オレオレ言語 soramame の紹介

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1. オレオレ言語 soramame の紹介
   松永 大輝
   

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2. 自己紹介
   ● 松永 大輝 (@matsu1834)
   ● 京都工芸繊維大学 １年生
   ● 滋賀から来ました
   ● カーネルVM 初参加
   1000km
   

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3. 特徴
   ● 仮想機械で実行
   ● 手続き型言語
   ● 再代入可能
   ● 静的型付き（型推論）
   ● 基本型（int, double, bool, string）
   ● リスト、タプル、構造体
   ● ユーザ定義演算子
   ● クロージャ
   ● 継続
   ● 並行実行・並列実行
   ● チャンネル通信
   

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4. プログラム例（1）
   //クロージャのテスト
   fun make_adder()=> fun()=>int{
   var n=0
   return fun(){
   n=n+1; return n;
   }
   }
   fun main(){
   var a=make_adder()
   var b=make_adder()
   print_int(a())
   print_int(b())
   print_int(a())
   print_int(b())
   }
   出力:
   １１２２
   

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5. プログラム例（2）
   //並行実行・チャンネル通信のテスト
   fun main(){
   var c=new(channel(int))
   async fun(){
   sleep(1000)
   print(“hello\n”) ; c ! 1;
   }()
   async fun(){
   sleep(2000)
   print(“world!\n”) ; c ! 2;
   }()
   c?;
   c?;
   }
   出力:
   （1秒待つ）
   hello
   （もう1秒待つ）
   world!
   

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6. プログラム例（3）
   /* リサージュ曲線 */
   fun main(){
   glut_openwindow("Lissajous")
   glut_setdisplayfunc(fun(){
   glut_clear()
   glut_begin_point()
   var a=4.0,b=3.0,t=0.0
   while(t<1000.0){
   glut_color3i(255,0,0)
   glut_vertex2i(d2i(sin(a*t)*50.0)+100,
   d2i(cos(b*t)*50.0)+100)
   t=t+1.0
   }
   glut_end()
   glut_flush()
   })
   glut_mainloop()
   }
   

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7. パーサ
   ● ファイル単位でパース
   ● 自作LRパーサ
   （BNFを配列の形でソースコード内に記述）
   ● 式のパースを、ユーザ定義演算子のために
   あとから行う
   

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8. コンパイラ
   ● 構文木を生成し、型検査を行い、コード生成
   ● 定数畳み込み
   ● 関数のアドレス・double値などは
   定数領域（コンスタントプール)へ登録
   ● 関数定義・グローバル変数には型を書かせる
   ● ローカル変数の型を省略した場合、初期値から型推論
   

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9. コードジェネレータ
   ● 末尾呼び出し・asyncのコード生成
   – 呼び出しのバイトコード（invoke）の後ろに
   即値で印をつけておく
   – 実行時にそれを見て、末尾呼び出しだと分かれば
   不要なものを記憶しない。asyncなら、新たにス
   レッドを生成。
   

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10. 仮想機械
    ● スタックマシン
    ● mallocでヒープ領域にスタックフレームなどを確保
    ● スタックフレームは連結リストになっている
    – 呼び出し元のスタックフレームを指す DynamicLink と、自分を
    生成した関数のスタックフレームを指す StaticLink を持つ
    – 継続は、生成時にスタックフレームをコピーする方法で実現
    ● C++のスマートポインタ(shared_ptr)で参照カウンタ方式の
    ガベージコレクション（循環参照は回収されない）
    

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11.  ローカル変数領域｜x=100
     オペランドスタック
     プログラム・カウンタ
     関数へのポインタ
    関数：
    main
    x=999
    関数：f
    仮想機械
    （ヒープ領域）
    大域環境
    var x:int = 100
    fun main(){
    var x=999 //ここではx=999
    f()
    }
    fun f(){
    print_int(x) //ここではx=100
    }
    StaticLink
    DynamicLink
    

