コンパイラアーキテクチャ
学習目標: Cmコンパイラのパイプラインと各フェーズを理解します。
所要時間: 25分
難易度: 🔴 上級
パイプライン概要
ソースコード (.cm)
↓
┌──────────────────┐
│ Lexer（字句解析） │ トークン列生成
└──────────────────┘
↓
┌──────────────────┐
│ Parser（構文解析） │ AST生成
└──────────────────┘
↓
┌──────────────────┐
│ HIR Lowering │ 高レベルIR生成
└──────────────────┘
↓
┌──────────────────┐
│ Type Checker │ 型検査・推論
└──────────────────┘
↓
┌──────────────────┐
│ MIR Lowering │ 中間表現生成
└──────────────────┘
↓
┌──────────────────┐
│ MIR Optimization │ 最適化パス群
└──────────────────┘
↓
┌──────────────────────────────────────┐
│ Code Generation │
├──────────┬───────────┬───────────────┤
│ LLVM │ WASM │ Interpreter │
│ Native │ WebAssembly │ 直接実行 │
└──────────┴───────────┴───────────────┘
中間表現（IR）
AST（Abstract Syntax Tree）
パーサーが生成する構文木。ソースコードの構造を直接表現。
FunctionDecl
├── name: "add"
├── params: [("a", int), ("b", int)]
└── body:
└── ReturnStmt
└── BinaryOp(+)
├── Ident("a")
└── Ident("b")
HIR（High-level IR）
型情報を付加し、糖衣構文を展開した表現。
特徴:
- 型アノテーション付き
- for-in → while へのデシュガリング
- 複合代入の展開
MIR（Mid-level IR）
SSA形式の低レベル表現。最適化の対象。
bb0:
_1 = const 10 // a
_2 = const 20 // b
_3 = Add(_1, _2) // a + b
Return(_3)
特徴:
- SSA形式（Static Single Assignment）
- 基本ブロックとターミネータ
- 明示的な制御フロー
主要コンポーネント
1. フロントエンド
| モジュール | 役割 | ファイル |
|---|---|---|
| Lexer | 字句解析 | src/frontend/lexer/ |
| Parser | 構文解析 | src/frontend/parser/ |
| TypeChecker | 型検査 | src/frontend/types/ |
2. ミドルエンド
| モジュール | 役割 | ファイル |
|---|---|---|
| HIR | 高レベルIR | src/hir/ |
| MIR | 中レベルIR | src/mir/ |
| Optimization | 最適化 | src/mir/optimization/ |
3. バックエンド
| モジュール | ターゲット | ファイル |
|---|---|---|
| LLVM Native | x86_64, arm64 | src/codegen/llvm/native/ |
| LLVM WASM | WebAssembly | src/codegen/llvm/wasm/ |
| Interpreter | 直接実行 | src/interpreter/ |
| JS Transpiler | JavaScript | src/codegen/js/ |
型システム
型の種類
enum class TypeKind {
Void, Bool, Char,
Tiny, Short, Int, Long, // 符号付き整数
UTiny, UShort, UInt, ULong, // 符号なし整数
Float, Double, // 浮動小数点
String, Array, Slice, // コレクション
Struct, Enum, // ユーザー定義
Pointer, Function, // 複合型
Generic, Interface // ジェネリック
};
モノモーフィゼーション
ジェネリック関数を具象型ごとにインスタンス化：
// 定義
func max<T>(T a, T b) -> T { ... }
// 使用
max(10, 20); // max__int が生成
max(1.5, 2.5); // max__double が生成
メモリモデル
スタック割り当て
- ローカル変数
- 関数パラメータ
- 一時値
ヒープ割り当て
- 動的スライス（
[]T） - 明示的なメモリ確保（FFI経由）
文字列
- 内部的にはC文字列（null終端）
- 連結時は新しいメモリを確保
ランタイム
ネイティブランタイム
// runtime.c
void cm_print_string(const char* s);
void cm_print_int(int i);
char* cm_file_read_all(const char* path);
// ...
WASMランタイム
// runtime_wasm.c
// WASI準拠のI/O関数
ビルドシステム
# ビルド
cd Cm && mkdir build && cd build
cmake .. -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release
make
# テスト
ctest --output-on-failure
make test-interpreter
make test-compile-llvm
参考リンク
- 最適化パス - 各最適化の詳細
- 内部アルゴリズム - 使用アルゴリズム
- PROJECT_STRUCTURE.md - ファイル構成