合同勉強会 in 大都会岡山 -2018 Winter- にて、LISP系のインタプリタ型言語を作った話をしました。

1. プログラミング言語を作る
合同勉強会in 大都会岡山 -2018 Winter-

2. 自己紹介
● 小西 雅也
● 株式会社クレオフーガ
○ インフラ & Webアプリケーション開発
● @orepublic
● 勉強会
○ Okayama.rb
○ 岡山システムプログラミング勉強会
● 趣味
○ OSの再インストール

3. 今日話すこと
● LISP系のプログラミング言語を作りました
● LISPとは
● 作るまで
○ 字句解析
○ 構文解析(構文木構築)
○ 実行
目的
プログラミング言語自作にとりかかれるように

4. なんで作るのか
● プログラミング言語作れるってかっこいい
● 自分で作れると知って以来、いつか作ってみたかった
● いつかが一生来ない気がしてきたので、着手した

5. プログラミング言語作りました

6. プログラミング言語作りました
● mrubyでLISPライクな言語を実装
● mrispと言います
● インタプリタ型の言語です

7. LISPとは
● リスト構造、木構造の式でプログラムを記述する（S式）
○ (* 3 (+ 2 5))
○ ((fn* [a b] (- a b)) 100 50)
● リストの先頭が関数もしくは演算子
● 続くリストが引数
○ 引数も、さらにリスト構造になることもある
● 構文のルールが少ない

8. プログラミング言語を作るまで
● 字句解析
○ 入力の文字列をトークンに分解する
● 構文解析
○ トークンの並びから、抽象構文木を作る
● 実行
○ 抽象構文木を解釈して、実行していく

9. 字句解析
● 入力文字列から言語の構文要素の最小単位に分解する
● 最小単位
○ プログラミング言語の意味上、それ以上分解できない塊
○ トークンと呼ぶ
○ 例)
■ ( + 1 3 ) → “(“ , “+” , “1” , “3” , “)”
■ (def! a 6) → “(“ , “def!” , “a” , “6” , “)”
○ スペース（空白）はトークンの区切りとしての意味はあるが、字句解析の段階で取り除かれる

10. 構文解析
● トークンの並びを、ルールに従って解析して、構文木を作る
● 例)
入力
if a==1
then
print ‘aは1’
else
print ‘aは1以外’
end
ルール
[a-z]* → 式
[0-9]* → 式
式 == 式 → 式
‘xxxx’ → 式
if 式 then 式 else 式 end
→ if式
if
式
(a == 1)
式
(‘aは1’)
式
(‘aは1以外’)

11. 実行
● 作成した構文木をたどって、実行していく
if
式
(a == 1)
式
(‘aは1’)
式
(‘aは1以外’)

12. mrispの実装
● make a lisp (mal)
○ https://github.com/kanaka/mal
● 実装方法を説明するドキュメント
● 74の言語で実装されているソースコード付き
○ ドキュメント読んで、ピンと来なくても自分が得意な言語の実装例が見える
○ 各ステップの動作検証するテストコード付き
● mrispは、いまのところstep5 までの機能を実装
○ 四則演算
○ 変数定義
○ 無名関数
○ if
○ 再帰
○ print

13. mrispの実装（字句解析）
● 正規表現にて分解
○ /[s,]*(~@|[[]{}()'`~^@]|"(?:.|[^"])*"|;.*|[^s[]{}('"`,;)]*)/
○ マッチした文字列を、配列で取得
○ この段階で不要な文字（空白）も取り除く
● 正規表現でうまくいかないパターンもある
○ 例) コメントのネスト
■ /* aaa /* bbb */ ccc*/
○ mrispではコメントを扱っていない

14. mrispの実装（構文解析）
● LISPはS式で記述
● S式は、構文木の形をしている
● 例) if
○ (if (= a 1) (prn ‘aは1’) (prn ‘aは1以外’))
● mrisp では、S式をそのままrubyの配列に変換している
○ [:if, [:=, a, 1], [:prn, ‘aは1’], [:prn ‘aは1以外’]]
● ルールが少なく、構文木に変換しやすい
if
式
(= a 1)
式
(‘aは1’)
式
(‘aは1以外’)

15. mrispの実装（実行）
● 配列を先頭から辿っていき、要素を見て実行(リストの先頭が演算子・関数）
● if, def!, let*, fn* などは予約後
● [:if, [:=, a, 1], [:prn, ‘aは1’], [:prn ‘aは1以外’]]
● 例) 実装の一部

16. mrispの実装（実行）
● def! などの実行は、動的に連想配列に定義を追加
● 例) (def! a 1) (def! b ( + 1 2))
env = {
‘a’: 1,
‘b’: 3,
}

17. まとめ
● LISP系言語を作りました
● LISP系インタプリタは作るハードル低い（と思う）
○ make a lisp 以外にも、たくさん情報がある
● 字句解析
● 構文解析
● 実行

18. まとめ
● プログラミング言語を作ろう