第2回勉強会スライド

2013年2月3日
第2回勉強会：スライド

1

こっうた～ん♪

2

koturn 0;の発表～

はっじまーるよ～♪ 4

まずは、自己紹介から

名前：koturn 0;

趣味：数学、プログラミング

エディタ：vim派

言語：C/C++/C#/Java/Python
/Ruby/Javascipt/common LISP
/elisp/Vim script

5

アウトライン
● 自作コンパイラ(まだまだ未完成)
● C言語マナー
– const修飾子
– リンケージ(extern, static)
– ヘッダファイルの書き方
– 関数定義
– 個人的に気を付けているコーディングマナー

6

アウトライン
– const修飾子
– 関数定義

7

自作コンパイラ
概要
● プログラミング言語を作ろうという試みです
● 実用的になるように、Javaのクラスファイル
(.class)を出力するようにしています

8

なぜJVMをターゲットに？
● 実マシン(レジスタマシン)のアセンブリ言語の出力
は、難しそうだったからです
● JVMはスタックマシンであり、仕組みが単純かつ
マルチプラットホーム、しかもそこそこ実用的！
● JVMの価値は、ライブラリにあると思います

9

使用ツール
● Jasmin
– Javaのクラスファイルを生成できるアセンブラ
– 文法は、javap -Cで逆アセンブルしたときと同じような形式
● Jay
– パーサ・ジェネレータ(bisonのJava版)
– Javaのソースコードとして、構文解析器を生成
● JFlex
– レキシカル・アナライザ・ジェネレータ(flexのJava版)
– Javaのソースコードとして、字句解析器を生成

10

概略図

自作コンパイラ Javaアセンブラ
Javaアセンブラ
Jasmin
Jasmin

自作言語の
自作言語の Jasmin用
Jasmin用 Java
Java
ソースコード
ソースコードアセンブリコード
アセンブリコードクラスファイル
クラスファイル

11

文法
● 今のところ、以下の文法規則のみです
list :
| list inum EOL
| list print inum EOL { 文字を出力 }
;
inum : expr
;
expr : expr ADDOP expr { 加算・減算命令の生成 }
| expr MULOP expr { 乗算・除算・剰余命令の生成 }
| NUMBER { 数値をスタックに積む命令の生成 }
;
print : PRINT { プリントオブジェクトをスタックに積む命令の生成 }
;

12

ソースコード例
● 自作言語のソースコード
print 2 + 3 * 5

･･･しょぼいですね、はい

13

アセンブリコードの生成
● コンパイルして生成されたアセンブリコード
.class public KCTest
.super java/lang/Object
.method public <init>()V
aload_0
invokenonvirtual java/lang/Object/<init>()V
return
.end method
.method public static main([Ljava/lang/String;)V
.limit stack 5
getstatic java/lang/System/out Ljava/io/PrintStream;
ldc 2
ldc 3
ldc 5
imul
iadd
invokevirtual java/io/PrintStream/println(I)V
return
.end method
14

アセンブルしてクラスファイル生成
● 無事にクラスファイルを生成することができます。
$ java -jar jasmin.jar asm.j
Generated: KCTest.class
● 実行結果
$ java KCTest
17
● 演算子の優先度を考えて、正しく構文解析をでき
たようです

15

逆コンパイル
● 生成したクラスファイルをjd-guiを用いて、逆コンパ
イルしてみました
public class KCTest
{
public static void main(String[] paramArrayOfString)
{
System.out.println(2 + 3 * 5);
}
}

