【事例演習 6 】 　数式インタプリタ

　　　　　解　説解　説　　　　　　

　　　　“インタプリタの基本的な仕組み　　　　“インタプリタの基本的な仕組み””

　　　　機械語　 (Intel 用 ,Motorola 用 ,PowerPC 用…）

アセンブラ言語

　　ファームウェア方式機械語の命令をマクロ命令と考え， CPU 内に格納されたさらに基本的なマイクロコードプログラムによって評価・実行する方式

　 　　ハードウェア方式機械語の命令を CPUの論理回路によって解釈・実行する方式

コンパイラ

高水準言語

　コードの最適化　機械語コード生成

　　　疑似コード　　　　（ P-Code ）

　構文解析＆ 　コード生成

インタプリタとコンパイラの相違

実行 実行

　　アセンブラ 　機械語コードへ　直接変換

　　　　インタプリタ

　特殊問題向き言語

　　仮想マシン P-Code | Byte-Code の評価 &実行

　　　構文解析＆　　　コード生成

　　　疑似コード（ P-Code ま た は Byte-Code ）

　機能１：コンパイル（構文解析と疑似コードの生成） 入力された文や式が構文規則（シンタックス）にしたがっているかチェックし， 疑似コードを生成する

　　　　　　　 疑似コード P(Pseudo)-Code　　　アプリケーション プログラムを疑似的なコードや基本的な関数の呼出しに形式に変換したもの･　

疑似コード生成

疑似コードの評価・実行

　　機能２：仮想マシン (Virtual Machine)　　　疑似コードや基本的な関数呼出しをプログラム的に評価・実行する

インタプリタ言語（例えば BASIC,Java 等）で組んだ　　　　　アプリケーション・プログラム

C コンパイラ　　（ Intel用）

C コンパイラ　（ Motorola用）

C コンパイラ　（ PowerPC用）

仮想マシンの機能を記述した Cプログラムを翻訳した機械語コード　　　　　　　　　　　 (Intel 用 ,Motorola 用 ,PowerPC 用…）

実行

この範囲は CPU に依存しない

インタプリタ

　　　　サーバ

　　　　 Web ブラウザ 　 Java 仮想マシン

（ Virtual 　 Machine)

Java 　コンパイラ

コンパイルが生成したByte_code( 疑似コード）

Java プログラム Byte-code （疑似コード）

Java における Byte-code の転送と評価・実行

インタプリタの基本的な機能構造図

　　インタプリタ　　　　本体

　

　構文規則にしたがっているか　文 / 式をチェックし，　同時に疑似コードを生成する

　 get_syllable　一語の切出し

　 regist_variable　　変数の登録

　　 Parser

構文規則にしたがっているか解析し疑似コードを生成するモジュール群

疑似コードを格納したテーブル p_code_tbl

　　　

疑似コードを解釈し実行する

スタック操作 　演算操作 　命令アドレス　制御操作

　　 Evaluator　（仮想マシンとしての機能）

p_code_tbl

　　　 Parser　（構文チェックと　　　　疑似コード生成の機能）

擬似コードの生成方法とスタック上での操作との対応

スタック上でのこのような擬似命令を順に実行すると・・・

< a > 　

< b >

Evaluator

　　 a + b　

　　 a b +

①逆ポーランド表記に置換する

計算式

Parser②対応する順序で疑似コードを生成

[ a ] 　 [ b ] 　 ADD

[ a ] A で示される番地から値をスタックの先頭に積む命令ADD 　 スタック上の２つのオペランドに対して加算演算を　　　　　行い，その結果をスタック先頭に積む命令

ADD 演 算 の 実行

計算式で記述した計算が実行された

< a > + < b > <a> a で示される番地からもってきた値

スタック上でのこのような擬似命令を順に実行すると・・・

　　 a + b 　 - c　

対応する順序で疑似コードを生成

[ a ] 　 [ b ] ADD [ c ] SUBT

< a > + < b >

Evaluator

Parser

< c >

SUBT 演算の実行

<a>+<b> - <c>

計算式で記述した計算が実行された

　 a 　 + b ＊ ｃ 　　　　

[ a ]　　　　　

