計算機科学実験及演習3 SW 課題6の説明吉川・⾺馬研究室正元修平(Shuhei Shogen) 2014/06/12 内容 •  まずはじめに -  課題3, 4(, 5)までの説明は最⼩小限に留留める •  課題6の補⾜足説明 -  構⽂文⽊木とその作り⽅方 -  構⽂文⽊木の作成時における lexファイル，yaccファイルの変更更点 -  構⽂文⽊木の表⽰示⼿手法計算機科学実験及演習3 ソフトウェア 2014/06/12 2 まずはじめに何がしたいのかを思い出そう！計算機科学実験及演習3 ソフトウェア 2014/06/12 3 コンパイラ •  プログラミング⾔言語のソースファイルをアセンブリ⾔言語のファイルに変換するプログラム •  今回の実験では，Tiny Cのファイルを読み込んで，それをアセンブリ⾔言語に変換するプログラムを作る func int func(int x)! {! while(x > 1) {! x = x – 2;! }! return x;! } ! L1 今回作るプログラム L2 Tiny Cのファイル func.tc !GLOBAL func! !push !ebp! !mov !ebp, esp! !mov !eax, [ebp+8]! !cmp !eax, 1! !setg !a1! !movzx !eax, a1! !cmp !eax, 0! !je !L2! !mov !eax, [ebp+8]! !sub !eax, 2! !mov ![ebp+8], eax! !jmp !L1! !mov !eax, [ebp+8]! !mov !esp, ebp! !pop !ebp! !ret! アセンブリ⾔言語のファイル func.asm 計算機科学実験及演習3 ソフトウェア 2014/06/12 4 コンパイラ作成の流流れ字句句解析構⽂文解析意味解析コード⽣生成計算機科学実験及演習3 ソフトウェア 2014/06/12 5 コンパイラ作成の流流れ字句句解析構⽂文解析意味解析コード⽣生成計算機科学実験及演習3 ソフトウェア 2014/06/12 6 コンパイラ作成の流流れ字句句解析構⽂文解析意味解析コード⽣生成計算機科学実験及演習3 ソフトウェア 2014/06/12 7 課題6 計算機科学実験及演習3 ソフトウェア 2014/06/12 9 課題3(または課題5)まで •  yacc(bison) とlex(flex)を⽤用いて， Tiny Cの構⽂文解析器を作った -  ⼊入⼒力力がTiny Cの⽂文法に合っていれば何もせず終了了間違っていれば，”Syntax Error”を出⼒力力して停⽌止 ü  課題5ではエラーリカバリ処理理を⾏行行う -  ここでバグを残すと後がつらいのでちゃんとテストしましょう… int func(int n)! {! int result;! result = 4 + n * n;! return result;! }! int func(in n)! {! int result;! result = 4 n * n;! return result! ○ × ! 計算機科学実験及演習3 ソフトウェア 2014/06/12 10 課題3(または課題5)まで •  構⽂文的に正しいかどうかを判定するだけでは，その後の意味解析・コード⽣生成が出来ない -  下記の関数funcについて，課題3の解析器でも，これが構⽂文的に正しいことを⾔言うことはできる -  しかし，このままだと，例例えば3⾏行行⽬目のresultが4, 5⾏行行⽬目のresultと同じものであることは判定できない -  コンパイラの内部でこれらの計算をするための準備が必要 int func(int n)! {! int result;! result = 4 + n * n;! return result;! }! 計算機科学実験及演習3 ソフトウェア 2014/06/12 11 構⽂文⽊木 •  今後の処理理に使うためにコンパイラが使う内部表現 -  ⽊木構造を持つ •  各ノードは，⾃自⾝身がどの種類のノードかを表す値 (FUNDEF, CONSなど)と，⼦子要素へのポインタを持っている -  これらはyaccファイル内の%token(または%type)部で宣⾔言すると使えるようになる読み込んだソースファイル構⽂文⽊木計算機科学実験及演習3 ソフトウェア 2014/06/12 12 C⾔言語で構⽂文⽊木を表現する •  構造体と共⽤用体を⽤用いる typedef struct c { /* 定数ノード */! int op;! int v;! } *constant;! ! typedef struct tk { /* トークンノード(識別子を表す) */! int op;! char *name;! } *token;! ! typedef struct tp { /* N組(今回はN=4とする) */! int op;! union nd *a[4];! } *tuple;! ! typedef union nd { /* 構文木 */! struct {! int op;! } n;! struct tp tp;! struct tk tk;! struct c c;! } *tree;! 