Goのコンパイラをみてみよう 〜iotaを通じて〜 @MCCMMANCC 2019 / dive into go complier with iota

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1. Goのコンパイラをみてみよう 〜iotaを通じて〜
   MCC 2013年⼊部
   株式会社ディー・エヌ・エー
   岩佐幸翠
   

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2. ⾃⼰紹介
   岩佐 幸翠 (@uniuniunicode)
   農⼯⼤ 修⼠課程(情報⼯学)を今年春に卒業
   株式会社ディー・エヌ・エー
   タクシー配⾞アプリ「MOV」のチームに所属
   GAE・Go・TypeScriptをやっています
   

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3. 突然ですが
   皆さんの好きな⾔語はなんですか
   Go
   Ruby
   Python
   TypeScript
   C++
   Java
   Kotlin
   Swift
   Haskell
   etc...
   

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4. 今⽇伝えたいこと
   コンパイラのコードを読む⾯⽩さ
   コンパイラのコードを読むことで、普段何気なく使っている⾔語機能がどのように実装さ
   れているか知ることができる
   

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5. コンパイラに興味を持ったきっかけ
   Goの⾔語機能の⼀つ「iota」の不思議な仕様が気になった
   でも、既存のドキュメントやブログには詳しい話は書かれていない
   ➡ ⾃分でコンパイラのコードを読んで調べてみよう！
   

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6. ⽬次
   1. iota
   とは
   2. iota
   の不思議
   3. Goコンパイラ gc
   の流れ
   4. Goコンパイラ gc
   のコードを追ってみよう
   

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7. Goの定数の宣⾔
   Goでは以下のように定数を宣⾔する
   // 1
   つの定数を宣⾔
   const Answer int = 42
   //
   複数の定数を宣⾔
   const (
   BadRequest = 400
   Unauthorized = 401
   Forbidden = 403
   NotFound = 404
   )
   const (
   Alice = "alice" // "alice"
   Bob // "bob"...
   ではなく "alice"
   Charlie // "alice"
   )
   

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8. iota
   とは
   定数に連番を割り振る機能
   type Direction int // Direction
   の型をint
   へalias
   // iota
   無し
   const (
   Up Direction = 0
   Down = 1
   Left = 2
   Right = 3 //
   いちいち書くのつらい...
   )
   // iota
   有り
   const (
   Up Direction = iota // 0
   Down // 1
   Left // 2
   Right // 3
   )
   

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9. iota
   とは
   iota
   のカウンタは const
   が現れるとリセットされる
   const (
   A int = iota // 0
   B // 1
   C // 2
   )
   const (
   D int = iota // 3 ...
   ではなく 0
   ！
   E // 1
   F // 2
   )
   

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10. iota
    とは
    演算を含めることもできる
    const (
    mono int = iota + 1 // 1
    di // 2
    tri // 3
    tetra // 4
    )
    

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11. iota
    のまとめ
    定数を宣⾔する時、連番を⽣成してくれる
    const
    が出現する度にカウンタが0に戻る
    ➡ つまり iota
    は状態を持っている
    iota
    クイズ
    iota
    とは...
    1. 定数である
    2. 関数である
    3. マクロである
    4. オブジェクトである
    

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12. iota
    クイズのこたえ
    iota
    とは...
    定数である
    関数である
    マクロである
    オブジェクトである
    これマジ？
    

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13. iota
    の不思議
    なぜ定数であるはずの iota
    から、どんどん連番が出てくるのか？
    どうやって const
    が出現する度に0にリセットする⽅法を実現しているのか？
    

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14. Goのコンパイラのコードを読んで
    iotaの不思議を解き明かしましょう！
    「定数の宣⾔」と iota
    が、コンパイラにどのように扱われるのかを追います
    

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15. Goコンパイラ gc
    の流れ
    Goコンパイラにも複数あるが、今回はそのうちの1つ gc
    の話
    今⽇話すのは以下⿊字のみ
    1. syntax
    パッケージ
    1.1 ソースコードから字句リストへ
    1.2 字句リストを構造化する
    2. gc
    パッケージ
    2.1 構造化されたソースコードからASTを⽣成
    2.2 型チェック
    2.3 SSA(中間表現)へ変換
    3. ssa
    パッケージ
    3.1 SSAを最適化する
    3.2 機械語を⽣成
    

