コンパイラ理論 3 構文解析

コンパイラ理論 12
Racc その7 (ASTを作ろう)
櫻井彰人
内容
オブジェクト指向


(今回に限り)データの実装を見せない、デー
タと操作をセット
Rubyでの例
構文木との関係

作成時点
実際のプログラム

識別子の有効領域(スコープ)の管理
オブジェクト指向
現在では、かなり広い意味を持つ。
今回(プログラミング)に関して、狭い、し
かし、代表的な意味では、
データのカプセル化


データの実装を隠す
データと操作の一体化
クラスとインスタンス
データのカプセル化
例えば、スタック。
多くの言語にはない。
配列で実装する(まねする)
操作は(例えば)、push, pop, last,
isEmpty?, new
例えば、スタック
例えば、次のようにしたい




a = Stack.new
a.push(3)
a.length
a.pop
a: {1,7} → a: {1, 7, 3}
a: {1,7, 3} → 3
a: {1,7, 3} → 3; a: {1, 7}
object.method( a, b, c )
オブジェクト名
メソッド名
メッセージ送信
「メソッド名によるメソッドの起動」ではなく、


オブジェクトに(すべき仕事の内容を表す)メッセージを送り
その答えをメッセージで受け取る
という考え方がある(実は、これが基本)
そうすると、オブジェクトが独立に(並行して)動作するということが
自然に考えられる(実はこれが基本)
この基本的考えに忠実に作成された言語が、(オリジナルの)
smalltalk
非常に綺麗! しかし余りに非効率的
そこで、メッセージ送信というアイデアは尊重しつつ、実装は、関数
呼び出しと同じ実装にしたのが、現代のオブジェクト指向言語
Ruby でのオブジェクト指向の実例
$ irb
irb(main):001:0>
=> 5
irb(main):002:0>
=> 5
irb(main):003:0>
=> 5
irb(main):004:0>
=> 5
irb(main):005:0>
=> 5
irb(main):006:0>
=> 5
irb(main):007:0>
=> 5
2+3
2.+(3)
2.+ 3
2.send( :+, 3)
2.send( '+', 3)
2.send( "+", 3)
2.send :+, 3
Ruby のメソッドについては
http://www.ruby-lang.org/ja/man/html/FAQ_A5E1A5BDA5C3A5C9.html
irb(main):008:0> 2.puts
NoMethodError: private method `puts' called for 2:Fixnum
from (irb):8
from :0
irb(main):009:0> a = Object.new
=> #<Object:0x7ff9e9c4>
irb(main):010:0> a.send 'puts', 2, 3
2
3
=> nil
irb(main):011:0> a.send 'puts', [ 2, 3 ]
23
=> nil
irb(main):012:0> a.send 'puts', *[ 2, 3 ]
2
3
=> nil
irb(main):013:0>
練習問題6
intp.y を動かしてみてください。そして次の確認
と改善をして下さい。



