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言語処理系（２）

言語処理系（２）. 金子敬一. ２　プログラミング言語. ２．１　高水準プログラミング言語 ２．２　プログラミング言語の定義 ２．３　言語の字句構造および構文構造 ２．４　データ要素 ２．５　データ構造. ２．６　演算子 ２．７　代入 ２．８　文 ２．９　プログラム単位 ２．１０　データ環境 ２．１１　引数の転送 ２．１２　記憶域管理. ２．１　高水準プログラミング言語. 高水準プログラミング言語の利点. 理解しやすさ 自然さ 移植性 使用効率. 読み易い，書き易い，証明し易い. アルゴリズムを自然に記述できる.

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言語処理系（２）

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Presentation Transcript

  1. 言語処理系（２） 金子敬一

  2. ２　プログラミング言語 ２．１　高水準プログラミング言語 ２．２　プログラミング言語の定義 ２．３　言語の字句構造および構文構造 ２．４　データ要素 ２．５　データ構造 ２．６　演算子 ２．７　代入 ２．８　文 ２．９　プログラム単位 ２．１０　データ環境 ２．１１　引数の転送 ２．１２　記憶域管理

  3. ２．１　高水準プログラミング言語 • 高水準プログラミング言語の利点 理解しやすさ 自然さ 移植性 使用効率 読み易い，書き易い，証明し易い アルゴリズムを自然に記述できる 色々な計算機上で実行できる プログラムの生産性が高い

  4. ２．１　高水準プログラミング言語 • 信頼性 データ構造 有効範囲規則 制御構造 モジュール構造 生産性の向上に役立つ機能

  5. ２．２　プログラミング言語の定義 • 表記法 言語設計者 プログラマ コンパイラ設計者 正しいプログラムとその意味を単純かつ明快に表現可能 記述可能なプログラムとその動作を決定可能 受理すべき原始プログラムと生成すべき目的コードを決定可能

  6. ２．２　プログラミング言語の定義 • 構文 プログラム：アルファベットから選択された文字列 構文：ある文字列が正しいプログラムであるか否かを知 　　　　らせる規則 正規表現，文脈自由文法：構文指定のための決まり

  7. ２．２　プログラミング言語の定義 • 意味 意味：プログラムに意味を与える規則 　　　　構文の指定より難しい for I := 1 step 10 – J until 10 * J do J := J + 1 第1の意味：10 * JとJはループの前に1度だけ評価 第2の意味：10 * JとJをループ毎に評価 第3の意味：増分が負ならば，終了条件をI < 10 * J

  8. ２．２　プログラミング言語の定義 • 意味の指定法 操作的意味：抽象機械＋実行規則 翻訳：「文→文（既知）」の規則 公理的定義：「前データー（実行）→後データ」の規則 拡張可能定義：基本操作＋その組合せ 表示的意味：「プログラム→数学的対象」の規則

  9. ２．２　プログラミング言語の定義 • プログラミング言語の階層構造 プログラム サブルーチンおよびブロック 文 式 データ参照 演算子 関数

  10. ２．３　言語の字句構造および構文構造 • アルファベット プログラミング言語で使用される記号の集合：アルファベット，文字集合 Σ={a, b, …, z, A, B, …, Z, [, ], (, ), +, -, *, /, …}

  11. ２．３　言語の字句構造および構文構造 • 字句 もっとも低水準の部分文字列 多くのプログラミング言語では以下を字句とする： 定数．1, 2.3, 4.5E6, など 識別子．A, H2035B, SPEED, など 演算子記号．+, -, **, :=, .EQ., など 手掛かり語．IF, GOTO, SUBROUTINE, など 区切り記号．(, ), {, }, ,, ;, など

  12. ２．３　言語の字句構造および構文構造 • 上位レベルの構成要素 字句の集まり →構文構造 一般に構文構造は式を含む 式，代入演算子，区切り記号，手掛かり語 →上位レベルの構成要素を形成する際の要素

  13. ２．３　言語の字句構造および構文構造 • 字句解析上の約束 固定形式：文の要素を入力行の決められた位置に書く 自由形式：文の要素を入力行のどこに書いても良い →こちらが主流 FortranやAlgol68では文字列中以外の空白は無視される→字句解析作業は複雑化 DO 10 I = 1.3 ... 10 CONTINUE ⇒DO10I = 1.3