● (2 + 3 * 5)は、通常コンパイル時に計算されるの
で、異質なものであると分かりますね

16

今後の課題
● 変数宣言ができるようにする
● スタックサイズの自動的な決定
でも、めんどくさいから、もうやらないかも･･･
うえたさん＠がんばらない

17

アウトライン
– const修飾子
– 関数定義

18

C言語のお話に
入る前に･･･

19

C言語のお話に入る前に･･･
知識確認
● 実行バイナリが出来るまでの手順です
Cソースコード
Cソースコード
プリプロセス
プリプロセス

Cプリプロセス
Cプリプロセス
ソースコード
ソースコードコンパイル
コンパイル

アセンブリコード
アセンブリコード
アセンブル
アセンブル

オブジェクト
オブジェクト
ファイル
ファイルリンク
リンク

実行
実行
バイナリ
バイナリ 20

C言語のお話に入る前に･･･
知識確認
● 具体的には、こういうコマンドを用います
foo.c
foo.c $ gcc -E foo.c -o foo.i
$ gcc -E foo.c -o foo.i

foo.i
foo.i
$ gcc -S foo.i -o foo.s
$ gcc -S foo.i -o foo.s

foo.s
foo.s
$ gcc -c foo.s -o foo.o
$ gcc -c foo.s -o foo.o

foo.o
foo.o
$ gcc foo.o -o foo.out
$ gcc foo.o -o foo.out

foo.out
foo.out 21

さて、本題です

22

const修飾子
意義
● const修飾子は、プログラムの書き手のためにあ
るわけではないと思っています！
● どちらかといえば･･･
– 読み手のため
– コンパイラの最適化のため
● Immutable(不変)であることは強力です!!

23

const修飾子
constポインタ(1)
● 関数の引数でRead onlyなポインタ変数(と参照
変数)には、constを付けましょう！
int add(const int *a, const int *b) {
return *a + *b;
}
int add(const int &a, const int &b) {
return a + b;
}

● 読み手にとって、非常に読みやすくなります！

24

const修飾子
constポインタ(2)
● const int *a と int *const a の違い？
– const int *a は、指している先(value)へのconst性の付与
● OK: a++;
● NG: (*a)++;

– int *const a は、それ以外を指せないようにする(addressへのconst
性の付与)。指している先の値は変更可能。
● NG: a++;
● OK: (*a)++;
● const int *const a とかもできます
● const int *const *const b なんていうのも･･･

25

アウトライン
– const修飾子
– 関数定義

26

リンケージ(extern, static)
基本
● リンケージを意識して書くのは、分割コンパイルの
基本です
● extern記憶クラス指定子とstatic記憶クラス指定
子というものがあります
● 関数内static変数とグローバルstatic変数のstatic
の意味は異なります

27

分割コンパイルって？

28

● 複数のソースファイルを書いて、最終的にそれら
のオブジェクトファイルをドッキングすることです

29

● 複数のソースファイルを書いて、最終的にそれら
のオブジェクトファイルをドッキングリンクすること
です
$ gcc akane.o aoi.o -o vividblue.out

30

extern
● 『実体は別のところにある』という宣言です
● 関数プロトタイプには、自動で付与されます
extern void foo(); // 書いてもいいが、書かない場合と変わらない
void bar(); // externは省略してよい

● 主に、ヘッダファイルに書かれ、グローバル変数
の実体の存在を知らせるのに使われます
● 外部に公開したい変数、関数につけます
extern int foo;

31

static
● static･･･性的？

32

static
● static･･･性的静的
● C言語のstaticは、意味合いが分かりにくいです
● 別の名称を使えばいいのに、と思ったり
– externの対義語としてinternとかね

うるさいよ、
このエロスが!!

33

static(グローバル)(1)
● グローバルなstatic変数は、このソース内でしか
使いませんよ、という宣言です
● Javaでいうprivate変数みたいなものです
● 外部に公開しない、一時的なユーティリティ関数
や、内だけで使用したいグローバル変数に使いま
しょう
● 当然、ヘッダファイルに書くことはないです

34

static(グローバル)(2)
● staticは最適化の面でも恩恵があります
● gccの-finline-functionsオプションは単純なstatic
関数をinline展開してくれます
– (gccはinline使えるじゃん、とツッコまないこと)
● static const変数は、コンパイルされると、変数とし
ては消えます＼アッカリ～ン／

