Lesson 6インタプリタの構成インタプリタは，どのように動作するか

開発する Tiny BASIC のインタプリタの基本構造を示します．このページは，石田晴久著「マイクロコンピュータプログラミング入門 —Tiny BASIC インタプリタ—」の内容です．これを理解するために書きました．

インタプリタの記述方法

どうやって書くか

インタプリタは，いろいろな方法で作成できる．C言語みなたいなプログラミング言語を使うこともできるし，機械語で記述することも可能である．ここでは，

中間言語

Tiny BASIC インタプリタ

構成図

図1に BASIC インタプリタの構成図を示します．インタプリタのプログラは左上の INIT から動作が始まり，矢印に従いぐるぐる回ります．通常は，GETLI(行番号付きで1行を入力) — INSERT(エディタ機能) 間のループで BASIC プログラムを1行毎に入力します．プログラムの入力が終われば，コマンド RUNによりプログラムを実行します．このプログラム実行開始コマンド RUN は，GETLI で入力されます．行番号が無いので，TSTLのルーチンで構成図の下側に分岐されます．その後は，実行行を取り出し，順次実行されます．プログラム中で END を見つけると，再びコマンド入力の GETLI に戻ります．

これだけでも，大筋の動作は分かるでしょう．より詳細な動作については，次節以降のルーチンの説明と合わせて，ひとつずつプログラムのシーケンスを追うと理解が深まります．

Tiny BASIC インタプリタの構成図 (pdf)

機械語ルーチンの機能

先に示した Tiny BASIC のインタプリタの構成図中の機械語ルーチンの機能は，次の通りです．

制御の流れに関するルーチン
INIT	ML-1	プログラムの初期化をします．
NLINE	ML-2	改行(CR)と復帰(LF)の文字コードを出力します．
GETLI	ML-3	プロンプト「*」を出力し，1行を読み込みます．行の入力が終わるまで，ここで待機します．
INSRT	ML-5	行の挿入や削除，置換，追加などの編集を行います．BASIC インタプリタ中でももっとも強力なルーチン．
XINIT	ML-6	ユーザー作成の BASIC プログラム実行時の初期化をします．スタックを空にし，最初に実行する文の行番号を用意します．
DONE	ML-13A	改行「CR」かデリミッタ「:」かを判断する．デリミッタの場合，その後の文に制御を移す．
DONEX	ML-13B	改行「CR」かデリミッタ「:」かを判断する．デリミッタの場合，その行の実行を止める．
NXT	ML-13C	現在の行番号がゼロかどうかを判断する．ゼロならばこの行は直接実行されたことになり，次の入力を促すルーチンへ移る (FIN をコール)．ゼロでなければ，次に実行する行番号を求める．NXT の後半では， NXTX が実行されます．
NXTX	ML-13D	次の実行文のアドレスをスタックに積む．
FIN	ML-13E	最終終了の処理を行います．最後にアドレス LNECL に移ります．
XFER	ML-14	GOTO あるいは GOSUB で，次の実行に実行する行番号に制御を移す．
STORE	ML-20	変数のアドレスを求め，そこに値を代入する．
コマンド実行ルーチン
SIZE	ML-33	使用済みと残りのメモリーの量を表示します．
LIST	ML-34	リストの前処理を行います．
LIST0	ML-34	プログラム全体を表示します．
LIST1	ML-34	LIST 20 行番号 20 のみを表示します．このルーチンは，プログラムの特定の行のみを表示します．
LIST2	ML-34	LIST 100,300 行番号 200 — 300 を表示します．このルーチンは，プログラムの指定の範囲を表示します．
ある量の有無をテストするルーチン
TSTL	ML-4	入力した1行の行番号の有無を調べます．行番号があれば，それを二進数に変換し，桁上げフラグを(CYフラグ)を 1 にセットします．行番号が無い場合は，CY=0 です．
TSTV	ML-7A	変数(英文字の A—Z)の有無を調べます．変数があれば，CY を 1 にセットし，変数のアドレスを求め，データスタックにプッシュします．
IF 文，FOR 文，NEXT 文，DTA 文に関するルーチン
CMPR	ML-23	データスタックにある二つの数を比較し，真ならば IF に引き続く文を実行する．偽ならば，次の行次の行の実行の準備をする．
FOR	ML-19	FOR に続く文のアドレスを求める．
NEXT	ML-21	制御変数をひとつ増やし，最終値を超えたか調べます．超えていない場合には，繰り返しの入口の FOR の実行文の解釈の準備をします．超えた場合には，次の文の実行の準備をします．
DATA	ML-29	値を代入する．
INPUT 文，PRINT 文に関するルーチン
INNUM	ML-15	「?」を出力後に，入力された数値を二進数に変換し，スタックにプッシュする．
INSTR	ML-15	「?」を出力後に，入力された文字を@配列に入力する．
PRN	ML-18	数値を出力する．
PRS	ML-16	文字列を出力する．
OUTS	ML-16	文字列配列@の文字列を出力する．
SPAC	ML-17	ゾーン(8文字)いっぱいになるまで，スペースを出力する．
GOSUB 文と RETURN 文に関するルーチン
SAVE	ML-24	戻り番地をアドレススタックにプッシュする．
RSTR	ML-25	戻り番地をアドレススタックからポップする．
配列に関するルーチン
DIM1	ML-26	一次元配列に必要なメモリー量を計算し，メモリーを割り付ける．配列名に先頭番地を保管する．
DIM2	ML-26	二次元配列に必要なメモリー量を計算し，メモリーを割り付ける．配列名に先頭番地を保管する．

