B 演習 ( 言語処理系演習 ) 第 8 回 評価器 - PowerPoint PPT Presentation

B演習(言語処理系演習)第8回評価器

田浦

• すでにそろっている材料
• 構文木(実行すべきプログラムの文面を表したデータ構造)
• Python値の表現や構築方法
• mk_py_int(5), mk_py_float(3.3), …
• 最終ステージ : 評価器
• プログラムを実行  言われたPython値を作ったり，表示したり，etc.

• 環境の概念
• 式を評価する
• 演算子，組み込み関数の実装法
• 文を評価する
• 実行時エラーの表示

• いずれも規定課題の正しい実行+性能測定
• 選択肢
• ○ mini-Python
• △ sub-Python = mini-Python – 辞書，リスト，タプル，文字列
• ◎ mini-Python + α
• αの例
• 性能向上
• オリジナルなmini-Pythonプログラム(大きめ)
• GC

• サポートするデータ型が
• 整数，浮動小数点数，None, 関数(Python, native)だけ
• おまけとして for 文もなくなる(文字列，タプル，リストのどれかがないと実行できないため)
• これでも評価器の大部分を作ることにはなるが，組み込み関数・演算子の数が激減し，各々の演算子の動作も単純になる

• py_val_t eval_expr(expr_t e, …)

評価値のデータ表現

構文木

構文木評価値のデータ表現

• py_val_t eval_expr(expr_t e, …) { switch (e->kind) { case expr_kind_var: … case expr_kind_literal_int: … case expr_kind_literal_float: … … }}

• case expr_kind_literal_int: return mk_py_int(e->u.lit_i);

構文木中にある整数

mini-Pythonのデータ表現への変換(pyvalues.c)

環境

• case expr_kind_var: … e->u.var … ??
• 構文木を見ただけではその変数の値は分からない
• 「変数名  値に関する情報」が必要

• 変数名とその値の対応を保持しているもの
• ある式の評価値はそれだけでは定まらず，環境があってはじめて値が決まる
• 式を「環境の下」で評価する
• 同じ変数名でも関数が違えば異なる値を保持している
• それらは「環境が違う」
• eval_exprは「環境」を引数として受け取る
• 変数のスコープ規則(局所変数，大域変数)などを正確に述べる上でも役に立つ概念

大域変数zへの代入

局所変数yへの代入

局所変数zへの代入

大域変数zへの代入

• 局所変数と大域変数
• z = 10def f(): y = 20def g(): z = 30def h(): global z z = 40

局所変数zを参照

大域変数zを参照

• まず局所変数を，なければ大域変数を参照する
• z = 10def f(): z = 5 return zdef g(): return z

• プログラム全体で唯一，大域環境が作られる
• 毎関数呼び出し時に，その呼び出し用の「局所環境」が作られる
• あらゆる式・文は，局所環境，大域環境の下で評価される(便宜上，トップレベルは局所環境=大域環境と考える)

局所環境

大域環境

• py_val_t eval_expr(expr_t e, env_t lenv, env_t genv, stack_trace_t bt)

スタックトレース(関数呼び出し履歴)

エラーメッセージの表示用(後述)

• global x
• 局所環境で「xは大域変数である」とマーク
• x = v
• 局所環境のxをvにセット
• ただし，xが大域変数であるとマークされていれば大域環境のxをvにセット

• 局所環境を探索
• 見つからなければ，またはその変数が大域変数であるとマークされていれば大域環境を探索
• 見つかればそれが評価値
• 見つからなければ実行時エラー

• env_t mk_env()
• env_set(env_t env, char* key, py_val_t val)
• py_val_t env_lookup(env_t env, char * key)
• void env_set_global(env_t env, char * key)
• int env_is_global(env_t env, char * key)

• py_val_t env_lookup_var( env_t lenv, env_t genv, char * key, …) { py_val_t v = env_lookup(lenv, key); if (v != py_val_not_found && v != py_val_global) return v; v = env_lookup(genv, key); if (v != py_val_not_found) return v; else エラー; }

要素部を評価してデータを作る関数を呼ぶ

(mk_py_tuple, etc.)