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12. 並行実行・並列実行
    ● C＋＋のスレッドライブラリ（std::thread）
    を使用
    ● そのためマルチコア対応
    並列実行
    ● 構文:
    async func(arg1, arg2, …, argn)
    
    ……
    
    
    
    invoke
    0
    1
    生成されるバイトコード
    

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13. チャンネル通信
    ● std::threadのcondition_variable(条件変数)を利用し、
    スレッドの中断・再開を実装
    ● チャンネルはFIFOバッファ(動的に確保、サイズは無限)を持つ
    ● 受信時に受け取る値がなければそのスレッドはブロックされ
    る
    ● 構文:
    chan ! value //チャンネルへ送信
    chan? //チャンネルから受信
    

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14. チャンネル通信
    var chan = new( channel( int ) ) //チャンネルオブジェクト生成
    chan ! 3 　　 //チャンネルへ値 3 を送信
    var a = chan? 　　 //チャンネルから受信
    makechannel チャンネルオブジェクトをスタックにプッシュ
    storelocal00 ローカル変数０にスタックトップの値をセット
    pushi3 整数 ３ をプッシュ
    loadlocal00 ローカル変数０の値をプッシュ
    channel_send スタックトップのチャンネルに値送信
    loadlocal00 ローカル変数０の値をプッシュ
    channel_receive チャンネルから受信し、プッシュ
    storelocal01 ローカル変数１にスタックトップの値をセット
    ソ
    ー
    ス
    生
    成
    さ
    れ
    る
    バ
    イ
    ト
    コ
    ー
    ド
    

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15. デモ
    ● スリープソート
    ● １５パズル
    ● マンデルブロ集合
    

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16. 御清聴ありがとうございました
    

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17. 機械語一覧（スタック）
    名前 引数 説明 スタックの変化
    ipush value 整数値プッシュ [ ] → [ int ]
    bpush value 論理値プッシュ [ ] → [ bool ]
    pushnull nullプッシュ [ ] → [ ref(null) ]
    pushim1 定数(-1)プッシュ [ ] → [ int ]
    pushi0 定数(0)プッシュ [ ] → [ int ]
    pushi1 定数(1)プッシュ [ ] → [ int ]
    pushi2 定数(2)プッシュ [ ] → [ int ]
    pushi3 定数(3)プッシュ [ ] → [ int ]
    pushi4 定数(4)プッシュ [ ] → [ int ]
    pushi5 定数(5)プッシュ [ ] → [ int ]
    ldc number
    コンスタントプールの指定番号
    のアイテムをプッシュ
    [ ] → [ value ]
    

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18. 機械語一覧（算術演算・論理演算）
    名前 引数 説明 スタックの変化
    iadd 整数足し算 [ int , int ] → [ int ]
    dadd 実数足し算 [ double , double ] → [ double ]
    isub 整数引き算 [ int , int ] → [ int ]
    dsub 実数引き算 [ double , double ] → [ double ]
    imul 整数掛け算 [ int , int ] → [ int ]
    dmul 実数掛け算 [ double , double ] → [ double ]
    idiv 整数割り算 [ int , int ] → [ int ]
    ddiv 実数割り算 [ double , double ] → [ double ]
    band 論理積 [ bool , bool ] → [ bool ]
    bor 論理和 [ bool , bool ] → [ bool ]
    imod 余り [ int , int ] → [ int ]
    ineg 整数・符号反転 [ int ] → [ int ]
    bnot 否定 [ bool ] → [ bool ]
    dneg 実数・符号反転 [ double ] → [ double ]
    ilshift 左シフト [ int , int ] → [ int ]
    

