【20190319 KotlinLT】Kotlinで雑に作るLispインタープリタ

虎の穴　虎の穴　虎の穴　虎の穴　虎の穴
虎の穴
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Kotlinで雑に作るLispインタープリタ
虎の穴ラボ　藤原佳顕
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2019.03.19 オタクがKotlinを追うライトニングトークイベント

虎の穴
アジェンダ
• 自己紹介
• はじめに
• 動機
• Lispの軽い説明
• 字句解析編
• 構文解析編
• eval編
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虎の穴
自己紹介
(hash-map
:name "藤原佳顕(28)"
:desc "にわかLisperかつフロントエンドマン"
:work "Fantiaでフロント周りを中心に色々"
:like (hash-map :game '("レイストーム" "ダライアス外伝")
:anime '("スクライド" "Show By Rock")
:tech '("Clojure" "TypeScript")))
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虎の穴
はじめに
• Kotlinの勉強がてら簡単なLispを(雑に)
実装してみているので紹介します。
• 本LTには以下の要素が含まれます
– Any型
– null安全の破壊
– 安全じゃないキャスト
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虎の穴
• 言語を勉強するときはなにか作りたい！
– Webアプリはフレームワークも知らないとつらい・・・
– ほぼ素のKotlinで書けるCUIアプリにしよう！
• Lisp方言をちょっと触っていたこともあり実装が簡単そうなLispイン
タープリターの実装を通してKotlinの文法などを知ろう！というモチ
ベーション
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動機

虎の穴
Lispの軽い説明
突然ですがみなさん・・・
Lispってご存知でしょうか？
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虎の穴
Lispの軽い説明
Lispのよく聞くイメージ
• かっこが多い(+ 1 (- 9 ( * (/ 2 5) (+ 1 29))))
• 変態が使う言語
• エイリアン
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虎の穴
Lispの軽い説明
Lispは(拡張がなければ)文法が簡単!!
• 基本的にはカッコと予約語だけ(S式)
• 今回は時間と紙面の都合で以下の中でも四則演算と比較演算子、ifが実行で
きるまで実装します
(+ 1 (- 100 99)) ;;=> 四則演算 1 + (100 - 99) = 2
(= 1 1) ;;=> true
(> 1 1) ;;=> false
(< 1 1) ;;=> false
(if (= 1 1) "True" "False") ;; 特殊形式ifの例
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虎の穴
字句解析
今回は雑に作るので、手抜きします。
※“(+ 1 1)” → [“(“, “+”, “1”, “1”, “)”]に分解しているだけ
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const val LEFT_BRACES = "("
const val RIGHT_BRACES = ")"
const val SPACE = " "
// 文字列を空白でパースしてトークンのリストに変換
fun tokenize(line: String): List<String> =
line.replace(LEFT_BRACES, "$SPACE$LEFT_BRACES$SPACE")
.replace(RIGHT_BRACES, "$SPACE$RIGHT_BRACES$SPACE")
.split(SPACE).map { it.trim() }.filterNot { it.isBlank() }

虎の穴
字句解析(テスト)
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describe("tokenizeを呼んだ時") {
it("文字列が入力された場合文字列のリストが生成される") {
assertEquals(listOf("(", "+", "1", "1", ")"), tokenize("(+ 1 1)"))
}
it("入れ子のカッコの場合") {
assertEquals(listOf("(", "+", "1", "(", "*", "3", "10", ")", ")"), tokenize("(+ 1 (* 3 10))"))
}
context("S式として不正な場合でもトークン化は正常に終わること") {
it("左括弧が無い") {
assertEquals(listOf("+", "1", "1", ")"), tokenize("+ 1 1)"))
}
it("右括弧が無い") {
assertEquals(listOf("(", "+", "1", "1"), tokenize("(+ 1 1"))
}
it("カッコの対応が不正") {
assertEquals(listOf("(", "+", "1", "*", "3", "10", ")", ")"), tokenize("(+ 1 * 3 10))"))
}
}
}

虎の穴
構文解析
Lispのプログラムの形をよく見ると・・・
(+ 1 (- 100 99))
プログラム自体が再帰構造になっている！！
⇛しかし…Javaは末尾再帰最適化してくれないらしい
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外側の括弧の演算内側の括弧の演算

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構文解析(データ構造
データ構造自体も再帰構造とします
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class Cell(val parent: Atom<out Any>,
val children: MutableList<Cell>)
{}
関数とか特殊形式とかを表したもの引数リストとか。型を自分自身に
することで括弧の入れ子対応を考
えない
出力イメージ: [“+”, 1, [“-”, 100 99]]
parent
parentchildren children

虎の穴
構文解析(ロジック)
tailrec fun read(tokens: List<String>,
cell: Cell? = null,
braceStack: List<Cell> = listOf()): Cell?
{
// 中身省略
}
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末尾再帰するためのキーワード

虎の穴
構文解析(ロジック)
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DECOMPILEしてみた(Kotlin→バイトコード→Java)
@Nullable
public static final Cell read(@NotNull List tokens,
@Nullable Cell cell,
@NotNull List braceStack)
{
while(true) {
// 中身省略
if (tokens.isEmpty()) { // 全トークンが処理完了したら終わり
Collection var19 = (Collection)braceStack;
if (!var19.isEmpty()) {
throw (Throwable)(new BraceError("( is not found"));
}
return cell;
} // 以降も省略
}
}
再帰がループに置き換えられている！！

虎の穴
eval編(準備)
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構文解析はできたので次は評価をしよう！まずは組み込み関数から
// TODO: lambda.refrect()メソッドから生成される KFunctionとcallメソッドを使いたかった
// が、KFunction自体がexperimental
fun initEnv(): Env { //Envの実体はKeyが文字でValueがラムダ式(Anyにしちゃってますが )のHashMap
val env = Env()
env.put("+") { args: List<Any>? ->
args!!.fold(0) { acc, number -> acc + (number as Int) }
}
// 略
env.put(">") { args: List<Any>? ->
(1..(args!!.size - 1)).map {
Pair(args[it - 1], args[it])
}.all { (it.first as Int) > (it.second as Int) }
}
// 略
return env
}

虎の穴
eval編(実行)
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Cellクラスのevalメソッドを呼びます。
fun eval(env: Env): Any? {
return when (parent) {
// 各シンボルに対して自身が持つevalメソッドを呼び出していく
is Symbol -> parent.eval(env)?.invoke(
// 引数の評価はchildrenのevalを呼び出す。(実質)再帰になっている
children.map {elem -> elem.eval(env)!!}
)
is If -> parent.eval(env)?.invoke(children)
is Num -> parent.eval()
is Str -> parent.eval()
else -> null
}
}

虎の穴
デモ
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(REPL起動)

虎の穴
まとめ
• KotlinでLispの各種演算とifを実装することができました
• 感じたメリット
– 再帰処理などはJavaに比べて書きやすい
– 関数についてもラムダ式で直感的に書ける
• 今後：関数定義あたりまではやりたいと思っています
• 型をあえてつけてほしくない場合の処理がイマイチ
– sealedクラスとか使いこなせば・・・
• KFunctionはよ・・・
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