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ユーザ定義演算子による 内部 DSL の構成法 市川 和央 千葉 滋 東京工業大学大学院 1
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Domain Specific Language (DSL) 用途に応じたミニ言語 select name from register where age < 30 SQL hello : hello.c cc –c hello.c hello : hello.c cc –c hello.c Make 2
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内部 DSL 一つの汎用的な言語の中で DSL を実現 ResultSet rs = select name from register where age < 30; ResultSet rs = select name from register where age < 30; SQL MakeRule hello = “hello.c” cc –c “hello.c”; MakeRule hello = “hello.c” cc –c “hello.c”; Make 3 タブ
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HashMap modifiers = { “public” -> 1 “private” -> 2 “protected” -> 4... }; HashMap modifiers = { “public” -> 1 “private” -> 2 “protected” -> 4... }; if ( 0 <= a < 10 ) {... } if ( 0 <= a < 10 ) {... } 比較 Map 4
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従来の手法 （ホスト言語に組み込む） ソースコード変換 マクロ 柔軟な記法を用意 シンタックスシュガーを利用 5
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柔軟な記法を用意 ☓ DSL の構文がホスト言語に制限される ◯ 複数の DSL やホスト言語と同時に利用できる 6 val rs = sql select “name” from register where (“age” < 30) if (a < 30) {... } val rs = sql select “name” from register where (“age” < 30) if (a < 30) {... } val rs = sql.select(”name”).from(register).where(“age”.<(30)) if(a.<(30)) {... } val rs = sql.select(”name”).from(register).where(“age”.<(30)) if(a.<(30)) {... } 等価 例 : Scala 構文の制限 他の DSL やホスト言語を壊さな い
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ソースコード変換 ◯ DSL の構文がホスト言語に殆ど制限されない ☓ 複数の DSL やホスト言語と同時に利用できない 7 ResultSet rs = select name from register where age < 30; if (a < 30) {... } ResultSet rs = select name from register where age < 30; if (a < 30) {... } ResultSet rs = sql_select(name, register, sql_lt(age, 30)); if (sql_lt(a, 30)) {... } ResultSet rs = sql_select(name, register, sql_lt(age, 30)); if (sql_lt(a, 30)) {... } 変換 自由な構文 もとの意味を破壊
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提案： ユーザ定義演算子によ る内部 DSL の構成 8
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ユーザ定義演算子の利用 DSL の構文を N 項演算子として表現 N 項演算子の形式は自由 ResultSet rs = select name from register where age < 30; ResultSet rs = select name from register where age < 30; 三項演算子 select from where 二項演算子 < 9
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期待される型により演算子を制限 返り値の型が期待される型である場合のみ有効 に オペランドも再帰的に制限される ResultSet rs = select name from register where age < 30; ResultSet rs = select name from register where age < 30; 10
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期待される型により演算子を制限 返り値の型が期待される型である場合のみ有効 に オペランドも再帰的に制限される ResultSet rs = select name from register where age < 30; ResultSet rs = select name from register where age < 30; ResultSet 型が期待されるので、 select...from...where... が有効 に 11
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期待される型により演算子を制限 返り値の型が期待される型である場合のみ有効 に オペランドも再帰的に制限される ResultSet rs = select name from register where age < 30; ResultSet rs = select name from register where age < 30; ResultSet 型が期待されるので、 select...from...where... が有効 に 条件節が期待されるので、 専用の < 演算子が有効に 12
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演算子によって文法を切り替える 利用される演算子に応じて解析ルールを変更 13 ResultSet rs = select name from register where age < 30; ResultSet rs = select name from register where age < 30; select...from...where... を利用するので、 select, from, where はキーワードで、 name はカラム 名 条件節の < 演算子を利用するので、 < はキーワードで、 age はカラム 名
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従来の手法の問題点を解決 ◯ DSL の構文がホスト言語に殆ど制限されない 演算子によって文法が切り替わる ◯ 複数の DSL を組み合わせて利用できる 期待される型により有効な演算子が制限される 14
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制限 型推論との相性が最悪 クラス定義等の式より大きいものは表現できない 左辺値等の期待される型がない所では利用できな い 動的型付け言語では不可能 15
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LasticJ Java のサブセットに前述のアイデアを導入 ジェネリクス・インターフェース等はなし コンパイラは Java により実装 名前は変わるかも 16
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Select 文の作り方 17
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三項演算子 select from where の定義 メソッド定義と似た形式 処理内容はホスト言語で記述 18 ResultSet “select” col “from” table “where” cond (readas SQLColumn col, SQLTable table, SQLCond cond) : priority = 200 { Connection conn =...; Statement stmt = conn.prepareStatement(...); return stmt.executeQuery(); } ResultSet “select” col “from” table “where” cond (readas SQLColumn col, SQLTable table, SQLCond cond) : priority = 200 { Connection conn =...; Statement stmt = conn.prepareStatement(...); return stmt.executeQuery(); } 返り値の型 処理内容 キーワー ド オペランドの 型 オペラン ド
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演算子モジュール 同一の機能に関する演算子を集めたもの 演算子定義はここに記述 19 operators SQLOperators { ResultSet “select” col “from” table “where” cond (readas SQLColumn col, SQLTable table, SQLCond cond) : priority = 200 {... } SQLCond col “<“ val (readas SQLColumn col, int val) : priority = 100 {... }... } operators SQLOperators { ResultSet “select” col “from” table “where” cond (readas SQLColumn col, SQLTable table, SQLCond cond) : priority = 200 {... } SQLCond col “<“ val (readas SQLColumn col, int val) : priority = 100 {... }... } 三項演算子 select from where 二項演算子 <