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19. 機械語一覧（呼び出し・変数）
    名前 引数 説明 スタックの変化
    invoke
    is_tail,　
    is_async
    呼び出し
    [ closure/continuation ,
    arg1 , arg2, … , argn ]
    → [ ]
    loadlocal
    flame,
    index
    指定位置のローカル変数の値を
    プッシュ
    [ ] → [ value ]
    loadbyindex
    リストの指定されたインデックス
    の値をプッシュ
    [ int , list ] → [ value ]
    loadfield name
    スタックトップの構造体の
    フィールドnameの値をプッシュ
    [ structure ] → [ value ]
    loadlocal00
    現在のスタックフレームの変数領
    域の0番目の値をプッシュ
    [ ] → [ value ]
    ・・・
    loadlocal05
    現在のスタックフレームの変数領
    域の5番目の値をプッシュ
    [ ] → [ value ]
    

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20. 機械語一覧（復帰・変数）
    名前 引数 説明 スタックの変化
    ret リターン [ ] → [ ]
    ret_withvalue
    スタックトップの値を
    戻り先のオペランドスタックにプッシュし、
    リターン
    [ value ] →
    [ 戻り先: value ]
    storelocal
    flame,
    index
    指定された変数領域の値を
    スタックトップの値にする
    [ value ] → [ ]
    storefield name
    スタックトップの構造体の
    フィールドnameの値を変更
    [ structure , value ]
    → [ ]
    storebyindex
    リストの、
    指定されたインデックスの値を変更
    [ int , list , value ]
    → [ ]
    storelocal00
    現在のフレームの0番目の変数領域の値を
    スタックトップの値にする
    [ value ] → [ ]
    ・・・
    storelocal05
    現在のフレームの5番目の変数領域の値を
    スタックトップの値にする
    [ value ] → [ ]
    

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21. 機械語一覧（クロージャ生成・ジャンプ）
    名前 引数 説明
    スタックの
    変化
    makeclosure number
    コンスタントプール:numberにある関数情報と
    現在のスタックフレームから
    クロージャオブジェクトを生成、プッシュ
    [ ] →
    [ closure ]
    skip distance distanceをプログラム・カウンタへ加算 [ ] → [ ]
    iffalse_skip distance
    スタックトップがfalseの時distanceを
    プログラム・カウンタへ加算
    [ bool ] → [ ]
    back distance distanceだけをプログラム・カウンタから減算 [ ] → [ ]
    

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22. 機械語一覧（比較演算）
    名前 引数 説明 スタックの変化
    icmpeq ＝＝ (int) [ int , int ] → [ bool ]
    icmpne ！＝ (int) [ int , int ] → [ bool ]
    icmplt ＜ (int) [ int , int ] → [ bool ]
    icmple ＜＝ (int) [ int , int ] → [ bool ]
    icmpgt ＞ (int) [ int , int ] → [ bool ]
    icmpge ＞＝ (int) [ int , int ] → [ bool ]
    dcmpeq ＝＝ (double) [ double , double ] → [ bool ]
    dcmpne ！＝ (double) [ double , double ] → [ bool ]
    dcmplt ＜ (double) [ double , double ] → [ bool ]
    dcmple ＜＝ (double) [ double , double ] → [ bool ]
    dcmpgt ＞ (double) [ double , double ] → [ bool ]
    dcmpge ＞＝ (double) [ double , double ] → [ bool ]
    bcmpeq ＝＝ (bool) [ bool , bool ] → [ bool ]
    bcmpne ！＝ (bool) [ bool , bool ] → [ bool ]
    

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23. 機械語一覧（リスト・構造体・継続）
    名前 引数 説明 スタックの変化
    makelist len
    スタックからlen個だけ
    値を取ってきて
    リストオブジェクトを生成、
    プッシュ
    [ value1 , value2 ,
    … , valuen ]
    → [ list ]
    makedata name, len
    メンバの数がlenの構造体を
    生成
    [ name1 , value1 , … ,
    namen , valuen ]
    → [ structure ]
    makecontinuation 継続をスタックへプッシュ [ ] → [ continuation ]
    resume_continuation
    スタックトップの継続を
    呼び出す
    [ continuation ] → [ ]
    