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16. Goコンパイラ gc
    の流れ
    ASTとは
    プログラムの構⽂構造を⽊構造で表現したもの
    gc
    では型チェックのために使われる
    

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17. コンパイラの流れ: 1.1 ソースコードから字句リストへ分割
    1. syntax
    パッケージ
    1.1 ソースコードから字句リストへ
    1.2 字句リストを構造化する
    2. gc
    パッケージ
    2.1 構造化されたソースコードからASTを⽣成
    2.2 型チェック
    2.3 SSA(中間表現)へ変換
    3. ssa
    パッケージ
    3.1 SSAを最適化する
    3.2 機械語を⽣成
    

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18. コンパイラの流れ: 1.1 ソースコードから字句リストへ分割
    ファイルごとに、ソースコードを左から右へ線形に解析し、
    最⼩の意味単位(トークン)ごとに分割する
    ➡ ここはiotaとは関係なさそう
    

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19. コンパイラの流れ: 1.2 字句リストを構造化する
    1. syntax
    パッケージ
    1.2 字句リストを構造化する
    1.1 ソースコードから字句リストへ
    2. gc
    パッケージ
    2.1 構造化されたソースコードからASTを⽣成
    2.2 型チェック
    2.3 SSA(中間表現)へ変換
    3. ssa
    パッケージ
    3.1 SSAを最適化する
    3.2 機械語を⽣成
    

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20. コンパイラの流れ: 1.2 字句リストを構造化する
    ASTへの変換がしやすいように前処理
    

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21. コンパイラの流れ: 2. 構造化されたソースコードからASTを⽣成
    2. gc
    パッケージ
    2.1 構造化されたソースコードからASTを⽣成
    1. syntax
    パッケージ
    1.1 ソースコードを字句リストへ分割
    1.2 字句リストを構造化する
    2.2 型チェック
    2.3 SSA(中間表現)へ変換
    3. ssa
    パッケージ
    3.1 SSAを最適化する
    3.2 機械語を⽣成
    

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22. コンパイラの流れ: 2. 構造化されたソースコードからASTを⽣成
    File
    構造体の declList
    に格納されていた importDecl
    , funcDecl
    , constDecl
    ,
    varDecl
    を、それぞれASTのノードを表す構造体 Node
    へ変換する
    type Node struct {
    // Tree structure.
    // Generic recursive walks should follow these fields.
    Left *Node
    Right *Node
    Ninit Nodes
    Nbody Nodes
    List Nodes
    Rlist Nodes
    // ...
    

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23. コンパイラの流れ: 2. 構造化されたソースコードからASTを⽣成
    なんと、 Node
    構造体は、⾊々な⽤途の値を格納してしまう XOffset
    というプロパティを持
    っている
    // Various. Usually an offset into a struct.
    // ...
    Xoffset int64
    また、 Node
    構造体が持つ SetIota
    関数は XOffset
    にiotaの値を代⼊する
    func (n *Node) SetIota(x int64) {
    n.Xoffset = x
    }
    ➡ この関数がどこから呼ばれているか調べれば良さそう
    

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24. カウンタをリセットする犯⼈
    犯⼈: declList
    内のconstDeclをASTに変換する処理
    最後に処理したconstDeclとGroupが違う場合はiotaのカウンタがリセットされる
    type constState struct {
    group *syntax.Group //
    最後にNode
    へ変換されたconstDecl
    のGroup
    // ...
    iota int64
    }
    func (p *noder) constDecl(decl *syntax.ConstDecl, cs *constState) []*Node {
    //
    最後に処理したConstSpec
    と今処理しているConstSpec
    の
    // Group
    が異なる場合はiota
    のカウンタをリセットする
    if decl.Group == nil || decl.Group != cs.group {
    *cs = constState{
    group: decl.Group,
    }
    }
    // ...
    cs.iota++
    return nn
    }
    

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25. まとめ
    iota
    iota
    は定数だけど連番を返したりリセットされたりする
    iota
    のカウントを進める処理・リセットする処理はASTの⽣成時に⾏われる
    iota
    のロジックはコンパイラのコードにめちゃくちゃゴリゴリ実装されている
    やっていくぞ
    Goのコンパイラのコードはわりときれいで読みやすいのでおすすめ
    コンパイラのコードを読んで、すぐに何かに役に⽴つことはないけれど、
    技術的関⼼を持って⾃分の知⾒を広げることは楽しい
    

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