コマンドラインからファイル名を読むようにして下さい。
if then else end の構文が複数行に渡ることを強制し
ています。一行内に書いてもよいようにして下さい。
(山勘を働かせて) べき乗(^)を導入してください。
 注意: FuncallNode.newを呼ぶときの、べき乗の関数名は、
^ではなく**です。
ファイルの読み込み
begin
tree = nil
if ARGV.length>=1 then
fname = ARGV[0]
変更です
else
fname = 'src.intp'
end
File.open(fname) {|f|
tree = Intp::Parser.new.parse(f, fname)
}
tree.evaluate
rescue Racc::ParseError, Intp::IntpError, Errno::ENOENT
raise ####
$stderr.puts "#{File.basename $0}: #{$!}"
exit 1
end
べき乗
expr: expr '^' expr
{
result = FuncallNode.new(@fname, val[0].lineno,
'**', [val[0], val[2]])
}
prechigh
nonassoc
right
left
left
nonassoc
preclow
UMINUS
'^'
'*' '/'
'+' '-'
EQ
If-then-else-end: 失敗ではないが
if_stmt : IF stmt THEN EOL stmt_list else_stmt END
{
result = IfNode.new( @fname, val[0][0],
val[1], val[4], val[5] )
}
| IF stmt THEN
stmt_list else_stmt END
{
result = IfNode.new( @fname, val[0][0],
追加した
val[1], val[3], val[4] )
}
shift/reduce conflict がたくさん出る。というのは
stmt_list から EOL stmt_list EOL という形が導出
されるので、曖昧な文法になっているからである
stmt_list :
{
result = []
}
| stmt_list stmt EOL
{
result.push val[1]
}
| stmt_list EOL
If-then-else-end: 失敗ではないが
else_stmt : ELSE EOL stmt_list
{
result = val[2]
}
|
{
result = nil
}
| ELSE
stmt_list
{
追加した
result = val[1]
}
shift/reduce conflict がたくさん出る。というのは
stmt_list から EOL stmt_list EOL という形が導出
されるので、曖昧な文法になっているからである
If-then-else-end
つまり、逆に、
stmt_list が空文を許すように定義されているため、
if_stmt と else_stmt で EOL を落とすだけでよい!
万事解決かというと:
しかし、if … then a=1 else … というように、 else の左
側に(EOLなしに)文を書くことはできない。
これは、 stmt_list の定義によると、stmt_list の最後は
必ず EOL でなければならないからである。
つまり、… a=1 else … などとするには、stmt_list の定
義を書き換えて、最後にEOLが来る必要をなくせばよい。
if_stmt
: IF stmt THEN stmt_list else_stmt END
{
result = IfNode.new( @fname, val[0][0],
val[1], val[3], val[4] )
}
else_stmt : ELSE stmt_list
{
result = val[3]
}
|
{
result = nil
}
stmt_list :
{
result = []
}
| stmt
{
result=[val[0]]
}
| stmt_list EOL stmt
{
result.push val[2]
}
| stmt_list EOL
では、本論に
全体の流れは、


