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
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
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
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
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!
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() }
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
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
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。
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）
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
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) <argn> …… <arg2> <arg1> <func> invoke 0 1 生成されるバイトコード
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
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
15. デモ • スリープソート • １５パズル • マンデルブロ集合
16. 御清聴ありがとうございました
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 ]
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 ]
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 ]
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 ] → [ ]
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 [ ] → [ ]
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 ]
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 ] → [ ]
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 [ …… ] → [ ]
25. BNF(1) <eol> ::= ";" | "\n" | <EMPTY> <S> ::= <program> <program> ::= <EMPTY> | <program> <functiondef> | <program> "var" <variabledef_list> <eol> <type> ::= <IDENTIFIER> | "fun" "(" <type_list> ")" <operator_n> <type> | "[" <type> "]" | "(" <type_list> ")" | "continuation" "(" <type> ")" | "channel" "(" <type> ")" <type_list> ::= <EMPTY> | <type> { "," <type> }
26. BNF(2) <functiondef> ::= "fun" <IDENT> "(" <param_list> ")" [ <op_n> <type> ] "{" <block> "}" | "fun" <op_n> <IDENT> "," <IDENT> "," <INTVAL> "(" <parameter_list> ")" [ <operator_n> <type> ] "{" <block> "}" <parameter_list> ::= <EMPTY> | <parameter_list> { "," <parameter> } <parameter> ::= <IDENTIFIER> ":" <type> <variabledef_list> ::= <variabledef> | <variabledef_list> "," <variabledef> <variabledef> ::= <IDENTIFIER> ":" <type> | <IDENTIFIER> [ ":" <type> ] <operator_n> <expression>
27. BNF(3) <expression> ::= { <primary> | <operator_n> | <parenexpr> }+ <intvalexpr> ::= <INTVAL> <doublevalexpr> ::= <DOUBLEVAL> <boolvalexpr> ::= <BOOLVAL> <stringvalexpr> ::= <STRINGVAL> <operator_n> ::= <OPERATOR> <funcallexpr> ::= ( <primary> | <parenexpr> ) "(" <arg_list> ")" <primary> ::= <intvalexpr> | <doublevalexpr> | <boolvalexpr> | <stringvalexpr> | <funcallexpr> | <closureexpr> | <callccexpr> | <variableexpr> | <listvalexpr> | <tuplevalexpr> | <dataexpr> | <newobjexpr> | <listrefexpr> | <datamemberrefexpr>
28. BNF(4) <variableexpr> ::= <IDENTIFIER> <parenexpr> ::= "(" <expression> ")" <closureexpr> ::= "fun" "(" <parameter_list> ")" [ <operator_n> <type> ] "{" <block> "}" <callccexpr> ::= "callcc" "(" <IDENTIFIER> [ "," <type> ] “)" "{" <block> "}" <arg_list> ::= <EMPTY> | <expression> { "," <expression> } <tuple_list> ::= ( <expression> | <tuple_list> ) "," <expression> <listvalexpr> ::= "[" <arg_list> "]" <tuplevalexpr> ::= "(" <tuple_list> ")"
29. BNF(5) <datadef> ::= "data" <IDENTIFIER> "{" <datamember_list> "}" <datamember_list> ::= <EMPTY> | <datamember_list> <IDENTIFIER> ":" <type> <eol> <dataexpr> ::= <IDENTIFIER> "{" <initassign_list> "}" <initassign_list> ::= <EMPTY> | <IDENTIFIER> <operator_n> <expression> | <initassign_list> "," <IDENTIFIER> <operator_n> <expression> <listrefexpr> ::= ( <primary> | <parenexpr> ) "[" <expression> "]" <datamemberrefexpr> ::= ( <primary> | <parenexpr> ) "." <IDENTIFIER> <newobjexpr> ::= "new" "(" <type> ")"
30. BNF(6) <block> ::= <statement_list> <statement_list> ::= <EMPTY> | <statement_list> <statement> | <statement_list> "var" <variabledef_list> <eol> <statement> ::= <expression> <eol> | <returnstatement> <eol> | <asyncstatement> <eol> | <ifstatement> | <whilestatement> <whilestatement> ::= "while" "(" <expression> ")" "{" <block> "}" <asyncstatement> ::= "async" <expression> <ifstatement> ::= "if" "(" <expression> ")" "{" <block> "}" [ "else" "{" <block> "}" ] <returnstatement> ::= "return" [ <expression> ]
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
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 – %$\#=~|^+-*/<>&!?@
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)
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: <arg1>, <arg2>, …, <argn>, invoke, x, 0 末尾呼び出しならばxは1、違えば0
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: <itemn>, …, <item2>, <item1>, (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
36. 式（4） • 構造体リテラル – ex: Point{x=10, y=50} – バイトコード: <exprn>, (fieldnのコンスタントプール番号), …, <expr1>, (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: <list>, <index>, loadbyindex
37. 式（5） • 構造体メンバ参照式 – ex: b.size – バイトコード: <structure>, 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 )
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
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）
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： <arg1>, <arg2>, …, <argn>, invoke, 0, 1 • if文 – if(cond){ … then_clause … }else{ … else_clause ... } – else節は省略可 – バイトコード： <cond>, iffalse_skip, (then_clauseの長さ +2), <then_clause>, skip, (else_clauseの長さ), <else_clause> • while文 – while(cond){ … clause ... } – バイトコード： <cond>, iffalse_skip, (clauseの長さ +2), <clause>, back, (clauseの長さ +3)
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
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 )
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
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
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)
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