  14. ２．４　データ要素 • 基本的なデータ要素

  15. ２．４　データ要素 • 識別子および名前 対象：計算機が操作したり，使用したりするデータ要素，配列，手続き．記憶に格納される． 記憶の単位は名前をもつ． 名前は識別子によって表現．値と属性をもつ． 同じ識別子が別の名前を表現しうる．

  16. ２．４　データ要素 • 識別子および名前 void proc1() { int x = 12; ... } void proc2() { double x = 12; ... }

  17. ２．４　データ要素 • 属性 型（とりうる値，適用可能な演算，演算の効果） 有効範囲

  18. ２．４　データ要素 • 宣言 FORTRAN：　暗黙の型宣言 I, …, Nで始まる識別子は，陽に宣言しなければ整数 PL/I：　数値は４種類の属性―モード，スケール，進法，精度―をもつ DECLARE A DECIMAL FLOAT(10) ⇒浮動小数点，１０進法，１０桁精度，モードは実数（省略値）

  19. ２．４　データ要素 • 属性と名前の結合 結合：属性と名前を対応させること 静的結合：コンパイル時に結合を決定⇒強力な型検査 動的結合：実行時に結合を検査

  20. ちょっと休憩（雑談）

  21. 中国語編 • 日中で意味の異なる言葉

  22. 中国語編 • 外来語を漢字に直す→「意味から」と「音から」 • 意味編 西北航空（ノースウエスト），汽水（サイダー），電視（機） 　（テレビ） • 音編 　啤酒（ビール），威士忌（ウイスキー），白闌地（ブランデー） 　可口可楽（コカコーラ），夏威夷（ハワイ）

  23. 休憩おわり

  24. ２．５　データ構造 • 再帰的データ構造 リスト 　「空リスト」，または「データ 　要素の後にリストの続くもの」 木 　１つの節点が根 　残りの節点は，根の子で 　ある部分木に分割可能 struct cell { int val; struct cell *next; }; struct node { int val; struct node *left; struct node *right; };

  25. ２．５　データ構造 • 一般的なデータ構造 配列，キュー，スタック，文字列，グラフなど 構成子 破壊子　　　共通に備わっている関数 選択子

  26. ２．５　データ構造 • 配列 同じ型を持つ要素の集合 k次元の直方体状に並べられたもの A[1,2,0] 2次元 A 添字 0次元 1次元

  27. ２．５　データ構造 • 固定サイズ１次元配列 A[LOW +1] A[LOW +2] 配列A ... A[LOW] ... A[i] BASE+ k*(i-LOW) BASE +k BASE +2*k BASE ... アドレス ...

  28. ２．５　データ構造 • 固定サイズ多次元配列 A[1,1] A[1,2] A[1,3] A[2,1] A[2,2] A[2,3] A[1,1] A[2,1] A[1,2] A[2,2] A[1,3] A[2,3] 行順 列順

  29. ２．５　データ構造 • 固定サイズ多次元配列 行順 配列A A[1,1] A[2,3] A[1,2] A[1,3] A[2,2] A[2,1] BASE +k BASE +2*k BASE +3*k BASE +4*k BASE +5*k BASE アドレス A[i,j]⇒BASE+k*((i-LOWr)*HIGHc+(j-LOWc)

  30. ２．５　データ構造 • 固定サイズ多次元配列 列順 配列A A[1,1] A[2,3] A[2,1] A[1,2] A[1,3] A[2,2] BASE +k BASE +2*k BASE +3*k BASE +4*k BASE +5*k BASE アドレス A[i,j]⇒BASE+k*((j-LOWc)*HIGHr+(i-LOWr)

  31. ２．５　データ構造 • 辺ベクトルによる２次元配列

  32. ２．５　データ構造 • 動的配列 • 多くの言語で，配列の大きさを動的に指定可能 • 配列の要素へアクセスするためのアドレス計算は， 　固定の場合と同じ． • 添字の上下限は，データ記述子から調べる．　

  33. ２．５　データ構造 • レコード構造 • レコード欄を子，部分欄を孫としてもつ木構造 • 郵送先名簿を以下のように格納したい： MR. ALAN TURING 172 THE GRADUATE COLLEGE PRINCETON, N. J. 08540