計算機科学実験及演習3 ソフトウェア 2014/06/12 13 C⾔言語で構⽂文⽊木を表現する •  構⽂文⽊木(のノード)⽣生成⽤用の関数 /* N組生成用の関数 */! tree make_tuple(int, tree, tree, tree, tree);! ! /* トークンノード生成用の関数 */! tree make_token_node(char *);! ! /* 定数ノード生成用の関数 */! tree make_constant_node(int);! •  tree型は，⽊木のノード型(nd)へのポインタ型 •  これらの関数を定義する際には，mallocなどを使ってtree型変数⽤用のメモリ領領域を確保してから，そこに適切切な値を代⼊入し，ポインタを返す必要がある計算機科学実験及演習3 ソフトウェア 2014/06/12 14 共通の型定義/関数宣⾔言をまとめる util.h typedef struct c { /* 定数ノード */! int op;! int v;! } *constant;! … /* 省略 */! typedef union nd { /* 構文木 */! struct {! int op;! } n;! struct tp tp;! struct tk tk;! struct c c;! } *tree;! ! /* N組生成用の関数 */! tree make_tuple(int, tree, tree, tree, tree);! ! /* トークンノード生成用の関数 */! tree make_token_node(char *);! ! /* 定数ノード生成用の関数 */! tree make_constant_node(int);! kadai6.l %{! …! /* インクルードの順序に注意 */! #include “util.h”! #include “kadai6.tab.h”! %}! …! kadai6.y %{! …! #include “util.h”! %}! …! •  これらの関数宣⾔言と構⽂文⽊木の型定義は， yaccファイル，lexファイルの両⽅方で使うので，ヘッダファイルにまとめて書いてからインクルードするとよい -  必要に応じてインクルードガードを⾏行行う計算機科学実験及演習3 ソフトウェア 2014/06/12 15 構⽂文⽊木のイメージノードの種類を表す (CONS, FUNDEFなども可) ⼦子が存在しない時は NULLを⼊入れる tree make_tuple(‘+’, tree, tree, NULL, NULL)! N組を返す定数ノードを返す N組を返す tree make_constant_node(4)! tree make_tuple(‘*’, tree, tree, NULL, NULL)! トークンノードを返す tree make_token_node(“n”)! トークンノードを返す tree make_token_node(“n”)! •  tree型はN組，トークンノード，定数ノードのすべて(へのポインタ)を表現することができることに注意計算機科学実験及演習3 ソフトウェア 2014/06/12 16 yaccファイルにおけるアクションの記述 •  $$: 構⽂文規則の左辺の式に対応する構⽂文⽊木を記述 •  $n: ルールのn番⽬目の終端/⾮非終端記号の値に対応する構⽂文⽊木を記述 add_expr:! mult_expr! { $$ = $1; }! /* mult_exprに対応する構文木を(そのまま)add_exprに渡す */! | add_expr ‘+’ mult_expr! { $$ = make_tuple(‘+’, $1, $3, NULL, NULL); }! /* add_exprとmult_exprに対応する構文木についてN組を作ってadd_exprに渡す */! | add_expr ‘-’ mult_expr! { $$ = make_tuple(‘-’, $1, $3, NULL, NULL); }! /* 同上 */! ;! 計算機科学実験及演習3 ソフトウェア 2014/06/12 17 終端/⾮非終端記号の扱い •  ⼤大域変数yylval: 終端記号の値に相当 •  yaccファイルにおける$$, $nなどの変数 -  これらはデフォルトだとint型 •  構⽂文⽊木を作る際には，終端/⾮非終端記号の値としてtree型を扱う必要がある •  2種類の対応策 1.  マクロYYSTYPEを再定義し，記号をtree型にする 2.  %union宣⾔言によって，記号が複数の型を持てるようにする計算機科学実験及演習3 ソフトウェア 2014/06/12 18 YYSTYPEの再定義 yaccファイル %{! …! #define YYSTYPE tree /* 記号の型をtree型にする */! …! }%! …! primary_expr:! Identifier! { $$ = $1; } ! | Integer! { $$ = $1; }! | ‘(‘ expression ‘)’! { $$ = $2; }! ;! …! •  記号の型は，葉葉/⾮非葉葉ノードともにtree型となる計算機科学実験及演習3 ソフトウェア 2014/06/12 19 YYSTYPEの再定義 lexファイル %{! …! #define YYSTYPE tree /* 記号の型をtree型にする */! …! }%! …! {識別子を表す正規表現} {! yylval = make_token_node(strdup(yytext)); ! return Identifier;! }! ! {定数を表す正規表現} {! yylval = make_constant_node(atoi(yytext));! return Integer;! }! …! •  lexファイル側でトークンノードと定数ノードを作り，yylvalに代⼊入計算機科学実験及演習3 