第2回勉強会スライド

1. 2013年2月3日第2回勉強会：スライド 1

2. こっうた～ん♪ 2

3. はーい！ 3

4. koturn 0;の発表～はっじまーるよ～♪ 4

5. まずは、自己紹介から名前：koturn 0; 趣味：数学、プログラミングエディタ：vim派言語：C/C++/C#/Java/Python /Ruby/Javascipt/common LISP /elisp/Vim script 5

6. アウトライン ● 自作コンパイラ(まだまだ未完成) ● C言語マナー – const修飾子 – リンケージ(extern, static) – ヘッダファイルの書き方 – 関数定義 – 個人的に気を付けているコーディングマナー 6

8. 自作コンパイラ概要 ● プログラミング言語を作ろうという試みです ● 実用的になるように、Javaのクラスファイル (.class)を出力するようにしています 8

9. 自作コンパイラなぜJVMをターゲットに？ ● 実マシン(レジスタマシン)のアセンブリ言語の出力は、難しそうだったからです ● JVMはスタックマシンであり、仕組みが単純かつマルチプラットホーム、しかもそこそこ実用的！ ● JVMの価値は、ライブラリにあると思います 9

10. 自作コンパイラ使用ツール ● Jasmin – Javaのクラスファイルを生成できるアセンブラ – 文法は、javap -Cで逆アセンブルしたときと同じような形式 ● Jay – パーサ・ジェネレータ(bisonのJava版) – Javaのソースコードとして、構文解析器を生成 ● JFlex – レキシカル・アナライザ・ジェネレータ(flexのJava版) – Javaのソースコードとして、字句解析器を生成 10

11. 自作コンパイラ概略図自作コンパイラ Javaアセンブラ Javaアセンブラ自作コンパイラ Jasmin Jasmin 自作言語の自作言語の Jasmin用 Jasmin用 Java Java ソースコードソースコードアセンブリコードアセンブリコードクラスファイルクラスファイル 11

12. 自作コンパイラ文法 ● 今のところ、以下の文法規則のみです list : | list inum EOL | list print inum EOL { 文字を出力 } ; inum : expr ; expr : expr ADDOP expr { 加算・減算命令の生成 } | expr MULOP expr { 乗算・除算・剰余命令の生成 } | NUMBER { 数値をスタックに積む命令の生成 } ; print : PRINT { プリントオブジェクトをスタックに積む命令の生成 } ; 12

13. 自作コンパイラソースコード例 ● 自作言語のソースコード print 2 + 3 * 5 ･･･しょぼいですね、はい 13

14. 自作コンパイラアセンブリコードの生成 ● コンパイルして生成されたアセンブリコード .class public KCTest .super java/lang/Object .method public <init>()V aload_0 invokenonvirtual java/lang/Object/<init>()V return .end method .method public static main([Ljava/lang/String;)V .limit stack 5 getstatic java/lang/System/out Ljava/io/PrintStream; ldc 2 ldc 3 ldc 5 imul iadd invokevirtual java/io/PrintStream/println(I)V return .end method 14

15. 自作コンパイラアセンブルしてクラスファイル生成 ● 無事にクラスファイルを生成することができます。 $ java -jar jasmin.jar asm.j Generated: KCTest.class ● 実行結果 $ java KCTest 17 ● 演算子の優先度を考えて、正しく構文解析をできたようです 15

16. 自作コンパイラ逆コンパイル ● 生成したクラスファイルをjd-guiを用いて、逆コンパイルしてみました public class KCTest { public static void main(String[] paramArrayOfString) { System.out.println(2 + 3 * 5); } } ● (2 + 3 * 5)は、通常コンパイル時に計算されるので、異質なものであると分かりますね 16

17. 自作コンパイラ今後の課題 ● 変数宣言ができるようにする ● スタックサイズの自動的な決定でも、めんどくさいから、もうやらないかも･･･うえたさん＠がんばらない 17

