# Semantic Analyzer

의미분석기(Semantic Analyzer) 컴파일러의 핵심 구성 요소 중 하나로, 소스 코드의 구문적 구조가 올바른지 확인한 이후에 그 코드의 **의미적 일관성**을 검사하는 단계입니다. 이계는 단순히 문법이 맞는지 넘어서, 프로그램이 실제로 실행 가능한 의미를 갖는지 판단하는 중요한 역할을 수행합니다. 의미분석기는 문법적으로 올바른 코드라도 의미상 오류를 포함할 수 있는 경우를 탐지하여, 컴파일 타임에 오류를 조기에 발견하도록 돕습니다.

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## 개요

컴파일러는 일반적으로 다음과 같은 주요 단계를 거칩니다:

1. **어휘 분석**(Lexical Analysis)  
2. **구문 분석**(Syntax Analysis)  
3. **의미 분석**(Semantic Analysis)  
4. **중간 코드 생성**(Intermediate Code Generation)  
5. **최적화**(Optimization)  
6. **목적 코드 생성**(Code Generation)

의미분석기는 이 중 세 번째 단계로, 구문 분석기를 통해 생성된 **구문 트리**(Syntax Tree)를 입력으로 받아, 변수 선언, 타입 일치, 스코프, 함수 호출의 유효성 등을 검사합니다. 이 과정에서 **기호표**(Symbol Table)를 활발히 활용하며, 타입 정보를 추가한 **주석 트리**(Annotated AST)를 다음 단계에 전달합니다.

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## 의미분석기의 주요 기능

의미분석기는 다음과 같은 핵심 작업을 수행합니다.

### 1. 타입 검사 (Type Checking)

타입 검사는 의미분석의 가장 중요한 기능 중 하나입니다. 변수, 표현식, 함수 등의 타입이 프로그래밍 언어의 규칙에 맞는지 확인합니다.

예를 들어, 다음 C 코드는 문법적으로는 올바르지만 의미적으로 오류가 있습니다:

```c
int a = 5;
float b = "hello"; // 타입 불일치 오류
```

의미분석기는 문자열 리터럴을 `float` 변수에 대입하는 것이 타입 규칙에 위배됨을 감지하고, 컴파일 에러를 발생시킵니다.

### 2. 기호표 관리 (Symbol Table Management)

기호표는 프로그램 내에서 정의된 모든 식별자(변수, 함수, 클래스 등)의 정보를 저장하는 자료구조입니다. 의미분석기는 기호표를 생성하고 유지하며, 다음과 같은 정보를 기록합니다:

- 식별자의 이름
- 데이터 타입
- 선언 위치
- 스코프 (지역, 전역 등)
- 메모리 주소 (후속 단계에서 사용)

기호표는 중첩된 블록 구조를 지원하기 위해 **스코프 체인**(Scope Chain)이나 **스택 기반 구조**를 사용할 수 있습니다.

### 3. 스코프 규칙 검사

변수나 함수가 올바른 위치에서 참조되고 있는지 검사합니다. 예를 들어, 지역 변수를 외부 블록에서 접근하려는 경우 오류가 발생합니다.

```c
void func() {
    int x = 10;
}
// x는 이 위치에서 접근 불가
printf("%d", x); // 의미 오류
```

의미분석기는 이러한 **스코프 위반**을 탐지합니다.

### 4. 함수 및 프로시저 호출 검증

함수 호출 시 인자의 수, 타입, 순서가 함수 정의와 일치하는지 확인합니다.

```c
int add(int a, int b);
add(3.5, 4); // 실수를 정수 파라미터에 전달 → 타입 변환 필요 또는 오류
```

이 경우 의미분석기는 암시적 타입 변환이 허용되는지, 또는 오류로 처리해야 하는지를 언어 사양에 따라 판단합니다.

### 5. 배열 및 포인터 사용 검사

배열 인덱스의 유효성, 포인터 연산의 타당성 등을 검사합니다.

```c
int arr[5];
arr[10] = 1; // 배열 범위 초과 → 의미분석기에서 경고 또는 오류
```

일부 의미분석기는 정적 분석을 통해 **배열 경계 위반** 가능성을 탐지할 수 있습니다.

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## 의미분석기의 구현 방식

의미분석기는 일반적으로 다음과 같은 방식으로 구현됩니다:

### - 트리 순회 (Tree Traversal)

구문 트리를 순회하면서 각 노드에 대해 의미 규칙을 적용합니다. 대표적인 순회 방식은 **후위 순회**(Post-order traversal)로, 자식 노드의 의미를 먼저 분석한 후 부모 노드를 처리합니다.

### - 주석 트리 생성 (Annotated AST)

의미분석 과정에서 각 노드에 타입 정보, 기호표 참조 등의 **의미 정보**를 추가하여, 주석이 달린 추상 구문 트리(Annotated AST)를 생성합니다. 이 트리는 이후의 중간 코드 생성 단계에서 활용됩니다.

예시 (간단한 표현식 트리):

```
       [=]
      /   \
    [x]   [+]
         /   \
       [5]   [y]
```

의미분석 후, 각 노드에 타입 정보가 추가됨:

- `x`: int (선언됨)
- `5`: int (리터럴)
- `y`: int (선언됨)
- `[+]`: int (두 피연산자 모두 int)
- `[=]`: int (할당 성공)

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## 의미분석기의 도전 과제

의미분석기는 언어의 복잡성에 따라 다양한 도전에 직면합니다.

### - 타입 추론 (Type Inference)

현대 언어(예: Haskell, TypeScript, Rust)에서는 변수 선언 시 타입을 명시하지 않아도 의미분석기가 자동으로 타입을 추론해야 합니다. 이는 알고리즘의 복잡성을 증가시킵니다.

### - 오버로딩 및 제네릭 처리

함수 오버로딩, 제네릭 타입 등은 의미분석기의 해석을 복잡하게 만듭니다. 예를 들어, `print(x)`가 어떤 `print` 함수를 호출해야 하는지 결정하기 위해 **함수 해상**(Function Resolution) 과정이 필요합니다.

### - 상속 및 다형성 (객체지향 언어)

C++, Java 등의 언어에서는 클래스 상속, 가상 함수, 인터페이스 구현 등이 의미분석에 추가적인 논리를 요구합니다.

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## 관련 기술 및 도구

- **LLVM**: 의미분석 단계를 포함한 모듈화된 컴파일러 인프라
- **ANTLR**: 의미분석을 위한 기호표 및 타입 체커 구현에 활용되는 파서 생성기
- **Clang**: C/C++ 의미분석기로, 정교한 타입 시스템과 기호표 관리를 제공

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## 참고 자료

- Aho, A. V., Lam, M. S., Sethi, R., & Ullman, J. D. (2006). *Compilers: Principles, Techniques, and Tools* (2nd ed.). Pearson Education.  
- Appel, A. W. (1998). *Modern Compiler Implementation in C*. Cambridge University Press.  
- LLVM Documentation: https://llvm.org/docs/  
- Clang Architecture: https://clang.llvm.org/docs/Internals.html

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의미분석기는 컴파일러의 정확성과 안정성을 보장하는 핵심 단계로, 프로그래머가 작성한 코드가 언어의 의미 규칙에 부합하는지 검증함으로써, 런타임 오류를 사전에 방지하는 중요한 역할을 수행합니다.