# 의미 분석

의미 분석(Semantic Analysis)은파일러가 소스 코드를 해석하는 과정 중 중요한 단계로, 문법적으로 올바른 코드가 실제로 프로그래밍 언어의 의미 체계에 부합하는지를 검사하는 작업입니다. 이 단계는 구문 분석(Syntax Analysis) 이후에 수행되며, 컴파일러가 프로그램의 논리적 구조와 의미를 이해하고 오류를 탐지하며 최적화를 준비하는 데 핵심적인 역할을 합니다.

## 개요

컴파일러는 일반적으로 다음과 같은 주요 단계를 거쳐 소스 코드를 기계어로 변환합니다:  
1. 어휘 분석 (Lexical Analysis)  
2. 구문 분석 (Syntax Analysis)  
3. **의미 분석 (Semantic Analysis)**  
4. 중간 코드 생성  
5. 코드 최적화  
6. 코드 생성  

의미 분석은 문장 구조가 문법적으로 맞는지 확인하는 구문 분석을 넘어서, 변수의 타입, 함수 호출의 적절성, 스코프 규칙, 선언과 사용의 일관성 등 **의미적 오류**를 탐지하는 단계입니다. 예를 들어, 정수와 문자열을 더하는 연산이나 선언되지 않은 변수 사용과 같은 오류는 문법적으로는 유효할 수 있지만 의미적으로는 잘못된 경우입니다.

## 의미 분석의 주요 작업

### 1. 타입 검사 (Type Checking)

타입 검사는 의미 분석의 핵심 요소로, 프로그램 내에서 데이터 타입이 올바르게 사용되고 있는지 확인합니다. 예를 들어, 다음 C 코드는 문법적으로는 유효하지만 의미적으로 오류를 포함합니다:

```c
int a = 5;
char b = "hello";
```

이 경우 `b`는 `char` 타입이지만 문자열 리터럴을 할당하고 있으므로 타입 불일치 오류가 발생합니다. 컴파일러는 이 단계에서 타입 호환성, 타입 변환(암시적 또는 명시적), 배열과 포인터의 사용 등을 검사합니다.

### 2. 스코프 관리 (Scope Resolution)

스코프는 변수나 함수가 어디에서 접근 가능한지를 결정하는 규칙입니다. 의미 분석기는 **기호표(Symbol Table)** 를 활용하여 각 식별자(변수, 함수 등)의 선언 위치, 유효 범위, 타입 등을 기록하고 관리합니다. 예를 들어, 중첩된 블록에서 동일한 이름의 변수가 선언될 경우, 올바른 스코프 규칙을 적용하여 이름 충돌을 해결합니다.

```c
int x = 10;
{
    int x = 20; // 유효 (내부 스코프)
    printf("%d", x); // 20 출력
}
printf("%d", x); // 10 출력
```

기호표는 트리 구조나 해시 테이블로 구현되며, 의미 분석 과정에서 지속적으로 업데이트됩니다.

### 3. 선언과 사용의 일치 확인

의미 분석기는 모든 식별자가 사용되기 전에 올바르게 선언되었는지 확인합니다. 예를 들어, 다음 코드는 의미적 오류를 포함합니다:

```c
printf("%d", y); // y가 선언되지 않음
int y = 5;
```

이 경우 컴파일러는 `y`가 선언되기 전에 사용되었음을 감지하고 오류를 보고합니다.

### 4. 함수 호출의 적절성 검사

함수 호출 시 인자의 수, 타입, 순서가 함수 원형(프로토타입)과 일치하는지 검사합니다. 예를 들어:

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

이 경우 컴파일러는 암시적 타입 변환을 허용할지, 또는 오류로 처리할지를 언어 사양에 따라 결정합니다.

## 의미 분석의 출력

의미 분석 단계의 주요 출력은 다음과 같습니다:

- **오류 보고**: 타입 불일치, 미선언 변수, 잘못된 함수 호출 등에 대한 오류 메시지.
- **기호표 업데이트**: 모든 식별자의 정보가 정확히 기록된 기호표.
- **주석이 추가된 구문 트리 (Annotated AST)**: 타입 정보, 스코프 정보 등이 추가된 추상 구문 트리로, 이후 단계에서 활용됩니다.

## 관련 기술 및 도구

의미 분석을 구현하는 데에는 다음과 같은 기술과 도구가 사용됩니다:

| 기술/도구 | 설명 |
|---------|------|
| 기호표 (Symbol Table) | 식별자의 정보를 저장하고 검색하는 자료구조 |
| 타입 시스템 (Type System) | 타입의 정의, 관계, 검사 규칙을 수학적으로 모델링 |
| AST 변환기 | 구문 트리에 의미 정보를 추가하여 변환 |
| LLVM, ANTLR | 의미 분석 단계를 지원하는 컴파일러 프레임워크 |

예를 들어, ANTLR 같은 파서 생성기 도구는 의미 분석을 위한 리스너(Listeners) 또는 방문자(Visitors) 패턴을 제공하여 AST를 탐색하고 의미 검사를 수행할 수 있게 해줍니다.

## 참고 자료 및 관련 문서

- [Aho, A. V., Lam, M. S., Sethi, R., & Ullman, J. D. (2006). *Compilers: Principles, Techniques, and Tools* (2nd ed.)](https://en.wikipedia.org/wiki/Compilers:_Principles,_Techniques,_and_Tools)  
- LLVM 문서: [https://llvm.org/docs/](https://llvm.org/docs/)  
- ANTLR 4 공식 문서: [https://github.com/antlr/antlr4](https://github.com/antlr/antlr4)  
- Wikipedia - Semantic Analysis (Computer Science): [https://en.wikipedia.org/wiki/Semantic_analysis_(computer_science)](https://en.wikipedia.org/wiki/Semantic_analysis_(computer_science))

의미 분석은 컴파일러의 정확성과 안정성을 보장하는 핵심 단계이며, 현대의 정적 분석 도구, IDE의 코드 검사 기능, 언어 서버 프로토콜(LSP) 등에도 그 원리가 광범위하게 응용되고 있습니다.