19. C言語のお話に入る前に･･･ 19

20. C言語のお話に入る前に･･･知識確認 ● 実行バイナリが出来るまでの手順です Cソースコード Cソースコードプリプロセスプリプロセス Cプリプロセス Cプリプロセスソースコードソースコードコンパイルコンパイルアセンブリコードアセンブリコードアセンブルアセンブルオブジェクトオブジェクトファイルファイルリンクリンク実行実行バイナリバイナリ 20

21. C言語のお話に入る前に･･･知識確認 ● 具体的には、こういうコマンドを用います foo.c foo.c $ gcc -E foo.c -o foo.i $ gcc -E foo.c -o foo.i foo.i foo.i $ gcc -S foo.i -o foo.s $ gcc -S foo.i -o foo.s foo.s foo.s $ gcc -c foo.s -o foo.o $ gcc -c foo.s -o foo.o foo.o foo.o $ gcc foo.o -o foo.out $ gcc foo.o -o foo.out foo.out foo.out 21

22. さて、本題です 22

23. const修飾子意義 ● const修飾子は、プログラムの書き手のためにあるわけではないと思っています！ ● どちらかといえば･･･ – 読み手のため – コンパイラの最適化のため ● Immutable(不変)であることは強力です!! 23

24. const修飾子 constポインタ(1) ● 関数の引数でRead onlyなポインタ変数(と参照変数)には、constを付けましょう！ int add(const int *a, const int *b) { return *a + *b; } int add(const int &a, const int &b) { return a + b; } ● 読み手にとって、非常に読みやすくなります！ 24

25. const修飾子 constポインタ(2) ● const int *a と int *const a の違い？ – const int *a は、指している先(value)へのconst性の付与 ● OK: a++; ● NG: (*a)++; – int *const a は、それ以外を指せないようにする(addressへのconst 性の付与)。指している先の値は変更可能。 ● NG: a++; ● OK: (*a)++; ● const int *const a とかもできます ● const int *const *const b なんていうのも･･･ 25

27. リンケージ(extern, static) 基本 ● リンケージを意識して書くのは、分割コンパイルの基本です ● extern記憶クラス指定子とstatic記憶クラス指定子というものがあります ● 関数内static変数とグローバルstatic変数のstatic の意味は異なります 27

28. リンケージ(extern, static) 分割コンパイルって？ 28

29. リンケージ(extern, static) 分割コンパイルって？ ● 複数のソースファイルを書いて、最終的にそれらのオブジェクトファイルをドッキングすることです 29

30. リンケージ(extern, static) 分割コンパイルって？ ● 複数のソースファイルを書いて、最終的にそれらのオブジェクトファイルをドッキングリンクすることです $ gcc akane.o aoi.o -o vividblue.out 30

31. リンケージ(extern, static) extern ● 『実体は別のところにある』という宣言です ● 関数プロトタイプには、自動で付与されます extern void foo(); // 書いてもいいが、書かない場合と変わらない void bar(); // externは省略してよい ● 主に、ヘッダファイルに書かれ、グローバル変数の実体の存在を知らせるのに使われます ● 外部に公開したい変数、関数につけます extern int foo; 31

32. リンケージ(extern, static) static ● static･･･性的？ 32

33. リンケージ(extern, static) static ● static･･･性的静的 ● C言語のstaticは、意味合いが分かりにくいです ● 別の名称を使えばいいのに、と思ったり – externの対義語としてinternとかねうるさいよ、このエロスが!! 33

34. リンケージ(extern, static) static(グローバル)(1) ● グローバルなstatic変数は、このソース内でしか使いませんよ、という宣言です ● Javaでいうprivate変数みたいなものです ● 外部に公開しない、一時的なユーティリティ関数や、内だけで使用したいグローバル変数に使いましょう ● 当然、ヘッダファイルに書くことはないです 34