疑似コードを生成

Evaluator

Parser

計算式

< a > 　

計算式で記述した計算が実行された

計算の優先度の高いものを一つのまとまりとして扱うと・・・

MULT 演算

< b > 　

< c > 　

< b > * < c >

ADD 演算

<a> + <b>*<c>

　　　　？ ADD　 　　 　

[ b ] 　 [ ｃ ] 　 MULT 　　　　

スタック上でのこのような擬似命令を順に実行すると・・・

（　 a + b ）＊ ｃ 　　　　

Parser

計算式

< a > 　

計算式で記述した計算が実行された

計算の優先度の高いものを一つのまとまりとして扱うと・・・

< b > 　

疑似コードを生成

ADD 演算 Evaluator

< a > + < b >　

< c >　

MULT 演算

(<a>+<b>)*<c>

[ ｃ ] 　 MULT 　　　　

　　　　？　　　　

[ a ] 　 [ b ] 　 ADD 　　　　

スタック上でのこのような擬似命令を順に実行すると・・・

構文規則にしたがっているかの構文チェック，　　　　　および擬似コードを生成するプログラムの考え方

　　

　　計算の優先度が高いものは，一つの“まとまり”として扱い

　　　　　その処理は“まとまり”に任せる

構文チェックと擬似コードの生成　

　　方針

数式とは ・・・+

-

+

-　項

＋，－　より優先度の高い演算を含むものは「項」として一つに

まとめて扱い，その構文チェックと擬似コード生成は「項」に任せる

　項

因子*

/

*

/ 因子 ・・・　項とは　

* ， / より優先度の高い演算を含むものは「因子」として一つに

まとめて扱い，その構文チェックと擬似コード生成は「因子」に任せる

例えば．．．

因子とは 数字　

変数名

( 　数式　　）

式 (expression)::= 　項 (term)

+

-

以下の構文図式（ syntax Diagram) で示すように記述されているかチェックすればよい

構文チェックの方法

項 (term)::= 　因子 (factor)

*

/

　

　因子（ factor ）　：： = 　　　　　　　 　　　　　　　　　変数名（ variable name ）　

　　　　　　　　　　　　　　　　定数 (constant)

　　　　　　　　　　　　　　 ( 　　式 (expression) 　　　)

実は，構文図式は関数呼出しの手順に対応している

　　　　 　　　　　　　　　　 + 　　　　 　　　　　　　　　　　 -

　関数 expression ( ) 　 ::= 　　　　　 　 term ( )　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 * 　　　　 　 　　　　　　　 /

　関数 term 　 ( ) ::= 　　　　　　　 factor （ ）

　関数 factor 　 ( )::= 　　　 　　　 variable_name （ ）　　　 　　　　　　　　　 constant （ ）

　　　　　　 ( 　　 expression （ ) 　　 )

再帰呼出し

疑似コード生成の方法

　　　　 　　　　　　　　　　 + 　　　　 　　　　　　　　　　　 -

　関数 expression ( ) 　 ::= 　　　　　 　 term ( )　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 * 　　　　 　 　　　　　　　 /

　関数 term 　 ( ) ::= 　　　　　　　 factor （ ）

　関数 factor 　 ( )::= 　　　 　　　 variable_name （ ）　　　 　　　　　　　　　 constant （ ）

　　　　　　 ( 　　 expression （ ) 　　 )

ADD　SUBT　

２つ term() が呼出された後に生成

MULT　DIVD２つ factor() が呼出された後に生成

VALC: 　変数のｱﾄﾞﾚｽ　CNST: 　定数のｱﾄﾞﾚｽ

　　　　 　　　　　　　　　　 + 　　　　 　　　　　　　　　　　 -

　関数 expression ( ) 　 ::= 　　　　　 　 term ( )　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　

