状態遷移表記言語ObCLからの中間コード生成について

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(1)2004−SE−145 (11). 社団法人情報処理学会研究報告 IPSJ SIG Technical Report. 2004／8／20. 状態遷移表記言語. からの中間コード生成について千葉岳史公立はこだて未来大学. 様々なソフトウェア生産方法方法論などが混在する中実際に企業間で利用されているシステムはあまりない。そんな中でツールは使われるものの一つである。ツールにはプログラムを自動生成してくれるものがあるがどのような形式が自動生成されれば良いのか。そのシステムがどのような構成であれば実用化されるのか。システムがどのように構築されるのか。本研究ではツールによる自動生成に着目し上記のような問題について考察した。自動生成される仕組みを構築するのに当たって状態遷移表記言語を使用し中間データに置き換えて他言語へと変換する過程とした。. .

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(12) $. ! $ $ %. はじめに. がそのツール固有のものであったりその環境が閉じたものであるのでそのツール利用者の期待どおりの作成がされないことがある。期待どおりに出力させようとしても多くの場合変換過程に手を加えることが出来ない事が多い。そのためどのような変換過程を経ているかも明確には解らないためデバッグもまた困難となっている。. 様々なソフトウェア生産方法方法論などが混在する中実際に企業間で利用されているシステムはあまりない。それは企業において現在あるソフトウェアがどれほど利益をもたらすかどうかが問われているためである。現状行っている開発方法より良い方法があったとしてもそれを導入するのにはコストがかかりすぎる場合が多い。そのため企業は今の導入している方法よりはより良い方法があるとは解っていても結局導入できずにいるのが現状である。そんな中ソフトウェア開発においてツールを使用している企業がある。しかし現状に存在しているツールはデータ形式. 企業において扱われるツールとは何かそれらのツールに必要な部分はどんなものであり不必要な部分とはどのようなものであるのか開発者にとってどのような機能が使いやすいのかということに着目して本研究ではまずツールの自動生成に焦点を絞った。今 ,. −73−.

(13) 上で動作させるためには次に述べる言語で記述する。. 回作成するにあたって状態遷移図からプログラムを自動生成するツールということを目標において進めていく。その過程で中間データを作成する手順を追加する。その中間データはデータベース形式で登録される。そして個々のツールから自由アクセスできるようにしてオープンな環境を目指す。それによって拡張性を持たせるほかデバッグを行いやすく開発者にとって扱いやすい環境となるようにする。. . オブジェクトと状態遷移図状態遷移図とは何らかの記述対象 / の場合はオブジェクト0 の動作を状態と状態から状態への遷移という 1 つの概念によって表したものである。. 研究概要. 自動生成において状態遷移表記言語を )- (( を使用して変換し中間データを生成させる。中間データからは他言語への変換を考慮している。この中間データとして今回はデータベース形式で表記するようにした。そこで他の中間データにする形式としていくつかと比較した。. . 図. ,2 . の例. ここで黒丸からの矢印はこの状態遷移図の初期状態を表しており通常の状態遷移を表す他の矢印にはその遷移の要因となる事象を付記する。で用いる状態遷移図では状態遷移の要因となる事象はオブジェクトとオブジェクトの間でやりとりされるイベントで表現され状態遷移を規定する遷移規則ではその要因となる入力イベントの他にその結果生じる出力イベントを記述する。また、単に状態が遷移するだけでなくそれに伴って遷移規則の記述にしたがって計算が行われる。. 状態遷移図 . とは状態遷移を図で表記したものでモデルではシステムの構造はオブジェクトの階層構造で表され個々のオブジェクトは局所データとしての属性動作を表す状態遷移図動作委譲のための内部オブジェクトを持つ。またシステムの動作は個々のオブジェクトの内部動作とオブジェクト間の属性付きイベント通信によって表される。個々のオブジェクトの動作は状態遷移で表され遷移の際にイベントの送受信、関数的な属性計算を行う。したがってによるモデル化とは対象システムからオブジェクトやイベントや属性を抽出しオブジェクトの動作をイベント通信や属性計算を含む状態遷移図に表すことになる。でモデル化したシステムを整理.表現するために図的な記述方法を用いるのが一般的であるがこれを実際に計算機 . . . 状態遷移表記言語 . はモデル化しやすいが言語的に記述をすることはできない。とはを言語化したものでありに対して言語的な記述体系を与えると同時に記述の再利用性や可読性をもたせている。 . 1. −74−.

