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ともあきまるこ
4 years ago
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1 コンパイラとプログラミング言語第 11 週条件分岐文と繰り返し文のコード生成 2014 年 6 月 18 日金岡晃

2 授業計画第 1 週 (4/9) コンパイラの概要第 8 週 (5/28) 下向き構文解析 / 構文解析プログラム第 2 週 (4/16) コンパイラの構成第 9 週 (6/4) 中間表現と意味解析第 3 週 (4/23) プログラミング言語の形式的な記述第 10 週 (6/11) Java 仮想マシンとその機械語第 4 週 (4/30) プログラミング言語の形式的な記述第 11 週 (6/18) 条件分岐文と繰り返し文のコード生成第 5 週 (5/7) 第 6 週 (5/14) 第 7 週 (5/21) 字句解析の概要と非決定性有限オートマトン決定性有限オートマトン字句解析プログラム中間試験構文解析の概要 / 上向き構文解析第 12 週 (6/25) 第 13 週 (7/2) 第 14 週 (7/9) (7/23-8/5) 関数呼び出しのコード生成休講休講期末試験 1

3 コンパイラとプログラミング言語復習第 10 週 JAVA 仮想マシンとその機械語 2

4 コンパイラの論理的な構成コンパイラソースプログラム字句解析構文解析意味解析最適化コード生成目的プログラム中間情報 ( 中間語名前表 ) 目的プログラムを出力するコンパイラの最終フェーズコンピュータが読むため目的プログラムの形式はコンピュータの種類などの環境に強く依存本講義では Java をターゲットにする 3

5 Java の仕組みコンパイラソースコード字句解析構文解析意味解析コード生成バイトコード ( クラスファイル ) 中間情報 ( 中間語名前表 ) コンパイラの種類とバイトコードの実行 Java コンパイラインタプリタ動的コンパイラ (Just-In-Time コンパイラ ) 実行ネイティブコンパイラ実行 4

6 仮想計算機と Java ソースプログラムコンパイラ目的プログラムエディタソースプログラムコンパイラ目的プログラムリンケージエディタ実行プログラムコンパイルした環境と同じ計算機環境で実行するようにコンパイルされるコンパイラを各計算機の環境ごとにつくらないといけない目的プログラムは各環境に応じたものを用意しなければならない実行プログラムは各環境に応じたものになる環境に依存しない仮想的に考えられた計算機 ( バーチャルマシン仮想計算機 ) と仮想計算機用のプログラムを実行可能なソフトを計算機と OS の組ごとに作成すればプログラム作成者は 1 つのプログラムを作るだけで様々な環境でプログラムが実行できる Java の場合 JavaVM 5

7 スタックマシン変数エリア 0 load 系の命令演算系の命令演算器 store 系の命令データデータデータオペランドスタック 6

8 Java VM バイトコード : データ操作 (1) ローカル変数の操作ローカル変数を保持数変数エリア領域から値を計算に使うためにオペランドスタックに積む命令計算結果があるオペランドスタックの先頭の値をローカル変数を保持する領域に格納する命令 7 iload iload_<n> istore istore_<n> 形式 :iload index index は符号なし 1 バイト整数ローカル変数へアクセスできるインデックス index にあるローカル変数の値をオペランドスタックへプッシュする形式 :iload_0, iload_1, インデックス <n> のローカル変数の値をオペランドスタックへプッシュする形式 :istore index index は符号なしの 1 バイトの整数でローカル変数へアクセスできるインデックスであるオペランドスタックの先頭の値をポップしてローカル変数の index が示すエリアにその値を格納する形式 :istore_0, istore_1, オペランドスタックの先頭の値をポップしてインデックス <n> のローカル変数のエリアへ格納する

9 Java VM バイトコード : データ操作 (2) 定数値の処理定数を計算に用いる場合直接値をオペランドスタックに積む命令 iconst_m1 iconst_<i> bipush<n> sipush<n> オペランドスタックに -1 を積む形式 :iconst_1, iconst_2, <i> は 1,2,3,4,5 のいずれかである整定数 i をスタックに積む整定数 n をオペランドスタックに積む <n> は符号付整数で -128 <n> 127 の範囲である整定数 n をオペランドスタックに積む <n> は符号付整数で <n> の範囲であるスタック操作 pop オペランドスタックの先頭の 1 ワードをポップするデータを 1 つオペランドスタックから捨てるための命令である 8

