값·변수·자료형·연산

상자 비유만으로는 변수를 충분히 설명할 수 없다

count = 3을 보고 변수 count 자체가 숫자 3이라고 생각하기 쉽다. 그러나 count는 코드가 값을 찾기 위해 쓰는 이름이고, 3은 실제 값이다. 정수형은 어떤 값과 연산을 허용할지 정하는 규칙이다. 그래서 변수에 새 값을 대입해도 이름은 같고 값만 달라진다. 두 변수가 같은 객체를 가리키면 한쪽에서 바꾼 내용이 다른 쪽에서 보일 수도 있다.

이름과 값, 저장 위치, 자료형을 구분해야 복사와 참조, 형변환, 예상 밖의 변경을 이해할 수 있다.

먼저 되짚기: 값은 비트로 표현되지만 비트열만으로 의미는 없다

비트열은 해석 규칙에 따라 수·문자·논리값이 되었다. 프로그램의 값도 결국 비트로 표현되지만, 자료형과 실행 문맥이 그 비트가 무엇이며 어떤 연산이 가능한지 정한다.

비트열은 프로그램 안에서 값이 된다

그림에서 비트열은 해석 규칙을 거쳐 실제 값이 되고, 변수 이름은 그 값과 연결되며, 자료형은 그 값에 허용되는 값과 연산, 오류를 정한다. 이 세 역할은 차례로 일어나는 실행 순서가 아니다. 즉 값과 이름, 자료형은 서로 다른 층이다.

값

값은 프로그램이 저장·전달·계산하는 실제 데이터다. 숫자 3, 문자열 서울, 논리값 참, 주문 객체가 값의 예다. 값은 그 자체의 내용과 자료형을 가지며 함수의 입력이나 결과가 될 수 있다.

변수와 자료형 전에 값을 다시 잇는다

값은 실제 데이터 내용이며 함수의 입력·결과가 될 수 있다. 변수는 이 값을 이름과 연결하고 자료형은 가능한 값과 연산을 제한한다.

같은 100도 의미가 다르다

정수값 100, 문자열 "100", 100원, 100%는 겉으로는 같은 기호처럼 보여도 자료형과 단위, 적용할 수 있는 연산 규칙이 다르다. 그래서 값의 내용과 이름, 자료형, 단위를 한 항목으로 뭉개지 않는다.

변수

변수(variable)는 값을 가리키거나 보관하도록 이름 붙인 프로그램 요소다. 언어 구현에 따라 변수는 값을 직접 담는 위치처럼 동작하거나 다른 객체를 가리키는 참조를 담을 수 있다. 대입은 변수와 값의 연결을 만들거나 바꾼다.

자료형

자료형(data type, 타입)은 가능한 값과 허용 연산, 표현과 오류의 규칙이다. 예를 들어 정수형에는 정수 범위와 덧셈이, 논리형에는 참·거짓과 논리 연산이 정의된다. 자료형 검사는 의미 없는 연산을 실행 전이나 실행 중에 거부한다.

연산은 하나 이상의 값을 받아 새 값을 만들거나 상태를 바꾸는 규칙이다. +도 숫자 덧셈과 문자열 이어 붙이기처럼 피연산자의 자료형에 따라 의미가 달라질 수 있다.

세 줄의 코드에서 일어나는 일

price: 정수 = 1200
quantity: 정수 = 3
total: 정수 = price * quantity

price, quantity, total은 변수 이름이고 1200, 3, 3600은 정수 값이다. 정수라는 자료형은 곱셈을 허용하고 표현 범위를 정한다. 마지막 줄은 두 변수에서 현재 값을 읽고 곱셈 연산으로 새 값 3600을 만든 뒤 total에 연결한다.