ソフトウェア 2014/06/12 20 %union宣⾔言による記号の複数型対応 yaccファイル /* YYSTYPEの再定義は不要 */! …! %union {! int i;! char *str;! tree n;! }! %token <i> Integer /* Integerは整数 */! %token <str> Identifier /* Identifierは文字列 */! %token INT …! %type <n> add_expr mult_expr … /* 構文木の非葉ノードはtree型*/! …! primary_expr:! Identifier! { $$ = make_token_node($1); } /* make_token_nodeの引数$1はchar*型 */! | Integer! { $$ = make_constant_node($1); } /* make_constant_nodeの引数$1はint型 */! | ‘(‘ expression ‘)’! { $$ = $2; }! ;! …! •  記号の型として，int型，char*型，tree型のすべてが認められる •  %union宣⾔言した時は，⼀一部の記号の型を宣⾔言しておく必要がある計算機科学実験及演習3 ソフトウェア 2014/06/12 21 %union宣⾔言による記号の複数型対応 lexファイル …! {識別子を表す正規表現} {! yylval.str = strdup(yytext); /* yylvalに文字列を代入 */! return Identifier;! }! ! {定数を表す正規表現} {! yylval.i = atoi(yytext); /* yylvalに整数を代入 */! return Integer;! }! …! •  ⽂文字列列の代⼊入に関数strdupを使うことで，別のトークンを読み込んでyytextの値が更更新されても，元の(正しい)⽂文字列列を代⼊入することができる -  直接yytextの値を代⼊入すると，yylvalの値がおかしくなる計算機科学実験及演習3 ソフトウェア 2014/06/12 22 構⽂文⽊木の表⽰示 •  構⽂文⽊木が正しく出来ているかの確認 ((int gcd) ((int a) (int b))! (! (IF (== a b)! (RETURN a)! (IF (> a b)! (RETURN (FCALL gcd (- a b) b))! (RETURN (FCALL gcd a (- b a)))! }! }! }}! •  スペース・インデント等は気にしなくてよい計算機科学実験及演習3 ソフトウェア 2014/06/12 23 構⽂文⽊木の表⽰示 …! main:! program ! { if(yynerrs == 0) print_program($1); }! /* 構文解析が終了し，エラーがない場合に構文木を表示する(引数$1は生成された構文木を表す) */! ;! program:! external_declaration { $$ = $1; }! | program external_declaration { $$ = make_tuple(CONS, $1, $2, NULL, NULL); }! ;! …! }! …! %%! …! /* print_programなどのプロトタイプ宣言は，別のヘッダファイルなどでするとよい */! …! /* 根から順に構文木をたどり，その中身を表示していく関数print_program */! void print_program(tree p) {! if(p->n.op != CONS) { /* 構文木pのop(トークンの種類)がCONSでない(つまり1番目の生成規則)なら */! print_external_declaration(p); /* 非終端記号external_declarationに対応する構文木表示用の関数を実行 */! printf(“\n”);! } else { /* opがCONS(2番目の生成規則)なら */! print_program(p->tp.a[0]); /* 構文木pの1番目の子要素について，もう一度print_programを実行 */ ! print_external_declaration(p->tp.a[1]); /* pの2番目の子要素について，print_external_declarationを実行 */! printf(“\n”);! }! }! /* 以下，関数print_external_declarationなどの定義が続く */! …! 計算機科学実験及演習3 ソフトウェア 2014/06/12 24 構⽂文⽊木の表⽰示 •  どの構⽂文が適⽤用されたかわかるような構⽂文⽊木にすること -  わかりやすい⾮非葉葉ノードの命名を⼼心がける -  複数の⾮非葉葉ノードでCONSを使うことを避ける •  変数へのアクセス⽅方法に気をつける -  tree型は共⽤用体へのポインタ型 -  不不正なメモリ領領域へのアクセス (セグメンテーション違反)に注意計算機科学実験及演習3 ソフトウェア 2014/06/12 25 まとめ •  構⽂文⽊木を実装する •  実装した構⽂文⽊木を表⽰示する •  早め早めの開発を⼼心がける -  後になればなるほど〆切切が苦しくなる -  わからない所があれば，教員・TAに聞いてください計算機科学実験及演習3 ソフトウェア 2014/06/12 26