  34. ２．５　データ構造 • レコード構造 1 FRIENDS(1000), 2 NAME, 3 TITLE CHARACTER(6), 3 FIRST CHARACTER(15), 3 LAST CHARACTER(15), 2 ADDRESS, 3 STREET CHARACTER(30), 3 TOWN CHARACTER(15), 3 STATE CHARACTER(15), 3 ZIP FIXED DECIMAL(5); MR. ALAN TURING 172 THE GRADUATE COLLEGE PRINCETON N. J. 08540

  35. ２．５　データ構造 • レコード構造 FRIENDS NAME TITLE FIRST LAST ADDRESS STREET TOWN STATE ZIP X = FRIENDS(123).ADDRESS.STATE ⇒BASE + 100 * (123 - 1) + 36 + 45 = BASE + 12281

  36. ２．５　データ構造 • 文字列 • 文字列の長さを指定する必要なし： SNOBOL⇒動的な記憶域の割当て • 文字列の長さの上限が規定： PL/I⇒文字列の長さを表すデータ記述子

  37. 整数や文字などの基本的なデータ型 ２．５　データ構造 • リスト構造 • carとcdrという２つの欄からなるレコード構造 • 各欄は，アトム，空ポインタ，他のレコード番地の 　いずれか • さらにアトムとポインタの判別に２つの欄，ゴミか 　否か判別するのに１つの欄が必要

  38. ２．５　データ構造 • リスト構造 [’A’, 2, ’B’, 1]

  39. ２．５　データ構造 • スタック スタックポインタ スタックサイズの上限が決まって いれば，その大きさの配列を使い 実現可能

  40. ２．６　演算子 • 算術演算子 • 演算子+,-,*,/,**（または^）が有名 • 演算子-は，単項にも２項にも用いられる． • 単項演算子→前置または後置 　言語Cでは，++は前置，後置いずれにも使用可 X=++Y;→Y=Y+1; X=Y; X=Y++;→X=Y; Y=Y+1; • ２項演算子→前置，中置，または後置

  41. ２．６　演算子 • 算術式 • データ参照は式 • +を２項中置演算子，E1, E2を式 ⇒E1+E2は式 • +を単項前置演算子，Eを式 ⇒+Eは式 • +を単項後置演算子，Eを式 ⇒E +は式 • Eを式 ⇒(E)は式

  42. ２．６　演算子 • 関係演算子 • ２項演算子 • 論理値（たとえばtrueやfalse）を返す • 代表的なものに<=, <, =, <>, >=, >がある

  43. ２．６　演算子 • 論理演算子 • 論理値をもつ引数，論理値を返す． • 論理積and • 論理和or • 論理否定not • 排他的論理和xor（またはeor）

  44. ２．６　演算子 • 文字列演算子 • 文字列を対象とする． • 連接 ”abcd” + ”efg”⇒”abcdefg” • 部分列の取り出し • パタン照合

  45. 右結合的 左結合的 +の順位＜**の順位 +の順位＞**の順位 ２．６　演算子 • 結合性と順位 • a+b+c→ (a+b)+cか，　a+(b+c)か？ • a+b**c　で，+は左結合的で　**は右結合的 a+b**c→(a+b)**cか，　a+(b**c)か？

  46. 単項演算子 ２．６　演算子 • 演算子の優先順位

  47. ２．６　演算子 • 演算子の代数的性質 • 可換則 x + y = y + x a + b * c = b * c + a • 結合則 (x + y) + z = x + (y + z) (a * 3) * 2 = a * (3 * 2) = a * 6 • 分配則 (x + y) * z = x * z + y * z a * 2 + b * 2 = (a + b) * 2

  48. ２．６　演算子 • その他の演算子（代入以外） • 条件式：ALGOLのif A then B else CやCの A ? B : Cなど．これは３項演算子 • 選択子：配列の添字付け，レコード構造の欄名の 　指定 A[1,2,i] 変項演算子あるいは多項演算子

  49. ２．６　演算子 • 型強制 • 異なる型の引数をとりうる演算子：Aが整数型で， Bが実数型のとき，A+Bの結果の型は？ • 暗黙の型変換：Aを実数型に変換してから加算を 　実行するようなコードを生成

  50. ２．６　演算子 • 演算子の実現 • 多くの演算子→機械命令 　算術演算子や論理演算子などの多くの演算子 • 関係演算子→比較命令＆条件分岐命令 • その他→機械命令列やサブルーチン

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