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24. 機械語一覧（チャンネル通信・スタック）
    名前 引数 説明 スタックの変化
    makechannel
    チャンネルオブジェクトを生成し
    スタックへプッシュ
    [ ] → [ channel ]
    channel_send
    スタックトップのチャンネルへ
    送信
    [ channel , value ] → [ ]
    channel_receive
    スタックトップのチャンネルから
    受信
    [ channel ] → [ value ]
    dup スタックトップの値を複製
    [ value ]
    → [ value , value ]
    clean オペランドスタックを空にする [ …… ] → [ ]
    

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25. BNF(1)
    ::= ";" | "\n" |
    ::=
    ::=
    |
    | "var"
    ::=
    | "fun" "(" ")"
    | "[" "]"
    | "(" ")"
    | "continuation" "(" ")"
    | "channel" "(" ")"
    ::=
    | { "," }
    

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26. BNF(2)
    ::=
    "fun" "(" ")" [ ] "{" "}"
    | "fun" "," "," "(" ")"
    [ ] "{" "}"
    ::=
    | { "," }
    ::= ":"
    ::=
    | ","
    ::= ":"
    | [ ":" ]
    

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27. BNF(3)
    ::= { | | }+
    ::=
    ::=
    ::=
    ::=
    ::=
    ::= ( | ) "(" ")"
    ::= | |
    | | |
    | | |
    | | |
    | |
    

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28. BNF(4)
    ::=
    ::= "(" ")"
    ::= "fun" "(" ")"
    [ ] "{" "}"
    ::= "callcc" "(" [ "," ]
    “)" "{" "}"
    ::=
    | { "," }
    ::= ( | ) ","
    
    ::= "[" "]"
    ::= "(" ")"
    

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29. BNF(5)
    ::= "data" "{" "}"
    ::=
    | ":"
    ::= "{" "}"
    ::=
    |
    | ","
    
    ::= ( | ) "["
    "]"
    ::= ( | ) "."
    
    ::= "new" "(" ")"
    

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30. BNF(6)
    ::=
    ::=
    |
    | "var"
    ::=
    |
    |
    |
    |
    ::= "while" "(" ")" "{" "}"
    ::= "async"
    ::= "if" "(" ")" "{" "}"
    [ "else" "{" "}" ]
    ::= "return" [ ]
    

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31. 字句構造（1）
    ● コメント
    – // 行末までコメント
    – /* … */ 複数行コメント　入れ子にできる
    ● 識別子
    – 英数字・アンダースコアの並び（先頭は数字不可）
    – 大文字小文字は区別される
    ● キーワード
    var fun new channel if while else
    return true false data group
    continuation callcc async
    

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32. 字句構造（2）
    ● リテラル
    – 整数リテラル
    ● 10進表記のみ
    – 浮動小数点数リテラル
    – 文字リテラル
    ● シングルクオーテーションで１文字を囲んだもの
    ● 整数（ASCIIコード値）として扱われる
    – 文字列リテラル
    ● ダブルクオーテーションで文字列を囲んだもの
    ● 以下のエスケープシーケンスを使用可
    – 改行(\n)、円記号(\\)、水平タブ(\t)、垂直タブ(\v)、バックスペース(\b)、シングルクオーテーション(\')、
    ダブルクオーテーション(\")、ベル文字(\a)
    – 真偽値リテラル
    ● true / false
    ● 演算子
    ● 以下の文字の１〜６文字の並び
    – %$\#=~|^+-*/<>&!?@
    

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33. 式（1）
    ● 整数リテラル
    – ex: 758
    – バイトコード:
    ipush , (数値)
    -1〜5の場合は専用の命令有り
    ● 浮動小数点数リテラル
    – ex: 1.4142
    – バイトコード:
    ldc, (コンスタントプール番号...コンパイル時に決定)
    ● 文字リテラル
    – ex: 'A'
    ● 真偽値リテラル
    – ex: true
    – バイトコード:
    bpush, (0/1)
    

