, 실행 시점에 바이트코드를 분석하여 최적화를 수행하는 JIT 컴파일 기법과 쉽게 결합될 수 있다는 장점도 있다.

반면, 순수한 네이티브 코드 컴파일 방식에 비해 실행 속도가 느릴 수 있다는 단점이 전통적으로 지적되어 왔다. 바이트코드를 실시간으로 해석하거나 JIT 컴파일하는 과정에는 추가적인 오버헤드가 발생하기 때문이다. 그러나 현대의 고도화된 JIT 컴파일러는 핫스팟(자주 실행되는 코드 경로)을 감지하고 이를 매우 최적화된 네이티브 코드로 컴파일함으로써 이러한 격차를 크게 줄였다.

C와 C++는 가장 대표적인 컴파일 언어이다. 이들은 소스 코드를 특정 하드웨어 플랫폼의 기계어로 직접 변환하여 실행 파일을 생성한다. GCC나 Clang과 같은 컴파일러가 널리 사용된다.

Go와 Rust는 현대적인 시스템 프로그래밍 언어로, 강력한 타입 안전성과 높은 성능을 제공하며 네이티브 코드로 컴파일된다. Fortran과 COBOL은 과학 계산 및 비즈니스 분야에서 오랜 역사를 가진 컴파일 언어이다.

다음은 주요 컴파일 언어와 그 특징을 정리한 표이다.

Ada와 Pascal 또한 안전성이 중요한 임베디드 시스템이나 교육 분야에서 사용되는 컴파일 언어의 예시이다. 이러한 언어들은 일반적으로 실행 전에 전체 소스 코드를 검사하고 최적화하여 단일 실행 파일을 생성한다는 공통점을 가진다.

인터프리트 언어는 소스 코드를 직접 한 줄씩 읽고 실행하는 인터프리터 방식을 사용하는 언어를 말한다. 대표적으로 파이썬, 자바스크립트, 루비, PHP 등이 있다. 이들 언어는 일반적으로 실행하기 전에 별도의 컴파일 과정을 거치지 않으며, 런타임 환경에서 코드를 해석하고 실행한다.

초기의 자바스크립트는 웹 브라우저 내에서 HTML 문서와 함께 동작하는 스크립트 언어로 설계되어, 인터프리터에 의해 실행되었다. 파이썬도 대화형 셸 환경에서 코드를 즉시 실행할 수 있는 특징으로 인해 인터프리트 방식이 채택되었다. PHP는 서버 측에서 웹 서버의 요청을 처리할 때 소스 코드를 인터프리트하여 HTML을 생성하는 방식으로 동작한다.

이러한 언어들은 개발 속도가 빠르고 플랫폼 간 이식성이 높은 장점이 있지만, 네이티브 코드로 미리 컴파일되는 언어에 비해 실행 속도가 상대적으로 느릴 수 있다. 그러나 현대에는 JIT 컴파일 기술을 도입한 고성능 인터프리터(예: 파이썬의 PyPy, 자바스크립트의 V8 엔진)가 등장하여 성능 격차를 줄이고 있다.