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演算子の利用 using 節により利用する演算子モジュールを指定 20 using lasticj.test.sql.SQLOperators; class Test { public void run() { SQLTable register =...; ResultSet rs = select name from register where age < 30;... } using lasticj.test.sql.SQLOperators; class Test { public void run() { SQLTable register =...; ResultSet rs = select name from register where age < 30;... } SQLOperators を利用 SQLOperators の演算子を利用して解釈
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ResultSet “select” col “from”... (readas SQLColumn col,...)... ResultSet “select” col “from”... (String col,...)... readas 修飾子 オペランドの位置の単語をリテラルとして読む 21 ResultSet rs = select “name” from register where “age” < 30; ResultSet rs = select “name” from register where “age” < 30; ResultSet rs = select name from register where age < 30; ResultSet rs = select name from register where age < 30; SQLColumn 型の リテラルとして解 釈 このようなダブル クォートは書きたくな い
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実装について 22
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コンパイラ全体 Java により実装 ( 約 8000 行 ) 宣言部分と本体部分を分けて解析 コード生成には javassist を利用 23
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本体部分の構文解析法 Packrat parsing のアルゴリズムを利用 字句解析器・構文解析器・型チェッカーが一体 化 式の解析は次のようにして行う 1. 期待される型を返す演算子を優先度順に試す 2. 最初に成功したものを結果として返す 3. 全て失敗した場合、通常の Java のルールで解析する 24
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関連研究 SugarJ [ S. Erdweg ら ’11 ] ユーザがシンタックスシュガーをライブラリとして定 義 文法が衝突すると一方が破壊される Template Haskell [ T. Sheard ら ‘02 ] 型安全なコンパイル時メタプログラミング ユーザが直接構文木を操作しなければならない Scala メソッド呼び出しを単項・二項演算のように記述でき る 実現可能な内部 DSL の文法に制約がある 25
![関連研究 SugarJ [ S. Erdweg ら ’11 ] ユーザがシンタックスシュガーをライブラリとして定 義 文法が衝突すると一方が破壊される Template Haskell [ T.](http://images.slidesplayer.net/40/11087014/slides/slide_25.jpg "Sheard ら ‘02 ] 型安全なコンパイル時メタプログラミング ユーザが直接構文木を操作しなければならない Scala メソッド呼び出しを単項・二項演算のように記述でき る 実現可能な内部 DSL の文法に制約がある 25.")
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まとめ ユーザ定義演算子による内部 DSL の構成法を提 案 このアイデアを導入した言語 LasticJ を作成 26 今後の課題 記述力の強化 様々な内部 DSL を実際に構築する
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27 operators SQLOperators { ResultSet “select” col “from” table “where” cond (readas SQLColumn col, SQLTable table, SQLCond cond) : priority = 200 {... } SQLCond col “<“ val (readas SQLColumn col, int val) : priority = 100 {... } } operators SQLOperators { ResultSet “select” col “from” table “where” cond (readas SQLColumn col, SQLTable table, SQLCond cond) : priority = 200 {... } SQLCond col “<“ val (readas SQLColumn col, int val) : priority = 100 {... } } ResultSet rs = select name from register where age < 30; ResultSet rs = select name from register where age < 30;
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28 MakeRule hello = “hello.c” cc –c “hello.c”; MakeRule hello = “hello.c” cc –c “hello.c”; operators MakeOperators { MakeRule file “\t“ script (String file, Script script) : priority = 100 {... } Script command option file (readas Command command, Option option, String file) : priority = 100 {... } Option “-” op (readas String op) : priority = 100 {... } } operators MakeOperators { MakeRule file “\t“ script (String file, Script script) : priority = 100 {... } Script command option file (readas Command command, Option option, String file) : priority = 100 {... } Option “-” op (readas String op) : priority = 100 {... } }
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29 operators BoolOperators { boolean a “<=“ b “<“ c (int a, int b, int c) : priority = 1000 {... } } operators BoolOperators { boolean a “<=“ b “<“ c (int a, int b, int c) : priority = 1000 {... } } if ( 0 <= a < 10 ) {... } if ( 0 <= a < 10 ) {... }
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30 注） 現在の実装ではジェネリクス及び 0 回以上の繰り返しを示す... には 対応していないため、実際には余分なクラスと演算子をいくつか作る 必要がある。 HashMap modifiers = { “public” -> 1 “private” -> 2 “protected” -> 4... }; HashMap modifiers = { “public” -> 1 “private” -> 2 “protected” -> 4... }; operators MapOperators { Map “{“ entries “}” (MapEntry... entries) : priority = 100 {... } MapEntry key “->” val (K key, V val) : priority = 100 {... } } operators MapOperators { Map “{“ entries “}” (MapEntry... entries) : priority = 100 {... } MapEntry key “->” val (K key, V val) : priority = 100 {... } }
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演算子優先順位 演算子ごとに優先度を設定 優先度が同じ場合は using 節の順序により決定 31 大 後 小 前 優先度 using 順序 AST
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さらなる利点 IDE との相性が非常に良い ホスト言語を単純化できる 32
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readas 修飾子 N 項演算子のオペランドに対して指定 単語を与えられた型のリテラルとして読む事を 示す 一旦文字列として読み、コンストラクタで変換 33 ResultSet “select” col “from” table “where” cond (readas SQLColumn col, SQLTable table, SQLCond cond) : priority = 200 {... } ResultSet rs = select name from register where age < 30; ResultSet rs = select name from register where age < 30; readas SQLColumn SQLColumn 型 リテラルとして解 釈
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