項を解析する関数 term() を呼び出す//※ 関数 term() を出るときには，必ず次の字句 (1語 )を syllable_buffにもってきている

次の語が演算子“＋”か“－”である間，繰り返す

逆ポーランド表記に置換するために演算子を一旦記憶する

次の一語を取り出し syllable_buffに格納する

項を解析する関数 term（）を呼び出す //※ 関数 term（）を出るときには，必ず次の字句（一語）を　　　　　　　　　　　　　　　　 syllable_buffにもってきている

一旦記憶した演算子を後に置いて疑似コードを生成する

　関数 expression ( )　

　例えば，関数 expression ( ) 　のプログラム手順

　　 Evaluator（仮想マシンとしての機能）

ＣＰＵ レジスタ群

　　　レジスタ A 　 ( rA)

　レジスタ B 　 ( rB)

TOS （ Top of Stack ： : 　 の先頭ｽﾀｯｸ位置）

rA, rB とスタック先頭の 2語（ Stack[TOS], Stack[TOS-1] ）とはハードウェア的に対応が取られる

疑似コードを評価・実行するスタックマシンとは！！

スタック領域主記憶

BOS （ Base of Stack ： : 　 の基底ｽﾀｯｸ位置）

Offset( 基底位置からの乖離 )

　 p_code_tbl の PC （ ）が指す位置から疑似コードをフェッチするﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑ ｶｳﾝﾀ．

　演算命令群

　論理及び関係命令群

　ロード，および索引命令群

　スタック，およびサブルーチン命令群

　分岐命令群

終わり

　疑似コードを命令部とアドレス部に分解する．

　 PCを一つ進める

PC の終わりかYesNo

Evaluator における疑似コードの評価・実行手順

疑似コードの判別

【 182ページ参照】

質問？

　　情報処理実験　「数式インタプリタ」

　　　　　解　説解　説　　　　　　

　　　　　　　“スタック操作の基本　　　　　　　“スタック操作の基本””

演算の種類によって異なるスタック操作

　　２項演算(+,-,*,/,剰余 %，べき乗＾など）

　　　 < a >　　　 < b > スタックの先頭

TOS(Top_of_Stack)

2項演算

< a > ＋ <b>

　　　スタックの先頭（ pop後）

　　　単項演算(階乗П,sin,cos,tan 等関数など）

　　　 < a > スタックの先頭

単項演算

　　 < П a >

関数 call/return 時のスタック操作

　　 < p1 >=21

　　 < p2 >=87

　　

int a = 12, 　 b =21, 　 c;

f ( b, 87 ); :

Lex_Levelﾚｼﾞｽﾀ# ２

# １

#０

MSCW：関数 1の位置

RCW:戻り位置 =0

1

2

3

4

5

6

7

　　　 < b >=21

　　　 < c >

　　　 < a >=12

7

　 [ #2: offset=4]

　　　 < a >=12

　　 < p1 >=21

< a + p1>=33

　　 < p2 >=87

< a +p1-p2>= -54

　　 < x >

　　　　 < x >= -54

-54

次の疑似 の実行してゆくｺｰﾄﾞ

サンプルプログラム

12

21

87

CONST_TBL

0

1

2

3

CSTC 0 　　 // 変数 a(=12) の確保

CSTC 1 // 変数 b(=21) の確保

PUSH // 変数 c の確保

MKSW #2: 1 　 // 関数ｆを呼出す

VALC #1: 3 　　 // b の値を積む

CSTC 2 　　　　 // 値 87 を積む

ENTR

:

疑似コード生成

int f (int p1,float p2) { int x; x = 　 a + p1 – p2; return x; }

PUSH // 変数ｘの確保

NAMC #2:4 // x の 作ｱﾄﾞﾚｽ成

VALC #1:2 　 // a の値

VALC #2:2 　 // p1 の値

ADD

VALC #2:3 　 // 　 p2 の値

SUBT

STOR

RETN

0

1

2

3

4

5

6

7

8

疑似コード生成

関数 f( 関数 No.=1) の疑似コード

stack基底

※[ LL=#1 ]

※[ LL=#2 ]

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