S 式ベースC言語における変形規則による言語拡張機構

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タイトル別名
  • Sシキ ベース C ゲンゴ ニ オケル ヘンケイ キソク ニ ヨル ゲンゴ カクチョウ キコウ
  • Language Extension by Rule-based Transformation for S-expression-based C Languages

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説明

現在，実用的システムの開発にC 言語は欠かせないが，細粒度マルチスレッド機能などを追加するためにC 言語を拡張するのはそれほど容易ではない．言語拡張の実現方式としては，C コンパイラに手を加えるもの以外に，拡張C プログラムを変換し，C コードを生成する方式もある．後者の方式では，最初にプログラムを抽象構文木（AST）に変換し，拡張に必要な解析や変形などを行った後，C コード生成を行うことが多い．AST のデータ構造には従来，構造体，オブジェクト指向言語のオブジェクト，直和型のデータなどが用いられているが，本研究では，AST をS 式で表現し，それをそのままプログラムとして用いることを提案する．このため，S 式ベースの構文を持つC 言語，SC 言語を設計した．SC 言語では新しいコンストラクトの追加が容易であり，また，S 式は，変換時に便利な動的変数も備えたCommon Lisp 言語を使って簡単に入出力や解析や変形ができるため，言語拡張のrapid prototyping が可能となる．ただし，Common Lisp 言語ではパターンマッチングを直接書くことができないので，本研究では，backquote マクロの記法をパターン部にも用いた変形規則の表記も提案する．このようなSC 言語は他の高水準言語の中間言語として用いることも可能である．本論文では，実際にSC 言語に細粒度マルチスレッド機能を追加した例も示す．

The C language is often indispensable for developing practical systems, but it is not so easy to extend the C language by adding a new feature such as fine-grained multithreading. We can implement language extension by modifying a C compiler, but sometimes we can do it by translating an extended C program into C code. In the latter method, we usually convert the source program to an Abstract Syntax Tree (AST), apply analysis or transformation necessary for the extension, and then generate C code. Structures, objects (in object-oriented languages), or variants are traditionally used as the data structure for an AST. In this research, we propose a new scheme where an AST is represented by an S-expression and such an S-expression is also used as (a part of) a program. For this purpose we have designed the SC language, the C language with S-expression-based syntax. This scheme allows rapid prototyping of language extension because (1) adding new constructs to the SC language is easy, (2) S-expressions can easily be read/printed, analyzed, and transformed in the Common Lisp language, which features dynamic variables useful for translation. Since pattern matching cannot be described directly in Common Lisp, we also propose denoting transformation rules with patterns using the backquote-macro notation. Such an SC language can also be used as an intermediate language for other high-level programming languages. This paper also shows a practical example where fine-grained multithreading features are added to the SC language.

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