はじめに
Node.jsで小さなプログラミング言語を作ってみるシリーズを、「ミニインタープリター」「ミニコンパイラー」とやってきました。そして三部作(?)の最後として、 ミニNode.jsからWASMを生成する小さなコンパイラーに取り組んでいます。今回は四則演算と余り（+, -, *, /, %)を実装してみましょう。
※以前の記事「Node.js でつくる WASM トランスパイラー - 02：四則演算を実装する」のアップデート版になります
これまでの取り組み
足し算の実現
対象ソース
Node.jsの対象となるコードはこちらです。単純な整数の足し算です。
add.js
1 + 2;
これをミニインタープリター、ミニコンパイラーで使ったモジュールの拡張版（module_parser_15.js）でパース/単純化したASTを作ります。結果はこちらのようになります。
[ '+', [ 'lit', 1 ], [ 'lit', 2 ] ]
足し算を表現するWASMは次のようになります。32ビット整数の足し算は i32.add を使います。
(module
(export "exported_main" (func $main))
(func $main (result i32)
i32.const 1
i32.const 2
i32.add
return
)
)
WATの生成
前回の整数リテラルに加えて、足し算（'+')も2項演算子として生成できるように拡張します。
- generateLiteral() ... 整数リテラル生成
- generateAddOperator() ... 足し算生成
- 内部で、演算子の左の項、右の項を生成するために、generate()を再帰的に呼び出す
- TABs() ... WATのインデントを整形するためのユーティリティ関数
generate()を拡張
// ---- genereate WAT block ---
function generate(tree, indent) {
if (tree === null) {
return '';
}
if (tree[0] === 'lit') {
return generateLiteral(tree, indent);
}
// --- add operator ---
if (tree[0] === '+') {
return generateAddOperator(tree, indent);
}
println('-- ERROR: unknown node in generate() ---');
printObj(tree);
abort();
}
// -- 整数リテラル --
function generateLiteral(tree, indent) {
const v = tree[1];
const block = TABs(indent) + 'i32.const ' + v;
return block;
}
// --- 足し算 ---
function generateAddOperator(tree, indent) {
const leftBlock = generate(tree[1], indent);
const rightBlock = generate(tree[2], indent);
let block = '';
block = block + leftBlock + LF();
block = block + rightBlock + LF();
block = block + TABs(indent) + 'i32.add' + LF();;
return block;
}
// --- インデント整形用 ---
function TABs(n) {
let tabs = '';
let i = 0;
while (i < n) {
tabs = tabs + TAB();
i = i + 1;
}
return tabs;
}
これで、足し算も生成できるようになりました。
足し算の実行
足し算までサポートしたコンパイラーのコードを mininode_wasm_02_add.js とします。これでWASMを生成して実行してみましょう。
- WAT→WASM変換 ... wat2wasm を利用
- WASMの実行 ... 前回用意した run_wasm_simple.js を利用
$ node mininode_wasm_02_add.js add.js
$ cat generated.wat
(module
(export "exported_main" (func $main))
(func $main (result i32)
i32.const 1
i32.const 2
i32.add
return
)
)
$ wat2wasm generated.wat
$ node run_wasm_simple.js generated.wasm
Loading wasm file: generated.wasm
ret code=3
終了コードが「3」となり、1+2が計算できました。
複数の足し算
今回の足し算の生成では、再帰的な処理を行っています。これにより、複数の足し算があっても生成できるようになっています。
対象となるソースと、それを表す単純化ASTはこちらです。
add_many.js
1 + 2 + (3 + (4 + 5) );
単純化AST
[ '+',
[ '+', [ 'lit', 1 ], [ 'lit', 2 ] ],
[ '+', [ 'lit', 3 ], [ '+', [ 'lit', 4 ], [ 'lit', 5 ] ] ]
]
WAT/WASM生成、実行結果がこちら。
複数足し算の実行結果
$ node mininode_wasm_02_add.js sample/add_many.js
$ cat generated.wat
(module
(export "exported_main" (func $main))
(func $main (result i32)
i32.const 1
i32.const 2
i32.add
i32.const 3
i32.const 4
i32.const 5
i32.add
i32.add
i32.add
return
)
)
$ wat2wasm generated.wat
$ node run_wasm_simple.js generated.wasm
Loading wasm file: generated.wasm
ret code=15
入れ子の足し算が生成され、実行結果も正しく「15」が得られました。
残りの四則演算のサポート
WASMの演算命令
符号付32ビット整数の演算には、次の命令を使います。
- i32.add ... 足し算(+)
- i32.sub ... 引き算(-)
- i32.mul ... 掛け算(*)
- i32.div_s ... 割り算(/)
- i32.rem_s ... 余り(%)
これをサポートするように、generate()関数を拡張します。
二項演算子の生成
先ほどは足し算専用でしたが、四則演算の二項演算子に対応するようにかくちょうします。
generate()の拡張