10 Java VM バイトコード : 算術演算 iadd isub imul idiv ineg オペランドスタックから 2 つの整数値をポップし加算した結果をオペランドスタックにプッシュするオペランドスタックから 2 つの整数値をポップし先頭の値を減数 1 つ前の値を被減数として減算した結果をオペランドスタックにプッシュするオペランドスタックから 2 つの整数値をポップし乗算した結果をオペランドスタックにプッシュするオペランドスタックから 2 つの整数値をポップし先頭の値を除数 1 つ前の値を被除数として除算した結果をオペランドスタックにプッシュするオペランドスタックの先頭の値の符号を反転させる 9

11 Java VM バイトコード : フロー制御 (1) 条件分岐 ifeq <address> ifge <address> ifgt <address> ifle <address> iflt <address> 10 オペランドスタックの先頭の値をポップしこれが 0 ならば指定した <address> を分岐オフセットとしてこの ifeq 命令からオフセットだけ離れた命令に制御が移るそうでなければ次の命令に制御が移る <address> は分岐オフセットを表す 16 ビットの符号付き整数であるオペランドスタックの先頭の値をポップしこれが 0 以上であれば指定した <address> を分岐オフセットとしてこの ifge 命令からオフセットだけ離れた命令に制御が移るそうでなければ次の命令に制御が移る <address> は分岐オフセットを表す 16 ビットの符号付き整数であるオペランドスタックの先頭の値をポップしこれが 0 より大きければ指定した <address> を分岐オフセットとしてこの ifgt 命令からオフセットだけ離れた命令に制御が移るそうでなければ次の命令に制御が移る <address> は分岐オフセットを表す 16 ビットの符号付き整数であるオペランドスタックの先頭の値をポップしこれが 0 以下ならば指定した <address> を分岐オフセットとしてこの ifle 命令からオフセットだけ離れた命令に制御が移るそうでなければ次の命令に制御が移る <address> は分岐オフセットを表す 16 ビットの符号付き整数であるオペランドスタックの先頭の値をポップしこれが 0 未満ならば指定した <address> を分岐オフセットとしてこの iflt 命令からオフセットだけ離れた命令に制御が移るそうでなければ次の命令に制御が移る <address> は分岐オフセットを表す 16 ビットの符号付き整数である

12 Java VM バイトコード : フロー制御 (2) 無条件分岐 goto <address> goto_w <address> 指定した <address> を分岐オフセットとしてこの goto 命令からオフセットだけ離れた命令に制御が移る <address> は分岐オフセットを表す 16 ビットの符号付き整数である指定した <address> を分岐オフセットとしてこの goto_w 命令からオフセットだけ離れた命令に制御が移る基本的には goto 命令と同じだが分岐先が 16 ビットの符号付き整数で表現できないほど離れている場合に用いる <address> は分岐オフセットを表す 32 ビットの符号付き整数であるメソッド呼び出しと復帰 invokestatic <method> ireturn 11 スタティックメソッドを呼び出し引数の値を順にスタックに積んでクラスメソッドを呼び出す返戻値がある場合はそれがスタックの先頭に積まれた状態で戻る <method> はメソッドのエントリ番号を示す指定するコードであるオペランドスタックの先頭の整数値をポップして返戻値とし ( 呼び出し元のメソッドのオペランドスタックにプッシュして ) 実行中のメソッドを終了して呼び出し元に戻る

13 バイトコード生成と後置記法 d=a*(b+c) dabc+*= = は代入なので最後に持ってくる = 後置記法で表すと abc+* d * a + b c エントリ番号名前データ型番地領域長 1 a int b int c int d int 24 4 iload 1 iload 2 iload 3 iadd imul istore 4 12

14 コンパイラとプログラミング言語第 11 週条件分岐文と繰り返し文のコード生成 13

15 本日の到達目標と概要到達目標 Java VM バイトコードにおける分岐と繰り返しの理解概要分岐に関するJava VM バイトコードバイトコードにおける繰り返しの実現 14

