[Python] 파이썬의 내부구조

파이썬의 내부구조

파이썬은 고수준의 프로그래밍 언어이며, 그 내부에는 여러 가지 컴포넌트와 모듈이 있습니다. 다음은 파이썬의 기본 내부 구조에 대한 간단한 설명입니다:

1. **컴파일러와 인터프리터**:
   - 파이썬은 일반적으로 CPython이라는 구현체를 사용합니다. 이는 파이썬 코드를 C 언어로 컴파일한 다음 인터프리터에서 실행하는 방식입니다.

2. **코드 객체**:
   - 파이썬 소스 코드는 바이트 코드로 변환됩니다. 이러한 바이트 코드는 코드 객체에 저장되며, 이는 파이썬 인터프리터에 의해 실행됩니다.

3. **가비지 컬렉션**:
   - 파이썬은 자동 메모리 관리를 제공하기 위해 가비지 컬렉션을 사용합니다. 이는 더 이상 사용되지 않는 객체들을 자동으로 정리하여 메모리 누수를 방지합니다.

4. **스크립트 실행 환경**:
   - 파이썬은 모듈, 패키지 및 패키지 내부의 모듈을 관리하는 시스템을 제공합니다.

5. **데이터 타입과 객체**:
   - 파이썬은 다양한 데이터 타입을 지원하며, 이들은 객체로 표현됩니다. 모든 것이 객체이기 때문에 변수는 해당 객체를 참조하게 됩니다.

6. **파이썬 가상 머신 (Python Virtual Machine, PVM)**:
   - PVM은 파이썬 코드를 실행하는 엔진입니다. PVM은 코드를 실행하고 객체를 관리하며, 필요한 경우에는 C 라이브러리와 상호 작용합니다.

7. **표준 라이브러리**:
   - 파이썬은 풍부한 표준 라이브러리를 제공합니다. 이는 다양한 작업을 수행하기 위한 모듈과 클래스의 모음입니다.

8. **C 확장 모듈**:
   - 파이썬은 C로 작성된 확장 모듈을 로드하여 파이썬 코드에서 C 라이브러리를 사용할 수 있습니다.

9. **내장 함수와 객체**:
   - 파이썬은 기본적인 함수와 객체를 제공하여 개발자가 쉽게 프로그램을 작성할 수 있도록 합니다.

10. **실행 모드**:
   - 대화형 모드와 스크립트 모드 두 가지 실행 모드를 지원합니다. 대화형 모드에서는 한 줄씩 코드를 입력하여 결과를 바로 확인할 수 있습니다. 스크립트 모드에서는 코드가 파일에 저장되어 실행됩니다.

이러한 내부 구조의 이해는 파이썬을 깊이 이해하고 효과적으로 활용하는 데 도움이 될 것입니다.

 

파이썬 가상머신 종류

파이썬은 여러 가상 머신 (Python Virtual Machine, PVM) 구현체를 가지고 있습니다. 이러한 구현체들은 파이썬 코드를 실행하는 역할을 합니다. 가장 널리 사용되는 구현체는 CPython입니다. 그 외에도 다음과 같은 파이썬 가상 머신들이 있습니다:

1. **CPython**:
   - CPython은 파이썬의 기본 및 표준 구현체로, C언어로 구현되어 있습니다. 이것이 가장 널리 사용되며, 파이썬의 공식 사이트에서 배포되는 버전은 대부분 CPython입니다.

2. **Jython (JPython)**:
   - Jython은 파이썬 코드를 자바 가상 머신 (JVM)에서 실행하기 위한 구현체입니다. 이것은 파이썬 코드를 자바 클래스로 변환하고 JVM에서 실행합니다.

3. **IronPython**:
   - IronPython은 .NET 프레임워크에서 실행되도록 설계된 파이썬 구현체입니다. C#으로 구현되었으며, .NET 라이브러리 및 프레임워크와의 상호 작용이 용이합니다.

4. **PyPy**:
   - PyPy는 파이썬으로 작성된 파이썬 인터프리터입니다. Just-In-Time 컴파일러(JIT)를 사용하여 실행 성능을 향상시키는 것이 특징입니다.

5. **MicroPython**:
   - MicroPython은 리소스가 제한된 임베디드 시스템에서 사용되도록 최적화된 파이썬 구현체입니다.

6. **Stackless Python**:
   - Stackless Python은 재귀 호출의 깊이 제한 없이 수많은 쓰레드를 생성할 수 있는 구현체입니다. 또한 태스크 스케줄링을 위한 특별한 확장을 제공합니다.

이러한 다양한 파이썬 가상 머신들은 각각의 특징과 사용 사례가 있으며, 프로젝트의 요구 사항에 따라 선택할 수 있습니다.

 

파이썬의 구현체 중 속도가 빠른 구현체

현재로서의 기준으로 파이썬 구현체 중에서 성능이 좋은 것은 `PyPy`입니다. PyPy는 Just-In-Time (JIT) 컴파일러를 사용하여 실행 속도를 향상시킵니다. 특히 일부 코드에서는 CPython보다 빠를 수 있습니다.

그러나 PyPy는 특정 종류의 작업에서 탁월한 성능을 보이지만, 모든 경우에 대해 항상 빠르다는 보장은 없습니다. 따라서 프로젝트의 요구 사항과 사용하는 라이브러리 등을 고려하여 어떤 구현체를 사용할지 결정해야 합니다.

또한, CPython은 가장 표준적이며 널리 사용되는 구현체이기 때문에 C 확장 모듈을 사용하는 경우에는 CPython을 사용하는 것이 좋을 수 있습니다.

 

파이썬 코드가 실행되는 순서

파이썬 코드가 실행되는 순서는 다음과 같습니다:

1. **소스 코드 작성**:
   - 먼저 파이썬 소스 코드를 작성합니다. 이 코드는 텍스트 파일로 저장됩니다. 일반적으로 확장자는 `.py`를 사용합니다.

2. **코드 읽기**:
   - 파이썬 인터프리터가 소스 코드를 읽어들입니다. CPython 구현체의 경우, 소스 코드는 바이트 코드로 변환됩니다.

3. **바이트 코드 실행**:
   - 변환된 바이트 코드는 파이썬 가상 머신 (PVM)에서 실행됩니다. PVM은 코드를 한 줄씩 읽어들이면서 실행합니다.

4. **명령문 실행**:
   - PVM은 소스 코드를 명령문 단위로 실행합니다. 명령문은 주로 한 줄의 코드를 나타냅니다. 예를 들어, 함수 호출, 변수 할당 등이 명령문입니다.

5. **객체 생성과 관리**:
   - 코드가 실행될 때, 파이썬은 객체를 생성하고 관리합니다. 모든 것은 객체로 표현되며, 이러한 객체들은 메모리에 할당됩니다.

6. **가비지 컬렉션**:
   - 가비지 컬렉터는 더 이상 사용되지 않는 객체들을 정리하여 메모리를 해제합니다.

7. **결과 반환**:
   - 코드의 실행이 끝나면, 결과가 반환됩니다. 이 결과는 화면에 표시될 수도 있고, 변수에 저장될 수도 있습니다.

8. **프로그램 종료**:
   - 코드의 실행이 완료되면 프로그램이 종료됩니다.

이러한 순서로 파이썬 코드가 실행됩니다. 이 과정은 대부분의 파이썬 구현체에서 동일하게 적용되며, 예를 들어 CPython, PyPy, Jython 등에서도 유사하게 진행됩니다.