言語理論とコンパイラ

第十二回: 中間表現、意味解析

2014 年 6 月 27 日

http://www.sw.it.aoyama.ac.jp/2014/Compiler/lecture12.html

Martin J. Dürst

© 2005-14 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
• bison の宿題のヒント
• 中間表現: 構文木と名前表
• 意味解析
• コード生成

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定
• 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、対応が困難
• bison では error トークンを含む規則でエラーに対応可能

宿題のヒント

• (先週のヒントも参照)
• 複数の型 (日付、日数、整数) への対応
  1. 型ごとトークン・非終端記号を区別
     → YYSTYPE は日付、日数、整数を収納可能な構造体 (.lex と .y 両方)
     →不可能な計算 (例: 日付と日付の足算) を文法で除外
  2. 一つの型として処理
     → YYSTYPE は日付、日数、整数を収納・区別可能な構造体 (.lex と .y 両方)
     →C でチェック
• calc などからスタート、しかしファイル名を変更 (makefile 内も)
• 時間の計算のための関数: date_arithmetic.c
• 入力の例: test.in; 出力の例: test.check

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)
• 宣言・定義・使用の種別
• 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

構文木の生成: 書換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

(簡単なプログラム言語 (例: Pascal)と簡単な計算機構造 (例: スタック・マシーン)
の場合、構文解析しながらのコード生成 (構文木を生成しない) が可能)

意味解析

(semantic analysis)

• 主に型の分析・処理:
  • 型が合うかどうか確認
  • 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:

• 型名で判断 (簡単だが利用者にとって不便)
• 型の構成・中身で判断 (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 のリストの二次組への関数)
  • 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