이것은 특정 언어의 실행 코드가 아니라 자료형과 대입을 드러낸 가상 표기다. 콜론 뒤 정수는 해당 이름에 사용할 자료형이고, = 오른쪽은 지금 계산할 값이며, *는 곱셈을 뜻한다. 첫 줄 뒤에는 price만 1200이고, 둘째 줄 뒤에는 quantity도 3이 되며, 셋째 줄 뒤에는 total도 3600이 된다. 아직 실행하지 않은 줄의 이름을 0이라고 가정하지 않는다.

그래서 이후 price = 1500을 수행해도 이미 계산된 total이 저절로 4500이 되지는 않는다. 대입은 수학식처럼 영구적인 관계를 선언하는 것이 아니라, 그 시점에 계산한 값을 저장하는 동작이기 때문이다. 총액을 따라 바꾸려면 다시 계산하거나 값 변화에 반응하는 별도 규칙이 필요하다.

VT-1: 세 줄의 대입을 상태표로 추적한다

가상 코드가 다음과 같다고 하자.

price = 100
backup = price
price = 120

정수값 대입 모형의 상태를 한 줄씩 쓰면 다음과 같다. 미정의는 아직 변수를 만들지 않았다는 뜻이고 0과 다르다.

따라서 backup은 price를 실시간으로 감시하는 수학식이 아니다. 세 번째 줄 다음에 backup을 120으로 만들려면 backup=price를 다시 실행해야 한다. 정수값을 직접 대입하는 이 단순 모형에서는 마지막에 price=120, backup=100이다. 반면 변수가 같은 변경 가능한 객체를 참조하는 언어나 자료형이라면, 두 이름이 같은 대상을 가리키는 별칭인지 따로 확인해야 한다. 아래의 참조 공유는 이 단순 정수 대입과 구분해서 읽는다.

공유가 무엇인지 작은 기록 하나로 확인해 보자. 주문 기록 R의 수량은 3이고, a와 b가 모두 R을 가리킨다는 모형을 둔다. a를 통해 R의 수량을 4로 바꾸면 기록 R 자체가 바뀌므로 b를 통해 읽어도 4다. 반대로 b에 수량 3을 가진 별도의 복사 기록 S를 연결했다면 R을 4로 바꿔도 S는 3으로 남는다. 즉 “a와 b가 같은 기록을 찾는가, 같은 내용의 서로 다른 기록을 찾는가”를 그려 보면 공유 참조와 값 복사의 차이가 보인다. 구체적인 언어가 어떤 대입에서 이 모형을 쓰는지는 해당 자료형의 규칙을 확인한다.

위 세 줄을 실행한 뒤의 price는 120이다. 문자열 "20"을 명시적으로 수 20으로 변환해 더하면 140이고, price를 문자열로 바꾸어 "20"과 이어 붙이면 "12020"이다. 반면 변환을 지정하지 않은 price + "20"의 결과가 수인지, 문자열인지, 오류인지는 언어와 자료형 규칙에 달려 있다. 그러니 암묵 변환을 추측하지 말고 언어 규칙과 실제 자료형을 확인한다.

구분과 선택

가능하면 변수 이름은 단위와 의미를 드러내게 짓고, 자료형은 잘못된 상태를 표현하기 어렵게 고른다. 예를 들어 status를 아무 문자열로 두면 오타도 값이 되지만, 허용 상태만 가진 자료형을 쓰면 잘못된 값을 일찍 막을 수 있다. 자동 형변환은 편하지만 "10" + 2가 12인지 "102"인지 문맥에 따라 달라질 수 있다. 그래서 외부 값이 들어오는 입구에서는 명시적으로 변환하는 편이 안전하다.

실패조건과 방어

초기화하지 않은 값을 쓰는 실수는 변수가 유효한 값과 연결되기 전에 그 값을 읽을 때 생긴다. 생성할 때 기본값을 명확히 두거나, 사용하기 전에 반드시 초기화하게 만든다.

서로 다른 단위를 섞는 실수는 원화와 달러, 초와 밀리초를 모두 숫자로만 표현해 구별하지 못할 때 생긴다. 이름이나 별도 자료형, 입력 지점의 변환으로 단위를 구분한다.