35. リンケージ(extern, static) static(グローバル)(2) ● staticは最適化の面でも恩恵があります ● gccの-finline-functionsオプションは単純なstatic 関数をinline展開してくれます – (gccはinline使えるじゃん、とツッコまないこと) ● static const変数は、コンパイルされると、変数としては消えます＼アッカリ～ン／ 35

36. リンケージ(extern, static) static(関数内) ● 関数内static変数は、関数単位で状態を保存するための機構です int funcion(void) { static int a = 0; // 初めてこの関数が呼ばれたときのみ初期化される return ++a; // 関数が呼ばれるたびに、返す値が1ずつ増えていく } ● 呼び出す毎に挙動を変えることができますね！ void function(void) { static int a = 0; if ((a++ & 1) == 0) { printf(“foon”); } else { printf(“barn”); } } 36

37. リンケージ(extern, static) まとめキーワード意味 static 変数の実体(外部に公開しない) グローバル変数キーワードなし変数の実体(外部に公開する) extern 変数の宣言(実体ではない) static 外部に公開しない関数関数の実体キーワードなし外部に公開する関数 extern 外部に公開する関数 static 外部に公開しない関数のプロトタイプ関数のプロトタイプ宣言キーワードなし外部に公開する関数のプロトタイプ extern 外部に公開する関数のプロトタイプ 37

39. ヘッダファイルあなたは正しいヘッダファイルの書き方ができていますか？ 39

40. ヘッダファイル書き方 ● 基本的に実体は書きません ● インターフェースを記述するのがヘッダファイルです ● 関数定義や変数宣言をしないでください ● 外部に公開するものを.hに、その実体を.cに書くのが基本です！ 40

41. ヘッダファイル何を書くの？ ● 具体的には、 – マクロ – extern変数宣言 – プロトタイプ宣言 – 列挙体定義(enum) – 型定義(typedef) – （インライン関数） 41

42. ヘッダファイル C++なお話 ● .h と .hppの違いって何？ – .hpp = .h + .cppと思ってください – つまり、クラスの実体も書いたヘッダファイルが.hppです – 通常は.hと.cppに分割し、以下のようにするのが好ましいです ● .hにはクラス宣言 ● .cppには実装 ● C++では、テンプレートもヘッダに書くようですね 42

43. ヘッダファイルインクルードガード ● 多重インクルードを防ぐようにしていますか？ ● 多重インクルードをして、マクロなどが複数回定義がされると、コンパイルエラーが出ます ● 分割コンパイルするときのヘッダの管理は大変ですよね！ ● なので、インクルードガードをしましょう！ 43

44. ヘッダファイルインクルードガードの書き方 ● こんなやつをヘッダに書きましょう↓ #ifndef HOGE_H #define HOGE_H … #endif ● もしくは、新しい方法で↓ #pragma once – #ifndef, #define, #endifはプリプロセッサが処理 – #pragma onceはコンパイラが処理 44

46. 関数定義問題のあるものを紹介します 46

47. 関数定義 case1: int function() { return 1; } ● 問題点 – 引数が無いとき、()と書いていること ● アドバイス – 引数が無い場合は、引数にvoidと書きましょう ● (ただし、C++では、()と書くと引数無しとみなされます) – コンパイラの引数の型検査が受けられなくなります 47

48. 関数定義 case2: function(void) { return 0xff; } ● 問題点 – 返り値の型を省略していること ● アドバイス – 返り値の型を省略すると、intを返すと推論されますが、行儀が悪いので止めましょう – これも、コンパイラの返り値の型検査が受けられなくなります – 省略がカッコイイと思っているのは、厨二病です 48

50. 個人的に気をつけているコーディングマナー ● 変数の使いまわしをしない ● 変数の寿命(スコープ)は可能な限り短く ● 演算子の前と後には1スペース空ける ● if, for, switch, whileなどの丸括弧の前と後に1スペース ● エラー処理はガード条件を用いて、ネストを深くしない ● 1つの関数を大きくしすぎない 50

