言語理論とコンパイラ

第十一回: yacc 系ツールの演習 (続き)・意味解析と中間表現

2010 年 6 月 18 日

http://www.sw.it.aoyama.ac.jp/2010/Compiler/lecture11.html

Martin J. Dürst

© 2005-10 Martin J. Dürst 青山学院大学

今日の予定

• bison の演習問題について
• エラー処理
• 中間表現: 構文木と名前表
• 意味解析

宿題

提出: 再来週の木曜日 (6 月 24日) 19 時 00 分、O 棟 529 号室の前

日付と日数の計算が出来る簡単なプログラム言語をflex と bison で実現し、.lex と .y のファイルを印刷して提出。A4 両面印刷、表紙なし、ホチキス止め、名前と学生番号をコメントに記述。

• データ型は日付、日数、整数
  • 日付は flex の演習と同様に yyyy-mm-dd (うるう年などのチェックは不要)
  • 日数は PnnD (nn は日数そのもの; http://en.wikipedia.org/wiki/ISO_8601#Durations など参照)
• 日数は整数と掛け算可能で、日数になる
• 日数は日数と足し算・引き算可能で、結果が日数
• 日付に日数を足すや引くと日付になる
• 日付と日付の引き算の結果は日数
• 優先度と結合規則は普通の演算と同様
• 優先度と結合規則は文法で定義 (%left, %right など使わないこと)
• 文は ; で区切る。各文の結果を一行に出力

来週質問可能なので、よく準備して質問できるようにすること!

発展問題: 時間、月数、年数など

宿題のヒント

• YYSTYPE は 構造体; 両方の入力ファイルに同様に定義
• 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
• 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
• 時間の計算のための関数には date_arithmetic.c の内容を使ってください
• 入力の例: test.in; 出力の例: test.check
• 型の扱い方: 型ごとに非終端記号を分ける

構文エラー処理

• エラー処理の難しさ
• エラー処理の要点
• エラー処理の技法

エラー処理の難しさ

• 一つの正しいプログラムに対してエラーのプログラムは多数ある
• 人間にとって間違いやすいものと間違いにくいものをプログラムで区別するのが困難
• 構文解析には理論があるが、エラー処理には理論が少ない

エラー処理の要点

• 分かりやすいエラーメッセージを出す
• 一つだけではなく、複数のエラーを見つける
• 二次エラーをできるだけ出さない
• 正しいプログラムの処理を遅くさせない
• コンパイラを複雑化しない

エラー処理の技法

• 文法に合ったトークンを見つけるまでにトークンを捨てる (panic mode)
• 少数のトークンを追加又は入れ替え
• 文法にエラーをキャッチする規則を追加 (error productions)
• 入力に一番近い正しいプログラムを探す

bison でのエラー処理

• error トークンを含む規則を文法に追加可能
  例:

  statement: ... SEMICOLON { ... }
           | error SEMICOLON { yyerror("Statement error.\n"); yyerrok; }

• エラーが起こると bison が一番近い error トークンの含まれる規則までエラー前のトークンや非終端記号を捨てる
• その規則の error トークンの後に来る入力も捨てる

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)

構文木は普通二分木が、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
  • 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)