中間言語ルーチンの機能

先に示した Tiny BASIC のインタプリタの構成図中の中間言語ルーチンの機能は，次の通りです．

中間言語のルーチン
EXPR1	I-1	「=」の場合，EXPR をコールする．
EXPR	I-1	式の演算を行う．「+」あるいは「-」毎に項(乗算 or 除算で結ばれている式)の計算を行い，最後に合計する．
TERM	I-2	数式の項(term)の評価を行うルーチン．まず因子(変数，配列，関数)の評価を行いう．因子との間が「*」であれば乗算，「/」ならば除算を行う．
FACT	I-3	因子(factor)は，RND関数かSPACE関数，配列，変数，括弧で囲まれた式のいずれかである．このルーチンでは，それぞれに応じた処理を行う．
RELOP	I-4	関係演算子(relational operator)の評価を行うルーチン．演算子に応じて，ルーチンを呼び出す．呼び出すルーチンは，「=」:LIT0，「<」LIT1，「<=」LIT2，「<>」or「><<」LIT3，「>」LIT4，「>=」LIT5 である．
ARRAY	I-5	配列名(式)のときは ARRA1 を，配列名(式,式)のときは ARRA2 をコールする．
AVTST	I-6	変数/変数の判断を行う．変数であればそのまま戻り，配列であればARRY をコールする．いずれでもない場合はエラー．

中間言語ルーチンの中の機械語ルーチンの機能

算術演算子と論理演算子の処理を行うルーチン
NEG	ML-9	データスタックの一番上のデータをポップし，符号を反転(2の補数)し，データスタックにプッシュする．
SADD	ML-10A	データスタックの二つのデータをポップし，それらを加算する．その結果をデータスタックにプッシュする．
SSUB	ML-10B	データスタックの二つのデータをポップし，それらを減算する．その結果をデータスタックにプッシュする．
MUL	ML-11	データスタックの二つのデータをポップし，それらを乗算する．その結果をデータスタックにプッシュする．
DIV	ML-12	データスタックの二つのデータをポップし，それらを除算する．その結果をデータスタックにプッシュする．
LIT1—5	ML-22	各論理演算子 (=, <, <=, <> or ><, >, >=) のアドレスをデータスタックにプッシュする．実際の論理演算は，CMPR ルーチンで行われる．
配列と関数の処理を行うルーチン
ARRA1	ML-28	一次元配列の要素のアドレスを計算する．添え字の値はデータスタックにある．
ARRA2	ML-28	二次元配列の要素のアドレスを計算する．添え字の値はデータスタックにある．
RANDM	ML-31	0—32767の間の乱数を計算する．
SPACE	ML-32	データスタックの一番上の値に等しい位置まで，空白を置く．
制御の流れを司るルーチン
TSTN	ML-8	数字があるかどうか調べる．数字の場合，二進数に変換し，CY=1 とする．数字以外は，CY=0．
TSTA	ML-27	英字の後に「(」があれば，配列とみなし，必要な処理を行う．CY=1 にする．
TSTF	ML-30	英字が続いて二つあれば，関数名とみなす．必要な処理を行い，CY=1 とする．
VALUE	ML-7B	変数のアドレスをデータスタックからポップする．そのアドレスの値を求め，データスタックにプッシュする．
RETRN	ML-35	サブルーチンを終わり，呼び出し元の次の行へ処理を移す．
ERROR	ML-36	エラー番号とエラーが起きた行番号を表示する．

ページ作成情報

参考資料

以下の書籍は BASIC インタプリタの作成方法が細かくかかれており，参考になります．このページはこの書籍の内容を分かりやすく解説します．残念なことに，この書籍は絶版なので，入手は難しいでしょう．

マイクロコンピュータプログラミング入門 Tiny BASIC インタプリタ (1978年) (コンピュータサイエンス大学講座)
石田晴久

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更新履歴

2014年11月13日

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