ユーザが構文を自由に変更できるプログラミング言語

第5期サイボウズ・ラボユース成果報告会
言語処理系ゼミ

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1. ユーザが構文を自由に変更できる
   プログラミング言語
   第5期サイボウズラボ・ユース成果報告会
   言語処理系ゼミ
   2016/03/30
   東京工業大学 理学部 情報科学科
   赤間 仁志
   

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2. 目的
   ● 構文を自由に変更できるプログラミング言語を作れないか？
   ● ユーザが新しい構文を導入するメリット：
   ○ 簡潔な見た目
   ○ 少ない記述量で望んだ処理を行う
   ● 書いてる途中にどんどん構文が変わっていく言語
   ○ 面白そう
   ○ 個人的な興味
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3. 構文を変更できるとうれしい例 in C
   ● 固定回数のループ文
   ● forループ特有の条件部分を書かなくてよい
   for (int i = 0; i < 10; i++) {
   printf(“Hello, %d\n”, i);
   }
   times(i, 10) {
   printf(“Hello, %d\n”, i);
   }
   Before After
   3
   #define times(i, n) \
   for (int i; i < (n); i++)
   

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4. 構文を変更できる言語の要件
   1. 処理系を変更することで構文を変更するのはダメ
   ○ ユーザの手によって構文が変更できること
   2. 構文を追加することも，削除することもできること
   ○ 不要になった構文もユーザの手で削除できる
   3. 構文を定義する構文も作成できること
   ○ 構文の定義方法もユーザが作成可能
   4
   画像素材：http://www.irasutoya.com/
   

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5. プログラミング言語Garbanzo（仮） ver. 2
   ● 動的型つけ
   ● インタプリタ方式
   ○ いくつかの命令を搭載
   ● 組み込みの構文は最小限
   ○ ほぼ構文木をそのまま
   ○ どんどん構文を拡張可能
   5
   {“@”: “print”,
   {“@”: “append”,
   “left”: “Hello”,
   “right”: ”World”
   }
   }
   画像素材：http://www.irasutoya.com/
   

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6. 一般的なインタプリタ
   構文解析器 評価器
   AST
   ソース
   コード
   結果
   “(3 + 4) * 6”
   *
   3 4
   6
   +
   42
   6
   

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7. Garbanzoでの構文解析
   ● 実行にともない，構文解析ルールを書き換える
   ○ 文を1つずつ読み込んで実行
   ● 構文解析器そのものがGarbanzoのプログラム
   ○ Garbanzoの評価器の上で動作
   ● 構文解析ルールはファーストクラスの値
   ○ プログラム内で操作できる
   7
   プログラム
   構文を変更する
   宣言・命令
   新しい構文で
   記述したプログラム
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8. 実行の流れ
   構文解析器
   評価器
   AST
   ソース
   コード
   結果
   構文解析
   実行
   ルールの
   追加・削除
   8
   

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9. 構文の定義
   ● 組込の構文は，構文木をそのまま書くので，なんでもできる
   ● けど長ったらしい
   9
   {"@": "set",
   "object":
   {"@": "get",
   "object":
   {"@": "get",
   "object":
   {"@": "get",
   "object":
   {"@": "get",
   "object":
   {"@": "getenv"
   },
   "key": "/"
   },
   "key": "parser"
   },
   "key": "sentence"
   },
   "key": "children"
   },
   "key": "newline",
   "value":
   {"@": "quote",
   "value":
   {"@": "scope",
   "body":
   {"0":
   {"@": "terminal",
   "string": "\n"
   }
   }
   }
   }
   }
   

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10. 自動生成
    ● 構文の定義をバージョン1のコードで自動生成
    ○ 共通のランタイム
    ● バージョン1（自作言語）でバージョン2（自作言語）の開発
    ○ デバッガなし
    ○ リファレンスなし
    ○ 質問する相手なし
    ● 生成された構文をGarbanzoの初期構文とする
    ○ 標準ライブラリ的な構文
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11. 自動生成
    ● 構文の定義をバージョン1のコードで自動生成
    ○ 共通のランタイム
    ● バージョン1（自作言語）でバージョン2（自作言語）の開発
    ○ デバッガなし
    ○ リファレンスなし
    ○ 質問する相手なし
    ● 生成された構文をGarbanzoの初期構文とする
    ○ 標準ライブラリ的な構文
    11
    ヤバい
    

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12. 初期構文を用いる例
    fib = fun(n)
    if n < 2
    n;
    else
    ../fib(n - 1) + ../fib(n - 2);
    end
    end;
    /print(fib(7));
    12
    ここで利用している構文：
    ● 数値リテラル
    ● 代入
    ● 匿名関数
    ● if〜else文
    ● 加算・減算
    ● 関数呼び出し
    ● etc.
    

