# 타겟 코드 생성

겟 코드 생성(Target Code Generation)은 컴파일러 핵심 단계 중 하나로, 소스 코드를 특정 하웨어 아키텍 또는 가상 머신에서 실행 가능한 기계어 코드 또는 저수준 코드로 변환하는 과정을 의미합니다. 이 단계는 일반적으로 **중간 코드**(Intermediate Code)를 입력으로 받아, 대상 플랫폼(타겟)에 맞는 최적화된 실행 코드를 생성합니다. 타겟 코드 생성은 프로그램의 성능, 메모리 사용 효율, 실행 속도에 직접적인 영향을 미치므로, 컴파일러 설계에서 매우 중요한 역할을 합니다.

## 개요

컴파일러는 일반적으로 다음과 같은 주요 단계로 구성됩니다:

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

이 중 **타겟 코드 생성**은 컴파일 과정의 마지막 단계로서, 최종적으로 CPU가 직접 이해하고 실행할 수 있는 기계어 또는 어셈블리 코드를 생성하는 작업을 수행합니다. 이 과정은 대상 CPU의 명령어 세트 아키텍처(ISA, Instruction Set Architecture)에 따라 달라지며, x86, ARM, RISC-V 등 다양한 아키텍처에 맞는 코드가 생성될 수 있습니다.

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## 타겟 코드 생성의 주요 구성 요소

타겟 코드 생성기는 다음과 같은 핵심 작업을 수행합니다:

### 1. 명령어 선택 (Instruction Selection)

명령어 선택은 중간 코드를 대상 아키텍처의 명령어로 매핑하는 과정입니다. 예를 들어, 중간 코드에서 `a = b + c`라는 연산이 있을 때, 이를 x86 아키텍처에서는 `ADD` 명령어로, ARM에서는 `ADD` 또는 `ADDS` 명령어로 변환합니다.

이 과정은 일반적으로 **패턴 매칭**(Pattern Matching) 기법을 사용하며, 중간 코드의 트리 구조를 타겟 명령어의 패턴과 비교하여 최적의 매핑을 찾습니다. 고급 컴파일러는 **문법 기반 매칭**(Tree Parsing) 또는 **자동 생성 도구**(예: LLVM TableGen)를 활용하기도 합니다.

### 2. 레지스터 할당 (Register Allocation)

컴퓨터의 레지스터는 매우 빠른 메모리 자원이지만 수량이 제한되어 있으므로, 효율적인 레지스터 사용은 성능 향상에 핵심적입니다. 레지스터 할당은 변수나 임시 값을 어떤 레지스터에 저장할지 결정하는 과정입니다.

주요 알고리즘:
- **그래프 색칠**(Graph Coloring): 변수 간 충돌(동시 사용)을 그래프로 표현하고, 색(레지스터)을 할당
- **선형 스캔**(Linear Scan): 간단하고 빠른 알고리즘으로 JIT 컴파일러에서 자주 사용
- **기본 블록 기반 할당**: 작은 코드 블록 단위로 할당

레지스터 부족 시에는 **스퍼링**(Spilling) 기법을 사용해 일부 값을 메모리로 내려보냅니다.

### 3. 명령어 스케줄링 (Instruction Scheduling)

현대 CPU는 파이프라인, 슈퍼스칼라, 아웃오브오더 실행 등의 기능을 지원하므로, 명령어의 순서를 재배치하여 성능을 최적화할 수 있습니다. 명령어 스케줄링은 데이터 의존성과 리소스 경합을 고려하면서 명령어의 실행 순서를 조정하는 기술입니다.

예:
```asm
; 비효율적인 순서
LOAD R1, [A]
ADD  R2, R1, #5
LOAD R3, [B]   ; 이 명령은 ADD와 독립적이므로 앞당길 수 있음
```

스케줄링 후:
```asm
LOAD R1, [A]
LOAD R3, [B]   ; 병렬 로드 가능
ADD  R2, R1, #5
```

이러한 최적화는 특히 지연 시간이 큰 메모리 접근 연산에서 효과적입니다.

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## 타겟 코드 생성의 예시

다음은 간단한 C 코드와 이를 x86-64 아키텍처에서 타겟 코드로 변환한 예입니다.

**소스 코드 (C):**
```c
int add(int a, int b) {
    return a + b;
}
```

**생성된 어셈블리 코드 (x86-64):**
```asm
add:
 mov eax, edi    ; a를 eax에 복사 (EDI는 첫 번째 인수)
    add eax, esi    ; b를 더함 (ESI는 두 번째 인수)
    ret             ; 결과를 EAX에 담아 반환
```

이 예시에서 컴파일러는 함수 인수 전달 규약(System V ABI)을 따르며, `EDI`와 `ESI` 레지스터를 사용하고, 결과를 `EAX`에 저장합니다. 이 과정에서 명령어 선택, 레지스터 할당, 호출 규약 처리가 모두 포함됩니다.

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## 타겟 코드 생성기의 구현 방식

타겟 코드 생성기는 다음과 같은 방식으로 구현될 수 있습니다:

| 방식 | 설명 | 장점 | 단점 |
|------|------|------|------|
| **수동 구현** | 각 아키텍처에 대해 직접 코드 생성 로직을 작성 | 완전한 제어 가능, 고도 최적화 | 유지보수 어려움, 이식성 낮음 |
| **도구 기반 생성** | LLVM, GCC의 `RTL`, `TableGen` 등 도구 사용 | 다양한 아키텍처 지원, 자동화 | 학습 곡선이 큼 |
| **도메인 특화 언어**(DSL) | 명령어 패턴을 선언형으로 기술 | 명확성, 재사용성 | 유연성 제한 |

예를 들어, **LLVM**은 중간 표현(LLVM IR)을 받아 다양한 백엔드(x86, ARM, MIPS 등)에서 타겟 코드를 생성할 수 있도록 설계되어 있으며, 코드 생성 과정을 모듈화하여 재사용성을 극대화했습니다.

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## 관련 기술 및 도구

- **LLVM**: 모던 컴파일러 인프라로, 타겟 코드 생성에 강력한 최적화와 다수의 백엔드 지원
- **GCC (GNU Compiler Collection)**: 오랜 역사와 다양한 아키텍처 지원
- **Java JIT 컴파일러**: 런타임에 타겟 코드를 생성 (HotSpot VM)
- **WebAssembly**: 크로스 플랫폼 바이트코드로, 브라우저 내에서 타겟 코드로 변환

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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.). Addison-Wesley.
- LLVM Documentation: [https://llvm.org/docs/](https://llvm.org/docs/)
- Intel 64 and IA-32 Architectures Software Developer’s Manual

타겟 코드 생성은 단순한 번역을 넘어서, 성능과 효율을 극대화하는 지능적인 프로세스입니다. 컴파일러 기술의 발전은 이 단계의 정교함과 최적화 능력에 크게 의존하고 있습니다.