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34. 式（2）
    ● 文字列リテラル
    – ex: “hello,world”
    – バイトコード:
    ldc, (コンスタントプール番号...コンパイル時に決定)
    ● 識別子
    – ex: x _data Aichi
    – バイトコード:
    loadlocal, x, y
    （ x はスタックフレームを遡る回数、y は変数領域の番号、
    x, y はコンパイル時に決定）
    ● 呼び出し式
    – callee( arg1 , arg2 , … , argn )
    – バイトコード:
    , , …, , invoke, x, 0
    末尾呼び出しならばxは1、違えば0
    

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35. 式（3）
    ● クロージャリテラル
    – fun(arg1,arg2,...argn)=>type { ... }
    – バイトコード：
    makeclosure, (コンスタントプールの番号...コンパイル時に決まる)
    ● call/cc式
    – callcc(varname, type){ … }
    – typeは式自身の型
    – typeは省略可（void型となる）
    – バイトコード:
    makecontinuation, makeclosure, (コンスタントプールの番号), invoke, 0, 0
    ● リストリテラル
    – ex: [ 1, 2, 3, 4, 5 ]
    – バイトコード:
    , …, , , (リストの長さ:n), makelist
    ● タプルリテラル
    – ex: (“nagoya”, false, 758)
    – バイトコード: リストと同じ
    

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36. 式（4）
    ● 構造体リテラル
    – ex: Point{x=10, y=50}
    – バイトコード:
    , (fieldnのコンスタントプール番号), …, , (field1のコンスタン
    トプール番号), makedata, (構造体名のコンスタントプール番号), (メンバ数: n)
    ● new式
    – ex: new( channel(int) )
    – 現在はチャンネル型しか指定できない...
    – バイトコード:
    makechannel
    ● リスト/タプル添字式
    – ex: a[3]
    – バイトコード:
    , , loadbyindex
    

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37. 式（5）
    ● 構造体メンバ参照式
    – ex: b.size
    – バイトコード:
    , loadfield, (フィールド文字列のコンスタントプール番号)
    ● 単項演算式
    – ex: b! -6
    – バイトコード:
    専用の命令があればそれが使用される。
    ユーザ定義演算子であれば、１引数関数の呼び出しとなる。
    ● 二項演算子
    – ex: 1+1 3*6
    – バイトコード:
    専用の命令があればそれが使用される。
    ユーザ定義演算子であれば、２引数関数の呼び出しとなる。
    ● 丸括弧で囲まれた式
    – ( 123 + 456 )
    

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38. 文（1）
    ● プログラムは文の集合
    ● 文の終端
    – 改行またはセミコロン
    – ' } ' の手前の文は、セミコロンが省略できる
    ● 変数宣言文
    – var a:int, b=true
    – カンマで区切って複数の変数を一度に宣言できる
    – コロンの後に型を記述
    ● 省略する場合は、続いて初期化が必要
    ● 初期化する式で型推論が行われる
    ● トップレベルでの変数宣言の場合は、型の記述が必須
    ● 再帰が行われる無名関数を代入する場合も、型の記述が必須
    ● 構造体宣言文
    – data Point{
    x: int
    y: int
    }
    – トップレベルにのみ記述できる
    

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39. 文（2）
    ● 関数定義文
    – トップレベルにのみ記述できる
    – fun name(arg1,arg2,…,argn)=>type{ … }
    – 戻り値の型を省略した場合、void型となる
    ● 演算子定義文
    – トップレベルにのみ記述できる
    – fun op optype , assoc , pred (...)=>type{ … }
    – opは演算子
    – optypeはunary又はbinary
    – assocはleft又はright
    – predは優先順位
    – １・２引数関数の定義である
    （実際に、関数と同じ領域に登録され、
    ユーザ定義演算子を使用すると関数呼び出しのコードが吐かれる）
    