(14) の言語体系を簡単に説明する。言語による仕様記述は属性クラスイベントクラスフィールドクラスオブジェクトクラスおよび対象システムのトップレベルにあるオブジェクトを指定するシステム記述からなっている。トップレベルオブジェクトとは対象システムが動作を開始する瞬間から起動されているオブジェクトのことでシステム中のほかの全てのオブジェクトはどれかのトップレベルオブジェクトの子孫オブジェクト /内部オブジェクトか内部オブジェクトの内部オブジェクトか…0 でなければならない。トップレベルオブジェクトが複数してされている場合それらは並行行動する。記述のトップレベルの文法は以下のようになる。. のであるが現在はオブジェクトがイベント操作を用いずに直接イベント属性を使用することを許している。フィールドクラスはフィールドの記述とその再利用のためのものでそのクラスに属するインスタンス /つまりフィールド0 に流れるイベントを記述する。イベントはイベント名とイベントクラス名を用いて宣言する。オブジェクトクラスはオブジェクトの記述とその再利用のためのものでありオブジェクトクラス名フィールド参照オブジェクト属性宣言操作宣言状態宣言内部オブジェクト宣言および状態遷移規則からなる。. 記述クラス記述システム記述クラス記述オブジェクトクラス記述フィールドクラス記述イベントクラス記述属性クラス記述. システム記述は対象システムのトップレベルにあるオブジェクトをしてする記述である。ではオブジェクトの木構造によってシステム全体を記述するため木構造の根に当たる , つのオブジェクト / オブジェクトと呼ぶ0 をシステム記述で記述する。ただしオブジェクトには属性が不要で内部オブジェクトを起動すること以外の動作記述が不要な場合にはオブジェクト自体の記述を省略してその代わりにオブジェクトの内部オブジェクト /並行動作するオブジェクト群であることが多い0 をシステム記述に記述しても良い。以上のクラス群を組み合わせて記述するのが言語の体系である。の具体的なプログラム例を以下に示す。プログラム例. . システム記述. ここで /03の記法は記述を , 個以上繰り返してかけることを意味している。以下にてを構成する各クラスの説明を行う。. . クラス. 属性クラスとは通常のプログラミング言語で言えばデータや属性の型に相当する概念である。例えば通常の言語での整数型がの整数型属性クラスに対応する。後に述べるイベントクラスやオブジェクトクラスの中で属性を宣言する場合その型は全て属性クラスとして宣言されていなければならない。

(15) . イベントクラスとはイベントの記述とその再利用のためのものでイベントクラス名とイベント属性とイベント属性に対する操作 /イベント手続きまたはイベント関数0 を持つ。操作はイベントクラスの持つ属性を隠蔽するためのも . . 4. −75−.

(16) . . . ! ". ""

(17) . ! " . でそれを読み取りさえすれば他言語へ応用は簡単になる。そしてこれは最終的にツールという形をとるのでツールを利用する上での問題点ツールにあるべき機能使いやすい構成といったことを考えていかなければならない。以下はシステムの概要図である。. #$ % &' . 提案するシステムの概要. 研究しているシステムの説明とそれに対する実装の過程を説明する。まず利用者はこれから作成するであろうプログラムの流れを状態遷移図にて表記する。その後できた状態遷移図を図 12 システム概要図状態遷移表記言語にて表記する。そしてここでその作成したプログラムが変換されて中間コードが生成される。ここで変換の過程に使われているのが )- (( であり中間コードシステムの実装にあたってに使用されているのがデータベース言語 5 である。 )- (( はこういった文法を解釈分前に説明したようなシステムを持つ解変換といった処理をするのに最適な言語であツールを作成するべく研究と行動に至った。まり当研究に最適であると判断したので利用にず自動変換の根幹システムの根幹といえる至った。 ! ) (( の実装から始まった。中間となるデータをあえて経由してから利用中間コードを生成するのに必要な情報を取者の目標である他言語への変換に至る過程をとり上げるとすると「現在の状態」「次に遷移すり 5 を使っている目的は二つある。, つはデる状態」「遷移条件」「遷移するときの処理バッグしやすいであろうということである。そ文」であると考えそれらのデータを取り上げるれは中間コードをわかりやすい言語つまりこようにプログラムを作った。こでデータベース言語を使うことによって表記抽出される中間コードは以下の表のようなもが簡潔であるので作成したプログラムの特徴とのになる。違いをすばやく理解できすぐに間違いを正せるということである。 & . もう一つは他言語への変換が容易になるとい状態状態遷移条件文式処理文式うことである。特徴だけをデータ化してあるの ((((((((((( ((((( ((((((((((((( ((((((((( 6. −76−.