공유 참조가 뜻밖에 바뀌는 문제는 두 변수가 같은 변경 가능한 객체를 가리키는데 독립된 복사본이라고 믿을 때 생긴다. 복사인지 참조 공유인지 확인하고, 변경하는 곳을 한곳으로 모은다.

범위와 빈 값을 빠뜨리는 실수는 음수가 될 수 없는 수량이나 값이 없는 상태를 일반 정수 하나로 억지로 표현할 때 생긴다. 허용 범위와 값이 없는 상태를 자료형과 검증 규칙에 넣는다.

교육용 주문 검증을 실제로 정해 보자. 단가는 원 단위 정수로 0부터 1,000,000까지, 수량은 정수로 1부터 99까지 허용하고, 상태는 접수·확정·취소 중 하나로 제한한다. 합계 형식은 최대 1,000,000×99=99,000,000원을 담을 수 있어야 한다. 입력을 받는 쪽은 문자열 단가 "1200"과 수량 "3"을 먼저 정수로 바꾸고 범위를 확인해, 내부 단가 1200원과 수량 3, 합계 3600원을 만든다. 수량 "ABC"는 숫자로 읽지 못하므로 형식 오류다. "100"은 숫자로 읽혀도 범위 오류이고, 누락은 필수값 오류다. 이런 경우에는 오류를 돌려주고 주문을 확정하지 않는다. 수량 0을 기본값으로 채워 조용히 진행하는 방식은 누락과 실제 0을 섞고 최소수량도 어기므로 제외한다.

자체 10점 문제

값·변수·자료형의 차이와 연산 시 주의점을 설명하시오.

요구어는 설명이다. 실제 데이터와 이름 연결, 허용 연산, 오류가 나는 조건을 나누어 쓴다.

자체 25점 문제

주문 금액·수량·상태 값을 안전하게 다루는 자료형·검증 경계를 설계하시오.

요구어는 설계다. 값의 의미·단위·범위와 내부 자료형, 외부 입력 검증을 연결한다.

출처와 적용 경계

본문은 안정된 프로그래밍 기초와 자체 대입 예를 사용한다. 이름의 객체 연결·자료형·변경 가능성의 한 구체 사례는 Python Language Reference §3.1과 §4.2에서 확인할 수 있다. 본문의 정수·공유 객체 표기는 학습용 모형이며 모든 언어가 Python과 같은 대입 의미를 갖는다는 뜻은 아니다. 값 복사·참조·암묵변환의 구체 동작은 언어와 자료형에 따라 다르므로 해당 언어 사양을 확인한다.

30초 정리

1. 값은 실제 데이터, 변수는 값을 찾는 이름 붙은 요소, 자료형은 가능한 값과 연산의 규칙이다.
2. 대입은 현재 계산한 값을 변수와 연결하며 수학식의 영구 관계가 아니다.
3. 자료형과 이름에 단위·범위·부재·허용 상태를 담으면 잘못된 연산과 상태를 일찍 막을 수 있다.

자기교정과 조건 변경

조건을 바꿔 보자. backup도 120이 되게 하려면 세 줄 뒤에 backup = price를 다시 실행하면 되고, 이 단순 정수 모형에서 backup=120이 된다. 이는 현재 값을 다시 대입한 것이므로 이후 price가 바뀌어도 backup이 저절로 따라 바뀌지는 않는다. 이후의 변경까지 함께 보이게 하려는 경우에만 변경 가능한 상태의 공유와 언어·자료형 규칙을 따로 확인한다.

수량에 음수가 허용되지 않는다는 조건만 있다면 0 이상이 허용 범위다. 그런데 이 절의 주문 수량 규칙은 1부터 99까지여서 0도 거절한다. 그래서 정수 자료형 검사와 이 업무 범위 검사를 함께 적용한다.

100이 퍼센트라면 100, 1.0, 100% 중 어떤 표현을 쓸지 배율과 단위를 미리 정해 둔다.