ホーム » スタッフ » 斉藤徹 » コンパイラの技術と関数電卓プログラム(2)

2016年11月
« 10月   12月 »
 12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
27282930  

最近の投稿(電子情報)

アーカイブ

カテゴリー

コンパイラの技術と関数電卓プログラム(2)

前半では、1文字の数字と簡単な演算子で表現される計算式を再帰下降パーサで計算する処理で、 演習を行った。

後半は、さらに実際のコンパイラに近いものとして、 C言語で広く使われている、字句解析(lexical analyzer : lex or flex)ツール、 構文解析(parser : yacc or bison) のツールを使って、 さらに現実的な関数電卓プログラムを作ってみる。

lex or flex による字句解析

lexは、字句解析のプログラムを自動生成するツール。 “%%”行の内側に、正規表現とそのパターンの際の処理を書き並べる。 また、”%{ … %}”の内側に、その処理に必要なC言語のソースを書き、 lex で処理を行うと、lex.yy.c というC言語のソースを出力する。

# flex は、lex の改良版。

(( mycalc.l ))
%{
#include <stdio.h>
// yaccが出力するヘッダファイル
#include "y.tab.h"

int yywrap( void )
{
   // 1: スキャナ終了
   // 0: yyin を切り替えて継続
   return 1 ;
}
%}

%%
"+"	return ADD ;
"-"	return SUB ;
"*"	return MUL ;
"/"	return DIV ;
"\n"	return CR  ;
[0-9][0-9]* {
   int temp ;
   sscanf( yytext , "%d" , &temp ) ;
   yylval.int_value = temp ;
   return INT_LITERAL;
}
%%

このプログラムを、lex で処理させると、+ 記号に ADD という定数記号を割り振るとか、数字列をみつけると、文字列から数値を生成(sscanf)して、その場合の記号に INT_LITERAL という定数記号を割り振る…といった処理のプログラムを生成してくれる。

yacc or bison

yacc ( Yet Another Compiler Compiler ) もしくはその改良版の bison は、構文解析の処理を行ってくれる。 構文をバッカス記法で記載すると、構文のパターンの状態遷移に応じた遷移テーブルを自動生成し、 その遷移テーブルを用いた処理のプログラムをC言語で出力してくれる。

トークンが出力するデータは、様々なデータが考えられるので、 その型を “%union” の中に記載する。 “%%”〜”%%” の間には、BNF記法と、それに対応する処理を記載する。

# bison(水牛)は、yacc(山牛)の改良版。

(( mycalc.y ))
%{
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

// yacc が定義する内部関数のプロトタイプ宣言
#define YYDEBUG 1
extern  int  yyerror( char const* ) ;
extern  char *yytext ;
extern  int  yyparse( void ) ;
extern  FILE *yyin ;
extern  int  yylex( void ) ;
%}

// 字句(トークン)の定義
%union {
   int  int_value;
}
%token <int_value>  INT_LITERAL
%token ADD SUB MUL DIV CR
%type  <int_value>   expression term primary_expression

%%
// 構文の定義
line_list  : line
           | line_list line
           ;
line       : expression CR       { printf( ">>%d\n" , $1 ) ; }
           ;
expression : term
           | expression ADD term { $$ = $1 + $3 ; }
           | expression SUB term { $$ = $1 - $3 ; }
           ;
term       : primary_expression
           | term MUL primary_expression { $$ = $1 * $3 ; }
           | term DIV primary_expression { $$ = $1 / $3 ; }
           ;
primary_expression
           : INT_LITERAL
           ;
%%

// 補助関数の定義
int yyerror( char const* str )
{
   fprintf( stderr , "parser error near %s\n" , yytext ) ;
   return 0 ;
}
int main( void )
{
   yyin = stdin ;
   if ( yyparse() ) {
      fprintf( stderr , "Error ! Error ! Error !\n" ) ;
      exit( 1 ) ;
   }
}

このプログラムを、yacc で処理すると、「加算式 + 乗算式」という文になっている部分を見つけると、
「$1(加算式部分の値)と、$3(乗算式の部分)の値を加えて、$$(式の結果)を求める」といった処理を生成してくれる。yyparse() 関数を呼び出すと、構文の一番最上部の line_list に相当する処理が起動される。yyerror()は、構文解析の途中で文法エラーになった時に呼び出される関数。

生成されるパーサの内容に興味があるなら、生成される y.tab.c の内容を読むと良い。

make と Makefile

これらのプログラムでは、字句解析を行う mycalc.l , 構文解析を行う mycalc.y を 作ったが、これを組合せて1つの実行ファイルにコンパイルする。 これらの手順は煩雑なので、make ツールを使う。

make は、 Makefile に記載されている”ターゲット”と、それを作るために必要な”依存ファイル”、 “依存ファイル”から”ターゲット”を生成する処理から構成される。 make は、ターゲットと依存ファイルの更新時間を比較し、 必要最小限の処理を行う。

(( Makefile ))
# 最終ターゲット
mycalc:	y.tab.o lex.yy.o
        gcc -o mycalc y.tab.o lex.yy.o
# 構文解析処理
y.tab.o: mycalc.y
        bison -dy mycalc.y	# -dy : yacc互換モード
        gcc -c y.tab.c
# 字句解析処理
lex.yy.o: mycalc.l mycalc.y
        flex -l mycalc.l        # -l : lex互換モード
        gcc -c lex.yy.c
clean:; rm mycalc y.tab.c y.tab.h lex.yy.c *.o

((ファイルの依存関係))
mycalc.l           mycalc.y
  |     \           |
lex.yy.c  y.tab.h  y.tab.c
  |            \    |
lex.yy.o        y.tab.o
        \    /
         mycalc