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13. 構文の拡張例（カッコ）
    paren = block
    %/tokenize(/terminal("("));
    inner = %/parser/expression;
    %/tokenize(/terminal(")"));
    inner;
    end;
    /parser/expression/children/paren = paren;
    13
    ここで利用している構文：
    ● block ~ end
    ● 代入
    ● 関数呼び出し
    ● etc.
    

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14. 構文を拡張する構文
    ● 構文の拡張はまだ煩雑
    ● 構文を拡張する構文を作成
    ● Schemeのマクロのような，パターンマッチ式での構文
    ● 構文ルールの優先度(prec)も指定
    let:prec pattern1 pattern2 … patternN := template;
    ● 初期構文を用いて約60行で実装
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15. 構文を拡張する構文の使用例
    ● 優先順位をまとめるためのカッコ
    let:0 “(“ inner:1000 “)” := inner;
    例： (4 + 5)
    ● 添え字つきのアクセス
    let:15 store:14 “[“ key:1000 “]” := /get(store, key);
    例： hoge[“key”]
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16. 課題
    ● 構文解析ルールの曖昧さへの対処
    ○ ルールが合成可能な構文解析の方式が必要
    ● Rubyでプロトタイプを実装したため，極めて低速
    ○ のちのち他の言語で処理系を書き直す
    ● 構文解析エラーのわかりやすさの向上
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    画像素材：http://www.irasutoya.com/
    

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17. ラボユースでの活動
    ● プログラミング言語処理系の開発
    ○ プロトタイプ作成による試行錯誤
    ● 情報処理学会 第57回プログラミング・シンポジウムに参加
    ○ 論文を執筆
    ○ 勉強になる
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18. まとめ
    ● 構文を拡張可能なプログラミング言語Garbanzo（仮）を紹介
    ● 構文解析ルールをユーザが動的に追加することで構文を変更
    ● 構文を定義する構文も作成可能
    ○ 構文の拡張をくり返すことができる
    ● プログラミング・シンポジウムで発表
    ○ 開発以外でもラボユースの活動を行う
    ※適当につけた名前なので，カッコいい名前を募集中です
    GitHub: https://github.com/akamah/garbanzo
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19. 補足のスライド
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20. データ型
    ● 文字列，数値，真偽値
    ● 関数
    ● データストア
    ○ 順序をもったハッシュテーブル
    ○ 構文木の構成などに利用
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21. 細かな実行の流れ
    1. 特別な構文解析ルール sentence に従って入力から読み取る
    2. その結果を評価器に入力（eval）する
    ○ この時，読み込んだプログラムが構文解析ルールを変更することがある
    3. 入力が空になるまで1から2をくり返す
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22. 構文解析の実際
    ● 構文解析ルール = Garbanzoのプログラム片
    ● evalされると，構文解析を実行する
    ● 構文解析専用の命令を評価器に搭載
    ○ terminal: 指定された文字列を読み取る
    ○ choice: 与えられた構文解析ルールを順に試す
    ○ etc.
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23. 構文解析器の変更
    ● いくつかの構文解析ルール（= Garbanzoのプログラム）が既に存在
    ● これら既に存在したルールの構文木を直接変更
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24. Ver. 1による自動生成の例
    integer = '/parser/integer = '{
    digit = [@: "quote", value: [@: "oneof", string: "0123456789"]]
    a = [@: "sub", left: [@: "tocode", string: %digit], right: [@: "tocode", string: "0"]]
    rest = [@: "many", parser: digit]
    ten = [@: "sub", left: [@: "tocode", string: "K"], right: [@: "tocode", string: "A"]]
    "generate";
    /foreach([store: rest, func: ^{
    n = [@: "sub", left: [@: "tocode", string: value], right: [@: "tocode", string: "0"]]
    ../a = ../a * ../ten + n
    }]);
    a;
    }
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