컴파일과 실행 과정

전처리 (Preprocessing)

• 역할: 소스 코드를 컴파일러가 처리하기 전에 미리 처리하는 단계입니다. #으로 시작하는 전처리기 지시자(Preprocessor Directive)를 처리합니다.
• 주요 작업
  • #include: 지정된 헤더 파일(*.h, *.hpp 또는 확장자가 없는 표준 라이브러리 파일)의 내용을 현재 소스 코드에 삽입합니다. 예를 들어, <iostream>을 포함하면 iostream 헤더 파일의 내용이 우리 코드에 실제로 복사됩니다.
  • #define: 매크로를 정의하고 치환합니다. 예를 들어 #define PI 3.141592가 있다면, 코드 내의 모든 PI를 3.141592로 변경합니다.
  • 주석 제거: //나 /* ... */로 작성된 모든 주석을 제거합니다. 주석은 컴파일러가 처리할 필요가 없기 때문입니다.
• 결과물: 전처리된 소스 코드 파일(일반적으로 .i 또는 .ii 확장자를 가집니다). 이 파일은 아직 C++ 언어 형태를 유지하고 있습니다.

예시 명령어 (전처리까지만 수행)

g++ -E hello_world.cpp -o hello_world.i

컴파일 (Compilation)

• 역할: 전처리된 소스 코드를 어셈블리어(Assembly Language)로 번역합니다. 어셈블리어는 기계어와 1:1로 대응되는 저수준 언어이지만, 사람이 읽고 이해할 수 있는 형태를 가집니다.
• 주요 작업: C++ 문법에 오류가 없는지 검사하고, 코드를 어셈블리어 명령어로 변환합니다.
• 결과물: 어셈블리 코드 파일(일반적으로 .s 확장자를 가집니다).

예시 명령어 (컴파일까지만 수행)

g++ -S hello_world.i -o hello_world.s

또는 (전처리부터 컴파일까지 한 번에)

g++ -S hello_world.cpp -o hello_world.s

어셈블 (Assembly)

• 역할: 어셈블리 코드를 기계어 명령어로 직접 번역하여 목적 파일(Object File)을 생성합니다. 목적 파일은 CPU가 이해할 수 있는 이진 형태의 코드이지만, 아직 완전한 실행 파일은 아닙니다. 다른 목적 파일이나 라이브러리와 연결되어야 합니다.
• 주요 작업: 어셈블리 코드를 컴퓨터가 직접 실행할 수 있는 바이너리 형식으로 변환합니다.
• 결과물: 목적 파일(일반적으로 .o 확장자를 가집니다. Windows에서는 .obj).

예시 명령어 (어셈블까지만 수행)

g++ -c hello_world.s -o hello_world.o

또는 (전처리, 컴파일, 어셈블까지 한 번에)

g++ -c hello_world.cpp -o hello_world.o

링크 (Linking)

• 역할: 하나 이상의 목적 파일과 필요한 라이브러리(표준 라이브러리, 외부 라이브러리 등)를 하나로 묶어 최종 실행 가능한 프로그램(Executable File)을 생성합니다.
• 주요 작업
  • 목적 파일들 간의 참조를 해결합니다. 예를 들어, main 함수에서 std::cout을 호출할 때, std::cout의 실제 구현이 어디에 있는지 찾아 연결합니다.
  • 프로그램에서 사용하는 표준 라이브러리 함수(예: std::cout, std::endl)와 같은 외부 코드들을 연결합니다.
  • 이 과정에서 필요한 모든 코드가 연결되지 않거나, 중복되는 정의가 있을 경우 링크 오류가 발생합니다.
• 결과물: 최종 실행 파일(Windows에서는 .exe, macOS/Linux에서는 확장자 없음).

예시 명령어 (링크까지만 수행)

g++ hello_world.o -o hello_world

이전에 우리가 사용했던 g++ hello_world.cpp -o hello_world 명령어는 위에서 설명한 네 가지 과정을 모두 포함하고 있습니다. 컴파일러 드라이버(compiler driver)가 내부적으로 이 모든 단계를 자동으로 처리해 주는 것입니다.

컴파일 오류 (Compile-time Error)

• 발생 시점: 컴파일러가 소스 코드를 기계어로 번역하는 과정에서 발생합니다.
• 원인: 주로 C++ 언어의 문법 규칙을 위반했거나, 오타, 선언되지 않은 변수 사용 등 컴파일러가 코드를 이해할 수 없을 때 발생합니다.
• 특징: 컴파일러가 오류 메시지를 통해 어떤 파일의 몇 번째 줄에서 어떤 종류의 오류가 발생했는지 상세하게 알려줍니다. 컴파일 오류를 모두 해결해야만 실행 파일이 생성됩니다.
• 예시: 세미콜론(;) 누락, 오타(std::cout을 std::coutt으로 작성), 변수 선언 없이 사용 등.

런타임 오류 (Run-time Error)

• 발생 시점: 프로그램이 성공적으로 컴파일되어 실행된 후에 발생합니다.
• 원인: 주로 프로그램의 논리적인 오류, 잘못된 데이터 처리, 메모리 접근 오류, 0으로 나누기, 존재하지 않는 파일 열기 등 프로그램이 예상치 못한 상황에 직면했을 때 발생합니다.
• 특징: 컴파일 시점에는 아무런 문제가 없었기 때문에 컴파일러가 잡아낼 수 없습니다. 프로그램 실행 도중 갑자기 비정상적으로 종료되거나, 예상과 다른 결과가 나오거나, 시스템 오류 메시지를 발생시킵니다.
• 예시: 배열의 범위를 벗어난 접근, 동적 할당된 메모리를 해제하지 않아 발생하는 메모리 누수, 잘못된 포인터 사용 등.