構文木の作成
それを用いた翻訳実行
追加機能

関数定義
ほかは、基本機能に特化
最初
program
: stmt_list
{
result = RootNode.new( val[0] )
}
ルートノード(木の根)を作る。
ノードの種類をいくつかつくり、
stmt_list :
それごとに、メソッドを定義して
{
いる。
result = []
それより細かい区分は、引数
}
で行う
| stmt_list stmt EOL
{
行の終わりを示す非終端記号
result.push val[1]
}
| stmt_list EOL
結果は配列に入れる
これは、前述のように、修正する
根っこ
親クラス
class RootNode < Node
def initialize(tree)
super nil, nil
@tree = tree
end
def evaluate
exec_list Core.new, @tree
end
end
"new" のときに、実行される
使い方から分かるように、子木の
配列が渡される
インスタンス変数に記憶する
インタプリタ動作用。今回は、
各子ノードで必ず定義する。
コード生成が目的なら、ここを
コード生成にする
親クラス Node のメソッドを使用する
大親 Node
class Node
def initialize(fname, lineno)
@filename = fname
@lineno = lineno
http://www.ruby-lang.org/ja/man/html/FAQ_A5E1A5BDA5C3A5C9.html
の 5.6 を参照
end
attr_reader :filename
attr_reader :lineno
n = Node.new('intp', 1)
puts n.filename, n.lineno
などとできる
def exec_list(intp, nodes)
v = nil
nodes.each {|i| v = i.evaluate(intp) }
v
配列要素一個ずつ。
end
最後の値のみ残る
最後の値を返す
def intp_error!(msg)
raise IntpError, "in #{filename}:#{lineno}: #{msg}"
end
def inspect
"#{self.class.name}/#{lineno}"
end
end
DefNode: 関数定義
class DefNode < Node
def initialize(file, lineno, fname, func)
super file, lineno
@funcname = fname
@funcobj = func
end
def evaluate(intp)
intp.define_function @funcname, @funcobj
end
end
Class Core
def define_function(fname, node)
raise IntpError, "function #{fname} defined twice"
if @ftab.key?(fname)
@ftab[fname] = node
end
Function:関数定義
class Function < Node
def initialize(file, lineno, params, body)
super file, lineno
@params = params
@body = body
end
def call(intp, frame, args)
unless args.size == @params.size
raise IntpArgumentError,
"wrong # of arg for #{frame.fname}()
(#{args.size} for [email protected]})"
end
args.each_with_index do |v,i|
frame[@params[i]] = v
end
exec_list intp, @body
end
end
関数定義の仕方
とりたい!
IDENT
defun : DEF IDENT param EOL stmt_list END
{
result = DefNode.new(@fname, val[0][0], val[1][1],
Function.new(@fname, val[0][0], val[2], val[4]))
}
param
stmt_list
FuncallNode: 関数呼び出し
class FuncallNode < Node
def initialize(file, lineno, func, args)
super file, lineno
@funcname = func
@args = args
end
def evaluate(intp)
args = @args.map {|i| i.evaluate intp }
begin
intp.call_intp_function_or(@funcname, args) {
if args.empty? or not args[0].respond_to?(@funcname)
intp.call_ruby_toplevel_or(@funcname, args) {
intp_error! "undefined function [email protected]}"
}
else
recv = args.shift
recv.send @funcname, *args
end
}
rescue IntpArgumentError, ArgumentError
intp_error! $!.message
end
end
end
FuncallNode: 関数呼び出し2
Class Core
def call_intp_function_or(fname, args)
if func = @ftab[fname]
frame = Frame.new(fname)
@stack.push frame
func.call self, frame, args
@stack.pop
else
yield
end
end
def call_ruby_toplevel_or(fname, args)
if @obj.respond_to? fname, true
@obj.send fname, *args
else
yield
end
end
FuncallNode: 使い方
expr
: expr '+' expr
{
result = FuncallNode.new(@fname, val[0].lineno,
'+', [val[0], val[2]])
}
IfNode: if文
class IfNode < Node
def initialize(fname, lineno, cond, tstmt, fstmt)
super fname, lineno
@condition = cond
@tstmt = tstmt
@fstmt = fstmt
end
def evaluate(intp)
if @condition.evaluate(intp)
exec_list intp, @tstmt
else
exec_list intp, @fstmt if @fstmt
end
end
end
IfNode: 使い方
if_stmt : IF stmt THEN stmt_list else_stmt END
{
result = IfNode.new( @fname, val[0][0],
val[1], val[3], val[4] )
}
stmt
stmt_list
else_stmt
WhileNode: while
class WhileNode < Node
def initialize(fname, lineno, cond, body)
super fname, lineno
@condition = cond
@body = body
end
def evaluate(intp)
while @condition.evaluate(intp)
exec_list intp, @body
end
end
end
WhileNode: 使い方
とりたい!
while_stmt: WHILE stmt DO EOL stmt_list END
{
result = WhileNode.new(@fname, val[0][0],
val[1], val[4])
}
AssignNode: 代入
class AssignNode < Node
def initialize(fname, lineno, vname, val)
super fname, lineno
@vname = vname
@val = val
end
def evaluate(intp)
intp.frame[@vname] = @val.evaluate(intp)
end
end
AssignNode: 使い方
assign
{
: IDENT '=' expr
result = AssignNode.new(@fname,
val[0][0], val[0][1], val[2])
}
VarRefNode: 変数引用
class VarRefNode < Node
def initialize(fname, lineno, vname)
super fname, lineno
@vname = vname
end
def evaluate(intp)
if intp.frame.lvar?(@vname)
intp.frame[@vname]
else
intp.call_function_or(@vname, []) {
intp_error!
"unknown method or local variable [email protected]}"
}
end
end
end
class Frame
def initialize(fname)
@fname = fname
@lvars = {}
end
Rubyレファレンス「クラス/メソッドの定
義」中「演算子式の定義」
使用例: frame[@params[i]] = v
attr :fname
def lvar?(name)
@lvars.key? name
end
def [](key)
@lvars[key]
end
def []=(key, val)
@lvars[key] = val
end
end
VarRefNode: 使い方
realprim :
IDENT
{
result = VarRefNode.new(@fname, val[0][0],
val[0][1])
}
| NUMBER
{
result = LiteralNode.new(@fname, *val[0])
}
| STRING
{
result = StringNode.new(@fname, *val[0])
}
StringNode と LiteralNode
class StringNode < Node
def initialize(fname, lineno, str)
super fname, lineno
@val = str
end
def evaluate(intp)
@val.dup
end
end
class LiteralNode < Node
def initialize(fname, lineno, val)
super fname, lineno
@val = val
end
def evaluate(intp)
@val
end
end
StringNode/LiteralNode : 使い方
realprim :
IDENT
{
result = VarRefNode.new(@fname, val[0][0],
val[0][1])
}
| NUMBER
{
result = LiteralNode.new(@fname, *val[0])
}
| STRING
{
result = StringNode.new(@fname, *val[0])
}