sub-Pythonでは不要

• expr_kind_display_tuple:/* [ a, b, c,...] */
• expr_kind_display_list: /* [ a, b, c,...] */
• expr_kind_display_dict: /* { a : x, b : y } */
• expr_kind_paren: /* ( e ) */
• expr_kind_operator:/* e + e, etc. */
• expr_kind_subscript: /* e[e] */
• expr_kind_attref: /* e.f */
• case expr_kind_call: /* e(e:e,..) */

カッコ内の式を評価する

ほとんどの場合関数呼び出しの一種とみなせる(後述)

単独で現れたらエラー(後述)

• E0(E1, …, En)の評価 (後でひとつだけ例外説明)
• E0を評価  py_val_t : f
• E1, …, Enを評価  py_val_vec_t : A
• 場合1: fが native関数の場合対応するC関数を呼び出す
• 場合2: fが Python関数の場合後述
• 場合3: どちらでもない場合エラー

• 新しい環境を作る(e’ = mk_env())
• その環境に「パラメータ名 : 渡された引数」を登録する(env_set(e’, …))
• その新しい局所環境の下で関数の本体(文の列)を評価する(eval_stmt_vec(…, e’, …)

• 例: L.append(x)
• mini-Python固有の約束:
• L.append(x) = append(L, x)
• L.appendは構文としては，expr_kind_attrefという種類の式として構文解析されるが，関数呼び出しの関数の位置以外に現れることを許さない
• 関数呼び出しを評価する際にこの場合を特別扱いする(レジュメ4.6節)

• 例: E0 + E1
• 実際評価の方法は似ている
• E0を評価  v0
• E1を評価  v1
• v0 + v1を計算する(それほど簡単ではない)
• そこでこれを add(E0 , E1)という関数呼び出しだとみなして評価する
• addはどこかに(native関数，Python関数として)定義する

• py_val_t eval_stmt(stmt_t s, env_t lenv, env_t genv, stack_trace_t bt)
• 返り値の意味
• py_val_continue  continueで実行が終了した
• py_val_break  breakで実行が終了した
• Pythonデータの表現  returnで実行が終了した
• py_val_next それ以外で(普通に)実行が終了した

• stmt_kind_expression
• stmt_kind_assignment
• stmt_kind_pass
• stmt_kind_return
• stmt_kind_break:
• stmt_kind_continue:
• stmt_kind_del:
• stmt_kind_print:
• stmt_kind_global:
• stmt_kind_if:
• stmt_kind_while:
• stmt_kind_for:
• stmt_kind_fundef:

• pass, break, continue
• py_val_next, py_val_break, py_val_continueを返すだけ

• expression
• 式をeval_exprを用いて評価する
• py_val_nextを返す
• return E
• Eをeval_exprを用いて評価する
• それを返す

• print E
• del E0[E1]
• E0[E1] = E

• global x
• 局所環境でxが大域変数であるとマーク(env_set_global)
• x = E
• Eを評価  v
• 局所環境でxをvにセット
• ただし，局所環境でxが大域変数であるとマークされていれば(env_is_global)大域環境でxをvにセット

• def f(x, y, …): S
• Python関数(mk_py_ifun)を作って，環境に登録
• 変数fへの代入と同じ効果

• if, while, for

• エラー発生ソース位置
• 簡単なエラーメッセージ
• スタックトレース

• stack_trace_t mk_stack_trace()
• void stack_trace_push(stack_trace_tbt, char*name, src_pos_tcall_site)
• btに，「nameとい関数がソース位置call_siteで呼ばれた」と記録(push)
• void stack_trace_pop(stack_trace_tbt, char*name, src_pos_tcall_site)
• btから頂上のエントリをひとつ除去(pop)する．それは，「nameとい関数がソース位置call_siteで呼ばれた」というエントリでなくてはならない
• void print_stack_trace(stack_trace_tbt)

各種演算子，組み込み関数

native関数群

eval_expr

環境(env_t)

関数呼び出し

Pythonで書かれた組み込み関数，演算子，添え字式，del, printに対応した関数群

式文, return文

スタックトレース

実行時エラー表示

eval_stmt

del, print, E[E] = E

• 環境
• これがないと変数を含む式・文は評価できない
• Python関数呼び出しの評価方法
• 新しい局所環境が作られる
• 引数のあたいが局所環境に登録されて渡される
• 様々な種類の式・文が「関数呼び出しの一種」とみなせる(要領よく実装)
• 演算子，添え字，添え字に代入，del, print
• 文を評価した結果の返り値
• py_val_continue, break, next