言語理論とコンパイラ

第十回: yacc 系ツールの演習 (続き)・意味解析と中間表現

2009 年 6 月 19 日

http://www.sw.it.aoyama.ac.jp/2009/Compiler/lecture10.html

Martin J. Dürst

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 26日) 19 時 00 分、O 棟 529 号室の前

簡単なプログラム言語をflex と bison で実現して、.lex と .y のファイルを印刷して提出

データ型は整数のみ
変数の識別子は一文字 (A-Za-z), 宣言なし、初期値 0
多くの C の演算子を実現する
演算子の優先度、結合規則を文法で定義する (%left, %right など使わないこと)
文は ; で区切る。制御文、関数は無し (発展問題として if 文に挑戦してもよい)
print (式) で「式」の結果を改行付きで印刷 (注: 先週から変更)
# から行末まではコメント

宿題のヒント

YYSTYPE は int
shift/reduce conflict や reduce/reduce conflict がありうる
変数の値のために配列を前もって定義する
文法を少しづつ拡張しながら念入りにテストする
テストファイルを作る。文法を拡張するたびにテストを追加する。
関心の項目 (優先順位、結合規則) を仕分けるテストを使う。
テストの結果を取っておいて、次のテストの結果と比較

使う演算子の優先度と結合規則

優先順位	演算子 (必修)	演算子 (発展)	結合規則
1	`()`		→
2	単項の `-`	前置の `++`; 前置の `--`	←
3			←
4	`*`; `/`; `%`		→
5	`+`; `-`		→
6		`<<`; `>>`	→
7	`<`; `>`	`<=`; `>=`	→
8		`==`; `!=`	→
9	`&`		→
10	`^`		→
11	`\|`		→
12		`&&`	→
13		`\|\|`	→
14	`? :`		←
15	`=`	`+=` など	←
16	`,`		→

言語理論のまとめ

文法	Type	言語	オートマトン
句構造文法	0	句構造言語	チューリング機械
文脈依存文法	1	文脈依存言語	線形拘束オートマトン
文脈自由文法	2	文脈自由言語	プッシュダウンオートマトン
正規文法	3	正規言語	有限オートマトン

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はプログラムに区別できない
構文解析には理論があるが、エラー処理には理論がない

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
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 トークンを文法に追加できる
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)