35

static(関数内)
● 関数内static変数は、関数単位で状態を保存する
ための機構です
int funcion(void) {
static int a = 0; // 初めてこの関数が呼ばれたときのみ初期化される
return ++a; // 関数が呼ばれるたびに、返す値が1ずつ増えていく
}

● 呼び出す毎に挙動を変えることができますね！
void function(void) {
static int a = 0;
if ((a++ & 1) == 0) {
printf(“foon”);
} else {
printf(“barn”);
}
}

36

まとめ

キーワード意味
static 変数の実体(外部に公開しない)
グローバル変数キーワードなし変数の実体(外部に公開する)
extern 変数の宣言(実体ではない)
static 外部に公開しない関数
関数の実体キーワードなし外部に公開する関数
extern 外部に公開する関数
static 外部に公開しない関数のプロトタイプ
関数のプロトタイプ宣言キーワードなし外部に公開する関数のプロトタイプ
extern 外部に公開する関数のプロトタイプ

37

アウトライン
– const修飾子
– 関数定義

38

ヘッダファイル

あなたは
正しいヘッダファイルの
書き方ができていますか？

39

書き方
● 基本的に実体は書きません
● インターフェースを記述するのがヘッダファイルで
す
● 関数定義や変数宣言をしないでください
● 外部に公開するものを.hに、その実体を.cに書く
のが基本です！

40

何を書くの？
● 具体的には、
– マクロ
– extern変数宣言
– プロトタイプ宣言
– 列挙体定義(enum)
– 型定義(typedef)
– （インライン関数）

41

C++なお話
● .h と .hppの違いって何？
– .hpp = .h + .cppと思ってください
– つまり、クラスの実体も書いたヘッダファイルが.hppです
– 通常は.hと.cppに分割し、以下のようにするのが好ましいです
●
.hにはクラス宣言
● .cppには実装
● C++では、テンプレートもヘッダに書くようですね

42

インクルードガード
● 多重インクルードを防ぐようにしていますか？
● 多重インクルードをして、マクロなどが複数回定義
がされると、コンパイルエラーが出ます
● 分割コンパイルするときのヘッダの管理は大変で
すよね！
● なので、インクルードガードをしましょう！

43

インクルードガードの書き方
● こんなやつをヘッダに書きましょう↓
#ifndef HOGE_H
#define HOGE_H
…
#endif

● もしくは、新しい方法で↓
#pragma once

– #ifndef, #define, #endifはプリプロセッサが処理
– #pragma onceはコンパイラが処理

44

アウトライン
– const修飾子
– 関数定義

45

関数定義

問題のあるものを
紹介します

46

関数定義
case1:
int function() {
return 1;
}

● 問題点
– 引数が無いとき、()と書いていること
● アドバイス
– 引数が無い場合は、引数にvoidと書きましょう
● (ただし、C++では、()と書くと引数無しとみなされます)
– コンパイラの引数の型検査が受けられなくなります

47

関数定義
case2:
function(void) {
return 0xff;
}

●
問題点
– 返り値の型を省略していること
● アドバイス
– 返り値の型を省略すると、intを返すと推論されますが、行儀が悪
いので止めましょう
– これも、コンパイラの返り値の型検査が受けられなくなります
– 省略がカッコイイと思っているのは、厨二病です

48

アウトライン
– const修飾子
– 関数定義

49

個人的に気をつけている
コーディングマナー
● 変数の使いまわしをしない
● 変数の寿命(スコープ)は可能な限り短く
● 演算子の前と後には1スペース空ける
● if, for, switch, whileなどの丸括弧の前と後に1ス
ペース
● エラー処理はガード条件を用いて、ネストを深くし
ない
● 1つの関数を大きくしすぎない

50

個人的に気をつけている
コーディングマナー
● コンパイラの警告レベルを上げるのもいいですね
● gccだと以下のオプションがあります
– -Wall：一般的に注意すべき警告を全て出力します
– -Wextra：かなりおせっかいな警告も出力します
● gcc3.xでは-Wオプションなので注意
– -pedantic：厳密なANSI CおよびISO C++により要求される警
告をすべて出力します
● -pedanticはやりすぎですが、-Wall、-Wextraをク
リアすると、いい感じだと思います