(18) % % % %. % % %, % %,. *& &- .& &. )&) + +&( - +&-. ベース言語を習得してない人でも使えるようなシステムを加えるということも考えられる。. 途中中間コードをデータベース言語以外で表すとどうなるかを考えた。例えば言語に変換する過程をとるとして問題なのがどのようまた前述のプログラム記述例にて示した例に変換するかである。そこで状態遷移を関数にをこの表のようにすると以下のようになる。て表すようにするとデータベース言語として中間コードを設定したときと同じように遷移条件をどのように解釈するかが問題となった。プロ & 状態状態遷移条件文式処理文式グラム解析を行って遷移条件を詳細に抽出した ((((((((((( ((((( ((((((((((((( ((((((((( 後それから読み取れる動作処理を言語へと % % % ""

(19) 直す。後はプログラムの全体の流れをそのまま言語の処理へ反映していくといった手順と「状態 ,」は遷移前の状態を示し「状態 1」なる。は遷移後の状態を表している。「遷移条件文」は実装に関しては中間コードを生成するプロセ状態移動が行われる条件を示し「処理文」はそスの段階で終わっており中間コードを解析しの状態遷移が行われるとき処理される動作をて他言語へと変換するプロセスは実装してい示している。しかし実際のの構成からる段階である。中間コードからの先の変換過程「状態 1」の項目は最後に表記される。そこはの起こりうるであろう問題点障害を予測しそプログラムを応用すれば予定通りの表にするこれに対する対策を考えた。後の章にて述べる。とが出来るので特に問題視しなかった。また当初予定していたデータの取出しにはオブジェクトクラスの部分だけを検査すれば良いと考え

(20) 評価ていたが実際は条件文、処理文ともに他の記述部分で動作が詳しく設定されているのでそのデータベース言語の評価として表では現在部分を含めて解析しなければならなかった。その状態と遷移先の状態の区別がすぐにできまたれは二通りの手段が取れると考えられる。あら各状態の遷移状況を明示的に理解できるのだがかじめその動作を設定されている部分を解析す遷移条件を設定するのが困難となる。しかし言る過程を追加するかもしくはその設定をそのま語自体は単純なため変換自体はさほど難しくま抽出してデータとして書き出すかである。はない。遷移条件を単純に文字列として置き換このデータベースを利用すると状態２の項目える変換方法をとることとした。データベースにある 4 に関連する内容だけを抜き出したい型であらわす利点は表であるのでそのデバッグと思った場合のしやすさと仕様の変更の容易さにあるだろう。そして 5 などといったデータベース言語に対応できるようにすればプログラマーの知りたい %/ 01 & 情報に関連するものだけを引き出すことも出来 23 状態２ %, る。また端的にプログラムの特徴を示せるのでといったように 5 を理解している人なら他言語への変換も容易である。途中の変換処理使うことが出来る。また 5 といったデータを大幅に無視できるのはかなり大きい特徴と 7. −77−.