51. 個人的に気をつけているコーディングマナー ● コンパイラの警告レベルを上げるのもいいですね ● gccだと以下のオプションがあります – -Wall：一般的に注意すべき警告を全て出力します – -Wextra：かなりおせっかいな警告も出力します ● gcc3.xでは-Wオプションなので注意 – -pedantic：厳密なANSI CおよびISO C++により要求される警告をすべて出力します ● -pedanticはやりすぎですが、-Wall、-Wextraをクリアすると、いい感じだと思います 51

52. 以上で、発表終了です 52

53. 御清聴ありがとうございました･･･ 53

54. でも･･･？ 54

55. 俺の発表がこんな平和なもので終わるわけがない 55

56. ってことで、 56

57. 黒魔術を紹介していきます 57

58. 黒魔術のアウトライン ● インラインアセンブラ – アセンブラのコメント挿入 ● ビットフィールド – ビットフィールドの使い方 ● 関数ポインタ – C++ライクなコード ● GNU拡張文法 – 強制インライン展開 ● 三項演算子とカンマ演算子 – トリッキーコード 58

60. インラインアセンブラ概要 ● C/C++といえば、アセンブラですよね！ ● とはいえ、アセンブラは難しい･･･ ● でも、アセンブリコードはパフォーマンスチューニングの参考にはなりますよね ● でも、ある部分のコードがどのアセンブリコードに対応するのか確認するのは面倒･･･ 60

61. インラインアセンブラインラインアセンブラのコメント ● そんなときに、インラインアセンブラ!! ● インラインアセンブラで、アセンブラのコメントを入れると確認しやすいです ● インラインアセンブラの記述方法は、コンパイラによって異なるので注意してください ● インラインアセンブラに間違ったコードを入れると、コンパイル時ではなく、アセンブル時にエラーが出ます 61

62. インラインアセンブラアセンブラコメント挿入 ● 以下のコード(抜粋)をコンパイル // アセンブリコードのコメントは# asm("# ========== loop begin =========="); for (i = 0; i < 10; i++) { puts("Hello"); } asm("# ========== loop end =========="); ● コンパイルコマンド $ gcc -S loop.c -o loop.s 62

63. インラインアセンブラコンパイル後のコード ● コンパイル結果 – アセンブリコードにコメントが入っていますね # 12 "loop.c" 1 # ========== loop begin ========== # 0 "" 2 /NO_APP movl $0, 28(%esp) jmp L2 L3: movl $LC0, (%esp) call _puts incl 28(%esp) L2: cmpl $9, 28(%esp) jle L3 /APP # 16 "loop.c" 1 # ========== loop end ========== # 0 "" 2 63

65. ビットフィールドビットフィールドとは？ ● C言語の特殊な文法(機能)として、ビビッドビットフィールドというものがあります ● あまり使われませんが、組み込み系などで使われることがあります ● これを用いると、以下のようなビット演算子を用いたビットをON・OFFする作業が不要となります enum bit_flags { BIT_A = 0x01,　BIT_B = 0x02 }; int main(void) { int flag; flag |= BIT_A; // 1ビット目のビットをセット flag &= ~BIT_B; // 2ビット目のビットをクリア printf(“flag = %dn”, flag); return EXIT_SUCCESS; 65 }

66. ビットフィールドビットフィールドの使い方 ● ビットフィールドは構造体の一部として用います ● 構造体全体のサイズは、int型のn倍になります ● 構造体のメンバにunsigned intと書きますが、そのメンバにunsigned int分の領域が確保されるわけではありません // 構造体全体でunsigned int型のサイズにアラインされる struct { unsigned int a : 1; // 1ビットの領域の確保 unsigned int b : 1; // 1ビットの領域の確保 } bf; int main(void) { bf.a = 1; // 1ビット目のビットをセット bf.b = 0; // 2ビット目のビットをクリア printf("sizeof(bf) = %dn", sizeof(bf)); printf("bf = %dn", bf); // 1と表示 return EXIT_SUCCESS; 66 }