51

以上で、
発表終了です

52

御清聴
ありがとう
ございました･･･

53

でも･･･？

54

俺の発表が
こんな平和なもので
終わるわけがない

55

ってことで、

56

黒魔術を
紹介していきます

57

黒魔術のアウトライン
●
インラインアセンブラ
– アセンブラのコメント挿入
●
ビットフィールド
– ビットフィールドの使い方
●
関数ポインタ
– C++ライクなコード
● GNU拡張文法
– 強制インライン展開
●
三項演算子とカンマ演算子
– トリッキーコード

58

●
●
●
関数ポインタ
● GNU拡張文法
●

59

概要
● C/C++といえば、アセンブラですよね！
● とはいえ、アセンブラは難しい･･･
● でも、アセンブリコードはパフォーマンスチューニ
ングの参考にはなりますよね
● でも、ある部分のコードがどのアセンブリコードに
対応するのか確認するのは面倒･･･

60

インラインアセンブラのコメント
● そんなときに、インラインアセンブラ!!
● インラインアセンブラで、アセンブラのコメントを入
れると確認しやすいです
● インラインアセンブラの記述方法は、コンパイラに
よって異なるので注意してください
● インラインアセンブラに間違ったコードを入れる
と、コンパイル時ではなく、アセンブル時にエラー
が出ます

61

アセンブラコメント挿入
● 以下のコード(抜粋)をコンパイル
// アセンブリコードのコメントは#
asm("# ========== loop begin ==========");
for (i = 0; i < 10; i++) {
puts("Hello");
}
asm("# ========== loop end ==========");

● コンパイルコマンド
$ gcc -S loop.c -o loop.s

62

コンパイル後のコード
● コンパイル結果
– アセンブリコードにコメントが入っていますね
# 12 "loop.c" 1
# ========== loop begin ==========
# 0 "" 2
/NO_APP
movl $0, 28(%esp)
jmp L2
L3:
movl $LC0, (%esp)
call _puts
incl 28(%esp)
L2:
cmpl $9, 28(%esp)
jle L3
/APP
# 16 "loop.c" 1
# ========== loop end ==========
# 0 "" 2
63

●
●
●
関数ポインタ
● GNU拡張文法
●

64

ビットフィールドとは？
● C言語の特殊な文法(機能)として、ビビッドビット
フィールドというものがあります
● あまり使われませんが、組み込み系などで使わ
れることがあります
●
これを用いると、以下のようなビット演算子を用い
たビットをON・OFFする作業が不要となります
enum bit_flags {
BIT_A = 0x01,　BIT_B = 0x02
};

int main(void) {
int flag;
flag |= BIT_A; // 1ビット目のビットをセット
flag &= ~BIT_B; // 2ビット目のビットをクリア
printf(“flag = %dn”, flag);
return EXIT_SUCCESS; 65
}

ビットフィールドの使い方
● ビットフィールドは構造体の一部として用います
● 構造体全体のサイズは、int型のn倍になります
● 構造体のメンバにunsigned intと書きますが、そ
のメンバにunsigned int分の領域が確保されるわ
けではありません
// 構造体全体でunsigned int型のサイズにアラインされる
struct {
unsigned int a : 1; // 1ビットの領域の確保
unsigned int b : 1; // 1ビットの領域の確保
} bf;
int main(void) {
bf.a = 1; // 1ビット目のビットをセット
bf.b = 0; // 2ビット目のビットをクリア
printf("sizeof(bf) = %dn", sizeof(bf));
printf("bf = %dn", bf); // 1と表示
}

