言語理論とコンパイラ

第十二回: 中間表現、意味解析

2013 年 7 月 5 日

http://www.sw.it.aoyama.ac.jp/2013/Compiler/lecture12.html

Martin J. Dürst

© 2005-13 Martin J. Dürst 青山学院大学

今日の予定

• ミニテスト
• 前回のまとめ
• これからの予定
• bison の宿題のヒント
• 中間表現: 構文木と名前表
• 意味解析

前回のまとめ

• 演算子の優先度と結合規則が文法の書き換え規則の形で決まる
• 文法の書き換え規則ではパターンに注意
• 構文解析のエラー処理では要点が多く、対応が難しい
• bison では error トークンを含む規則でエラーが処理可能

これからの予定

• 7月 5日: 中間表現、意味解析
• 7月12日: コード生成
• 7月19日: 最適化
• 7月26日: 実行環境、仮想計算機、ゴミ集め、動的コンパイラ
• 8 月 2日 11:10-12:10: 期末試験

過去問とその活用方法

• 2010 年の試験
• 2009 年の試験
• 2008 年の試験
• 2007 年の試験
• 2006 年の試験
• 2005 年の試験
• 最新のブラウザ (Opera, Firefox, Chrome, Safari, IE9) で閲覧
• 正解例を見るためには表示⇒スタイル で「solutions」に設定
• 正解例を見ないで本番と同様に時間を決めて解いてみるのが効果的
• 正解例はあくまでも例で、他にも正解がありえる

宿題のヒント

• calc などからスタート、しかしファイル名を変更 (makefile 内も)
• YYSTYPE は実数から整数に変更 (.lex と .y 両方)
• .y で追加のトークンを定義
• .lex で追加のトークンを認識
• shift/reduce conflict や reduce/reduce conflict がありうる
  • .output ファイルを見て検討
  • 実際の入力で試してみる
• 文法を少しづつ拡張しながら念入りにテスト
• 今回の演習で、多くの計算が ? : で実装可能
• テストファイルを作成、文法を拡張するたびにテストを追加
• 関心の項目 (優先順位、結合規則) を仕分けるテストを作成
• テストの結果を取っておいて、次のテストの結果と比較
• テスト用入力ファイル: test.in; 確認用ファイル: test.check
• 変数はあらかじめグローバル変数の配列で場所を用意

コンパイラの段階

字句解析 (lexical analysis)

構文解析 (parsing; syntax analysis)

意味解析 (semantic analysis)

最適化 (optimization)

コード生成 (code generation)

中間表現: 名前表

(symbol table)

• 提供する機能:
  • 名前の検索
  • 名前の登録と取り消し
  • 名前についてのデータの管理
• 要点:
  • 使うことが多く、名前の数が多いので効率が大切
  • 同じ名前が複数ある可能性があるので区別が必要

名前表が扱うデータ

• 名前の種類 (変数、関数、型など)
• 定義か宣言だけか
• 変数、関数などの型
• 名前が有効な領域 (例えば関数、ブロック)
• 変数などの場合: 大きさ (必要なメモリ)
• 関数、変数などの (相対) アドレス

中間表現: 構文木

簡単なプログラム言語と簡単なマシーン・アーキテクチャの場合 (例えば Pascal からスタック・マシーン) には構文解析しながらコード生成を行う (構文木を生成しない) こともある

構文木の生成: 構文規則ごとの処理で生成。例:

expression: expression '+' term { $$ = $1 + $3; }

を次に変える:

expression: expression '+' term
            { $$ = newnode(PLUS, $1, $3); }

(YYSTYPE も変更)

構文木では二分木が多いが、関数の引数などに特別な措置が必要

意味解析

(semantic analysis)

• 主に型の処理:
  • 型が合うかどうかのチェック
  • 必要に応じて型の自動変換 (構文木に新たなノードの追加)
  • C などでは比較的簡単
  • オブジェクト指向言語の場合、もうちょっと複雑 (継承)
  • 型推論 (type inference) を行う言語もある (例: Haskell)
• 構文木の生成の時に行うか後で行うか

型の等価

(type equivalence)

型が同じかどうか複数の定義がある:

• 同じ名前の型が同じ (簡単だが利用者にとって不便)
• 同じ中身の型が同じ (複雑)
• オブジェクト指向などでは様々な考え方

C の例: type-equivalence.c (コンパイル可能か)

型の等価: Haskell の例

• Haskell: 理論にも強い関数型言語
• 特徴:
  • 代入や繰り返しなし
  • 遅延評価
  • 型推論
• 具体例:
  • 関数 f の型: (a, Char) -> (a, [Char])
    (a と Char の二次組から a と Char のリストへの関数)
  • 関数 g の型: (Int, [b]) -> Int
    (Int と b のリストの二次組から Int への関数)
  • 関数 h(x) := g(f(x) の型は?

超単純アセンブリ言語

• メモリのアドレスは変数名 (小文字) で表す
• レジスタは R1, R2,... で表し、数は特定の制限がない
• 被演算子の順番は結果が一番最初に

構文木からのコード生成

• 構文木を深さ優先にたどり、ノードを帰りがけ順でたどる
• 定数の葉で CONST 命令を生成
• 変数の葉で LOAD 命令を生成
• 内部節で演算命令を生成
• 命令の生成後、節の情報をレジスタ番号に変更
• 内部節の変更後、その下の部分木を削除
• 代入の左の部分木を後回しし、代入を STORE に変更