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40. 文（3）
    ● 式文
    ● return文
    – return [式];
    – バイトコード：
    <式>, ret_withvalue (戻り値有りの場合)　|　ret (戻り値無しの場合)
    ● async文
    – async [関数呼び出し式];
    – バイトコード：
    , , …, , invoke, 0, 1
    ● if文
    – if(cond){ … then_clause … }else{ … else_clause ... }
    – else節は省略可
    – バイトコード：
    , iffalse_skip, (then_clauseの長さ +2), , skip, (else_clauseの長さ),
    ● while文
    – while(cond){ … clause ... }
    – バイトコード：
    , iffalse_skip, (clauseの長さ +2), , back, (clauseの長さ +3)
    

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41. 型（1）
    ● 整数型: int
    – C++のint相当
    ● 浮動小数点数型: double
    – C++のdouble相当
    ● 論理型: bool
    – C++のbool相当
    ● 文字列型: string
    – 内部でC++のstringを利用
    ● リスト型: [ t ]
    – 内部でC++のlistを利用
    – 範囲外アクセスを行うとランタイムエラーになる
    

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42. 型（2）
    ● タプル型: ( t1, t2, …, tn)
    – 内部でC++のlistを利用
    – リストと同じように要素の参照、書き換えが可能
    – アクセス時の添字は定数である必要がある（型を決定するため）
    ● 構造体型
    – 内部でC++のmapを利用
    ● 関数型: fun( args )=>t
    ● 継続型: continuation( t )
    ● チャンネル型: channel( t )
    

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43. 組み込み関数（1）
    ● 数学
    – int rand()
    – int abs()
    – double sin(double)
    – double cos(double)
    – double tan(double)
    – double asin(double)
    – double acos(double)
    – double atan(double)
    – double sqrt(double)
    – int pow(int,int)
    ● 型変換
    – double i2d(int)　//int→doubleの型変換
    – int d2i(double)　//double→intの型変換
    

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44. 組み込み関数（2）
    ● 出力
    – void print(string)
    – void print_int(int)
    – void print_double(double)
    – void print_bool(bool)
    ● 並列
    – int hardware_concurrency()　//論理コア数を取得
    – void sleep(int)　//指定時間（ミリ秒単位）待つ
    

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45. 組み込み関数（3）
    ● グラフィックス(GLUT)
    – void glut_mainloop()
    – void glut_clear()
    – void glut_flush()
    – void glut_begin_point()
    – void glut_begin_line()
    – void glut_begin_strip()
    – void glut_begin_lineloop()
    – void glut_begin_triangle()
    – void glut_begin_quad()
    – void glut_begin_trianglefan()
    – void glut_begin_polygon()
    – void glut_end()
    – void glut_postredisp()
    – void glut_setkeyboardfunc(fun(int,int,int)=>void)
    – void glut_setmousefunc(fun(int,int,int,int)=>void)
    – void glut_openwindow(string)　//タイトルを指定
    – void glut_vertex2i(int,int)
    – void glut_color3i(int,int,int)　//RGBをそれぞれ0~255の範囲で指定
    – void glut_char(int)
    

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46. 優先順位 演算子 結合性
    70
    -（単項: 符号反転）!（単項: 論理否定 ）
    ?（単項: チャンネル受信）
    @?（単項: リスト長）@>（単項: cdr）@<（単項: car）
    右結合
    40 *（２項）/（２項）%（２項）
    左結合
    20
    +（２項）-（２項）
    @+（２項: リスト連結）
    10 <<（２項）>>（２項）
    8 >（２項）>=（２項）<（２項）<=（２項）!=（２項）==（２項）
    5 &&（２項）||（２項）
    2
    !（２項: チャンネル送信）
    =（２項: 代入）
    右結合
    演算子
    

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