●
●
●
関数ポインタ
● GNU拡張文法
●

67

関数ポインタ
概要
● 関数ポインタは、関数をモノとして扱うための手段
です
● 関数型言語の『高階関数』を実現することができ
ます
● 変数、引数が名詞、関数が動詞というなら、関数
ポインタは動名詞というところでしょうか
● <stdlib.h>のqsortの第4引数は関数ポインタです
// qsortのプロトタイプ
void qsort(void *base, size_t num, size_t size,
int (*compare)(const void*, const void*))

68

関数ポインタ
構造体を用いた見た目C++コード
● 以下のようなコードだと、パッと見た感じC++っぽ
く見えますよね
typedef struct {
int (*add)(int, int);
int (*sub)(int, int);
} obj_st;

int add(int a, int b) {
return a + b;
}

int sub(int a, int b) {
return a - b;
}

int main(void) {
obj_st os = {add, sub};
printf("2 + 5 = %dn", os.add(2, 5));
printf("9 - 6 = %dn", os.sub(9, 6));
}

●
●
●
関数ポインタ
● GNU拡張文法
●

70

GNU拡張文法
一例
● gcc, g++のGNU拡張機能には、以下のようなも
のがあります
– 複文を式にする
– 関数内関数定義(g++では不可能)
– typeof演算子
– 型を表す変数

71

GNU拡張文法
複文を式化する
● この機能は、複文({ }の部分)を丸括弧でくくること
により、その複文が式になるというものです
● 式の値は、最後の複文の値になります
// この例だと、この式化した複文の値は1
({
if (a == 0) {
printf(“foon”);
} else {
printf(“barn”);
}
1;
})

72

GNU拡張文法
強制インライン展開
● 複文を式化する機能をマクロに使おう！
● 2数の内、最大値を返す関数をマクロでインライン
化した例です
int max(int a, int b) { #define max(a, b) ({
if (a >= b) { typeof(a) _a = a;
return a; typeof(b) _b = b;
} else { typeof(a) max;
return b; if (_a >= _b) {
} max = _a;
} } else {
max = _b;
}
max;
})

73

●
●
●
関数ポインタ
● GNU拡張文法
●

74

三項演算子とは？
● 三項演算子(条件演算子)は以下のような形式で記述
されます
<条件> ? <条件がtrueのときの値> : <条件がfalseのときの値>

●
絶対値を表す三項演算子は以下の通り
abs_value = x > 0 ? x : -x;

● 簡単な条件分岐であれば、if~else文より簡潔に記述
できます
●
三項演算子は、式でありながら条件分岐が可能で
す！

75

カンマ演算子とは？
● カンマ演算子とは、複数の式を1つの式として扱う
手段です
● 以下のように記述したとき、式全体の値は値nとな
ります(各値は1度ずつ評価されます)
(値1, 値2, 値3, … , 値n)

● 以下のように記述したとき、xに代入されるのは3
となります
x = (1, printf(“foo”), 2, printf(“bar”), 3);

76

THE 黒魔術!! ~FizzBuzz~
● 以下は、FizzBuzzをトリッキーに書いた例です
● 三項演算子とカンマ演算子があれば何でもできま
す!!(誇張あり)
int main(void) {
static const int MAX = 100;
int i;
for (i = 0; i < MAX; i++) {
puts((printf("i = %2d : ", i),
i % 15 == 0 ? "FizzBuzz"
: i % 5 == 0 ? "Buzz"
: i % 3 == 0 ? "Fizz"
: "")
);
}
return EXIT_SUCCESS;
}

77

参考文献
● プログラミング言語C　第2版
● C言語入門書の次に読む本 [改訂新版]

78

参考文献
● 分割コンパイルとリンケージ
– http://www.cc.kyoto-su.ac.jp/~hxm/cstext/prog06.html
● GCC some extensions
– http://www-cms.phys.s.u-tokyo.ac.jp/~naoki/CIPINTRO/gccextend.html
●
トリッキーコードネット
– http://tricky-code.net/
●
八角研究所
– http://www.hakkaku.net/articles/20090318-400

79

今度こそ、本当に
御清聴
ありがとう
ございました！
m(__)m
80

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