68. 関数ポインタ概要 ● 関数ポインタは、関数をモノとして扱うための手段です ● 関数型言語の『高階関数』を実現することができます ● 変数、引数が名詞、関数が動詞というなら、関数ポインタは動名詞というところでしょうか ● <stdlib.h>のqsortの第4引数は関数ポインタです // qsortのプロトタイプ void qsort(void *base, size_t num, size_t size, int (*compare)(const void*, const void*)) 68

69. 関数ポインタ構造体を用いた見た目C++コード ● 以下のようなコードだと、パッと見た感じC++っぽく見えますよね typedef struct { int (*add)(int, int); int (*sub)(int, int); } obj_st; int add(int a, int b) { return a + b; } int sub(int a, int b) { return a - b; } int main(void) { obj_st os = {add, sub}; printf("2 + 5 = %dn", os.add(2, 5)); printf("9 - 6 = %dn", os.sub(9, 6)); return EXIT_SUCCESS; 69 }

71. GNU拡張文法一例 ● gcc, g++のGNU拡張機能には、以下のようなものがあります – 複文を式にする – 関数内関数定義(g++では不可能) – typeof演算子 – 型を表す変数 71

72. GNU拡張文法複文を式化する ● この機能は、複文({ }の部分)を丸括弧でくくることにより、その複文が式になるというものです ● 式の値は、最後の複文の値になります // この例だと、この式化した複文の値は1 ({ if (a == 0) { printf(“foon”); } else { printf(“barn”); } 1; }) 72

73. GNU拡張文法強制インライン展開 ● 複文を式化する機能をマクロに使おう！ ● 2数の内、最大値を返す関数をマクロでインライン化した例です int max(int a, int b) { #define max(a, b) ({ if (a >= b) { typeof(a) _a = a; return a; typeof(b) _b = b; } else { typeof(a) max; return b; if (_a >= _b) { } max = _a; } } else { max = _b; } max; }) 73

75. 三項演算子とカンマ演算子三項演算子とは？ ● 三項演算子(条件演算子)は以下のような形式で記述されます <条件> ? <条件がtrueのときの値> : <条件がfalseのときの値> ● 絶対値を表す三項演算子は以下の通り abs_value = x > 0 ? x : -x; ● 簡単な条件分岐であれば、if~else文より簡潔に記述できます ● 三項演算子は、式でありながら条件分岐が可能です！ 75

76. 三項演算子とカンマ演算子カンマ演算子とは？ ● カンマ演算子とは、複数の式を1つの式として扱う手段です ● 以下のように記述したとき、式全体の値は値nとなります(各値は1度ずつ評価されます) (値1, 値2, 値3, … , 値n) ● 以下のように記述したとき、xに代入されるのは3 となります x = (1, printf(“foo”), 2, printf(“bar”), 3); 76

77. 三項演算子とカンマ演算子 THE 黒魔術!! ~FizzBuzz~ ● 以下は、FizzBuzzをトリッキーに書いた例です ● 三項演算子とカンマ演算子があれば何でもできます!!(誇張あり) int main(void) { static const int MAX = 100; int i; for (i = 0; i < MAX; i++) { puts((printf("i = %2d : ", i), i % 15 == 0 ? "FizzBuzz" : i % 5 == 0 ? "Buzz" : i % 3 == 0 ? "Fizz" : "") ); } return EXIT_SUCCESS; } 77

78. 参考文献 ● プログラミング言語C　第2版 ● C言語入門書の次に読む本 [改訂新版] 78

79. 参考文献 ● 分割コンパイルとリンケージ – http://www.cc.kyoto-su.ac.jp/~hxm/cstext/prog06.html ● GCC some extensions – http://www-cms.phys.s.u-tokyo.ac.jp/~naoki/CIPINTRO/gccextend.html ● トリッキーコードネット – http://tricky-code.net/ ● 八角研究所 – http://www.hakkaku.net/articles/20090318-400 79

80. 今度こそ、本当に御清聴ありがとうございました！ m(__)m 80

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