16 Java VM バイトコード : 条件分岐その 2 if_icmpeq <address> if_icmpne <address> if_icmplt <address> if_icmpgt <address> if_icmple <address> if_icmpge <address> オペランドスタックから 2 つの整数値をポップし両方の値が等しければ指定した <address> に制御が移るそうでなければ次の命令に制御が移るオペランドスタックから 2 つの整数値をポップし両方の値が異なる場合指定した <address> に制御が移るそうでなければ次の命令に制御が移るオペランドスタックから 2 つの整数値をポップし先頭の値 >1 つ前の値の場合指定した <address> に制御が移るそうでなければ次の命令に制御が移るオペランドスタックから 2 つの整数値をポップし先頭の値 <1 つ前の値の場合指定した <address> に制御が移るそうでなければ次の命令に制御が移るオペランドスタックから 2 つの整数値をポップし先頭の値 1 つ前の値の場合指定した <address> に制御が移るそうでなければ次の命令に制御が移るオペランドスタックから 2 つの整数値をポップし先頭の値 1 つ前の値の場合指定した <address> に制御が移るそうでなければ次の命令に制御が移る 15

17 分岐をつかったコード例 (1) ソースコード class Test01{ public static void main(string[] arg){ int i; int j; i=3; j=4; if(i>2){ j = 5; バイトコード 0: iconst_3 1: istore_1 2: iconst_4 3: istore_2 4: iload_1 5: iconst_2 6: if_icmple 5 9: iconst_5 10: istore_2 11: return 16

18 分岐をつかったコード例 (2) ソースコード class Test03{ public static void main(string[] arg){ int i; int j; int k; i=3; j=4; k=i+j; if(k>=5){ k=5; バイトコード 0: iconst_3 1: istore_1 2: iconst_4 3: istore_2 4: iload_1 5: iload_2 6: iadd 7: istore_3 8: iload_3 9: iconst_5 10: if_icmplt 5 13: iconst_5 14: istore_3 15: return 17

19 分岐をつかったコード例 (3) ソースコードバイトコード class Test03{ public static void main(string[] arg){ int i; int j; i=3; j=4; if(j>=3){ i=2; 18

20 Java VM バイトコード : 算術演算その 2 iinc 形式 :iinc index, value index にあるローカル変数の値を value だけ増加させ index が示すエリアにその値を格納する 19

21 繰り返しをつかったコード例 (1) ソースコード class Test02{ public static void main(string[] arg){ int i; int j; i=3; j=4; for(int k=0;k<10;k++){ ; バイトコード 0: iconst_3 1: istore_1 2: iconst_4 3: istore_2 4: iconst_0 5: istore_3 6: iload_3 7: bipush 10 9: if_icmpge 9 12: iinc 3, 1 15: goto 6 18: return 20

22 繰り返しをつかったコード例 (2) ソースコード class Test02{ public static void main(string[] arg){ int i; int j; i=3; j=4; for(int k=0;k<10;k++){ i++; バイトコード 0: iconst_3 1: istore_1 2: iconst_4 3: istore_2 4: iconst_0 5: istore_3 6: iload_3 7: bipush 10 9: if_icmpge 12 12: iinc 1, 1 15: iinc 3, 1 18: goto 6 21: return 21

23 繰り返しをつかったコード例 (3) ソースコード class Test05{ public static void main(string[] arg){ int i; int j; i=3; j=4; for(i=0;i<5;i++){ j--; バイトコード 0: iconst_3 1: istore_1 2: iconst_4 3: istore_2 4: iconst_0 5: istore_1 6: iload 1 7: iconst_5 8: if_icmpge ** 9: iinc 2,-1 10: iinc 1,1 11: goto 6 22

24 本日の到達目標と概要到達目標 Java VM バイトコードにおける分岐と繰り返しの理解概要分岐に関するJava VM バイトコードバイトコードにおける繰り返しの実現 23

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PowerPoint プレゼンテーションコンパイラとプログラミング言語第 10 週 Java 仮想マシンとその機械語 2014 年 6 月 11 日金岡晃授業計画第 1 週 (4/9) コンパイラの概要第 8 週 (5/28) 下向き構文解析 / 構文解析プログラム第 2 週 (4/16) コンパイラの構成第 9 週 (6/4) 中間表現と意味解析第 3 週 (4/23) プログラミング言語の形式的な記述第 10 週 (6/11)