(21) いえる。. から言語を生成するのはプログラムとしての違い以外には中間コードを生成するかしなから言語へ変換することは容易とはいえない上に遷移状況が明示的に理解できないかだけの違いしかないとわかった。いが記述面では優れている。言語体系が違う中間コードとしてデータベース型に置き換えとはいえそのまま実行可能であるためだ。しかるのであれば状態遷移条件文をどのように処理し言語に変換する場合元ので記述しするかが鍵となる。の特徴上ただ置き換た量の倍以上になる上状態遷移条件を解析しえるだけでもある程度は利点が見込めるが単言語に変換する過程が非常に難しい。さらに状純であるがゆえに情報量に不安が残る。可逆性態の追加を行う際に生じるデバッグが困難であを考えるとしたら逆変換できるだけの情報量をるため可逆変換を前提とするとさらに複雑にな持たせなければならない。それを考えると中間る。言語へ変換する際どの程度まで言語コードに変換する際状態遷移条件文はなるたに対応させるかという問題もある。け詳細に記す必要があるだろう。データベース形式の中間コードのモデルを簡状態遷移図表記言語から中間コードと単に示すと以下のようになる。なるデータベース型への変換過程の一部を作成モデル：状態状態遷移条件文式. した。プログラミング言語への変換との評価により中間コードをデータベース型で表すことの利点が良く理解できた。また中間コードの形式も現状の形で納得せずにもっと思案し様々な形を試すべきだ。 )- (( のプログラム記述でもっとデバッグしやすい環境を構築するというのも良い研究題材になるかもしれない。例えば ) と - (( の連携が取れているのを自動で判別行ったり ) - (( それぞれのデバッグするべき部分を明示してくれたりといった機能を持つものを考え出してみるということだ。本研究において行えたことは小さなことであるが今後の研究において役立てることを発見できた。. 処理文式. これは端的に表示できる代わりに状態が多ければ多いほど記述量が多くなっていく。また実装の段階で説明したが遷移条件を詳細に抽出するのが難しく現状では記述を抽出するだけにとどまっている。しかし遷移条件等の中身について詳細に構文解析を行えば中間コード上でのより詳細なデバッグや分析が可能であるが状態遷移図の特性上この部分の構文解析なしに文字列で保存しても相応のデバッグは可能である。問題は中間コードから先の変換の際にどのように遷移条件を解析させるかである。. 考察と結論. 今後の方針. 今回中間コードに変換する過程を重点的に実装していたので今後は中間コードから変換する過程を研究実装していく。また自動生成する際にどの程度まで自動生成するかを考えなければならない。全て自動生成して動作が保証されるようなものではなく部分的に生成する過程にするのであればツール利用者にどの程度まで負担させるのか。生成する部分はどのような部. 記述性を考えると言語のようにプログラム言語への変換がより好ましいが総合性から考えるとデータベース型を中間コードとしたほうが良いとわかる。またプログラミング言語ではその使用される言語の知識が必須であり自分の使いたい言語へ変換させるためにその言語を学ばなければならないは不便である。結果 8. −78−.

(22) 分があれば利用者にとって使いやすいのかといか。これはこれまでにやってきたことの応用とう点である。なるだろう。またデータベース形式ということを利用して 5 といったデータベース言語を使用できるような環境の構築のほかにそれら言語を理解していない人にも使えるような環境を構築するといったことも考えられる。. 参考文献 :,;. 自動生成する内容にも焦点を当てなければならないだろう。例えば言語において状態遷移をどのように表すか。状態遷移ごとに関数を設定して関数から関数へ移動するということを状態遷移とするかもしくは一つの関数の中に全ての状態遷移を含めてしまうか。以上を踏まえて中間コードからの生成過程を実装する。. 伊藤恵「..+ 利用マニュアル」 1<<<%,,%= 共 (( プログラミン. :1; 9 >% + $ #. 著.村上列訳 ! ) グ ,==6%,<%1<. パトリック訳2株式会社コムサス 5 プログラミング (! と (( で学ぶ 5 の基本 1<<<%4%4<. :4; 9%9%. 中間コードから他言語への自動生成が形になったら次は逆変換の過程に取り掛かる。逆変換においてはその言語における状態遷移をどのように見出すかが問題だろう。言語であっても 9 言語であっても状態遷移を示すような記述があるわけではない。それを見出すのはプログラムを読み込む側になる。のように状態遷移が明記されているのであれば簡単であるが明記されてない上にプログラムの記述には様々な形がある。同じような処理内容であっても同じような記述でなくても良い。その様々なプログラムの記述をどのように解析してどのように状態遷移に落とすか。現状では一定のプログラム記述であるという前提のもとで行う方法を考えている。いずれはその方法以外で変換が可能かどうか実験するべきだろう。. :6; ?@ 2 "2..###%A"(%(.. :7; > !>. 2. "2..###. 8%%(.B".

(23) # . !.. この変換の成功後はツールとしての機能を検討していく。デバッグしやすく扱いやすい環境を目指すためにどのような機能であればよいのか。どのような構成であるべきなのか。幅広く使われるツールとは何かといったことを研究し組み込む。また自動生成される内容を利用者の思うとおりに変更ができるようなシステムを加えるとしてどのような変換であればよいの C. −79−.

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