言語理論とコンパイラ

第一回、2005年 4月15日、Martin J. Dürst

自己紹介

スイスチューリッヒ生まれ
チューリッヒ大学で lic.oec.publ. (修士相当、情報科学専攻、経営学と日本学副専攻)
文部省奨学金で来日、東京大学で理学博士 (情報科学専攻)
チューリッヒ大学情報科学科マルチメディア研究室主任助手
慶應義塾大学政策・メディア研究科特別研究助教授 (W3C プロジェクト)
米マサチューセッツ工科大学客員研究員
World Wide Web Consortium (W3C) 国際化活動責任者
今月から理工学部情報テクノロジー学科助教授 (ソフトウェア科学研究室)

授業の位置付け

3 年前期
第二科目群 (選択必修)
ベースになる科目:
- 計算機概論
- 情報数学
- 計算機実習 (プログラミング)

授業の内容

	理論	コンパイラ	他の応用
フロントエンド	言語理論、オートマトン	字句解析、構文解析	regexp, XML
バックエンド		最適化、コード生成

出力より入力に注目、入力の難しさに挑戦
理論から応用まで様々な表現を使う

コンパイラの役割

ソフトからハードへの橋渡し

入力: 人間が分かるプログラム (高級プログラムイング言語、ソース言語、原始言語)

出力: 機械が分かるプログラム (目的プログラム、実行プログラム)

コンパイラの仕事の一例

入力のプログラムの一分:

sum += price * 25;

出力:

LOAD   price, R1
LOAD   25, R2
MUL    R1, R2, R1
LOAD   sum, R2
ADD    R1, R2, R2
STORE  R2, sum

コンパイラの論理的構造

[プリプロセッサ (preprocessor) ]
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)
[アセンブラ (assembler)]
[リンカ (linker)・ローダ (loader) ]

コンパイラの種類と関連物

ワンパス・コンパイラ (one pass compiler)
x-パス・コンパイラ (x は 2 から 70 (PL/1))
動的コンパイラ (dynamic/just-in-time (JIT) compiler)
クロスコンパイラ
プリプロセッサ
インタプリタ (通訳系)

字句解析の一例

入力のプログラムの一分 (文字の列):

s

u

m

+

=

p

r

i

c

e

*

2

5

;

\n

出力 (記号の列):

id("sum"), plusequal, id("price"), asterisk, int(25), semicolon

一つの記号 (符、token) が複数の文字からなる
記号に属性が付いていることがある
空白は解析に使われるが出力しない

構文解析の一例

入力 (記号の列):

id("sum"), plusequal, id("price"), asterisk, int(25), semicolon

出力 (構文木、syntax tree):

statement (+= (sum, * (price, 25))

オートマトンの一例

自動販売機:

入力: 50円玉
出力: ジュース (150円)

状態遷移図 (state transition diagram)

言語と文法

文法は言語の構成規則である
簡単な文の例 (命令文): eat bread、read books、play music
文法的には read bread とか play books も正しい

形式言語の文法の一例

S, A: 非終端記号 (nonterminal symbols, 大文字)
a, o, y: 終端記号 (terminal symbols, 小文字)
書き換え規則 (rewriting rules)
S → a S o

S → A

A → y a
S: 初期記号 (initial symbol, start symbol)

文法から文の導出 (derivation) の一例:

S → a S o → a a S o o → a a A o o → a a y a o o

S ⇒ a a y a o o