// ---- genereate WAT block ---
function generate(tree, indent) {
if (tree === null) {
return '';
}
if (tree[0] === 'lit') {
return generateLiteral(tree, indent);
}
// --- binary operator ---
if (tree[0] === '+') {
return generateBinaryOperator(tree, indent, 'add');
}
if (tree[0] === '-') {
return generateBinaryOperator(tree, indent, 'sub');
}
if (tree[0] === '*') {
return generateBinaryOperator(tree, indent, 'mul');
}
if (tree[0] === '/') {
return generateBinaryOperator(tree, indent, 'div_s');
}
if (tree[0] === '%') {
return generateBinaryOperator(tree, indent, 'rem_s');
}
println('-- ERROR: unknown node in generate() ---');
printObj(tree);
abort();
}
// --- 二項演算子 ---
function generateBinaryOperator(tree, indent, operator) {
const leftBlock = generate(tree[1], indent);
const rightBlock = generate(tree[2], indent);
const op = 'i32.' + operator;
let block = '';
block = block + leftBlock + LF();
block = block + rightBlock + LF();
block = block + TABs(indent) + op + LF();
return block;
}
演算子の左の項、右の項を再帰的に生成するのは、足し算の時と同様です。
四則演算の実行
対象ソース
四則演算と余りを用いた、次のソースを用意しました。
sample/binoperator.js
// expect 2
(1 + 3*5 - 4/2) % 3;
WASM生成と実行
コンパイラーのソースコードを、mininode_wasm_02.js とします。
- コンパイラーで、sample/binoperator.js → generated.wat
- wat2wasm で、generated.wat → generated.wasm
- run_wasm_simple.js で実行
$ node mininode_wasm_02.js sample/binoperator.js
$ cat generated.wat
(module
(export "exported_main" (func $main))
(func $main (result i32)
i32.const 1
i32.const 3
i32.const 5
i32.mul
i32.add
i32.const 4
i32.const 2
i32.div_s
i32.sub
i32.const 3
i32.rem_s
return
)
)
$
$ wat2wasm generated.wat
$ node run_wasm_simple.js generated.wasm
Loading wasm file: generated.wasm
ret code=2
実行結果の終了コードは「2」です。(1 + 3*5 - 4/2) % 3 = (1 + 15 - 2) % 3 = 14 % 3 = 2 なので、想定通りになりました。
テストの改良
前回は、単一のソースを対象としたテストとして、test_exitcode.sh というシェルスクリプトを用意しました。
今回はこれを複数回実行して、トータルの成功/失敗件数を出すシェルスクリプトを用意します。
メインの処理はこちらです。
# --- test ---
TestSingleExitCode() {
# --- exec 1 test case --
testfile=$1
# usage:
# sh test_exitcode.sh compilername interpname filename
#
sh test_exitcode.sh $compiler $interpreter $testfile
last_case_exit=$?
# --- check test result--
case_count=$(($case_count+1))
if [ "$last_case_exit" -eq 0 ]
then
# -- test OK --
ok_count=$(($ok_count+1))
echo "$testfile ... OK" >> $summary_file
else
# -- test NG --
err_count=$(($err_count+1))
echo "$testfile ... NG" >> $summary_file
fi
}
- 引数 ... 実行対象のソース
- $compiler ... コンパイラー（テストの対象）
- $interpreter ... 比較に使うミニNode.jsインタープリター
- $case_count ... 実行したテストの数
- $ok_count ... 成功したテストの数
- $err_count ... 失敗したテストのkazu
複数回実行し、結果をレポートします。
# ---- exec test case -----
# step_01
TestSingleExitCode one.js
TestSingleExitCode two.js
TestSingleExitCode eight.js
# step_02
TestSingleExitCode add.js
TestSingleExitCode add_many.js
TestSingleExitCode binoperator.js
# --- report --
Report
# --- exit ----
exit $err_count
実行すると、次のように結果を出します。
$ sh test_exitcode_multi.sh
... 途中経過は省略 ...
===== test finish ======
total=6
OK=6
NG=0
======================
これで今後の回帰テストも楽になりました。
次回は
次回は、複数行のとローカル変数を実装する予定です。
これまでのソース
GitHubにソースを上げておきます。
- GitHubのレポジトリ ... https://github.com/mganeko/mini_node_wasm
- mininode_wasm_02.js ... 今回のWASMコンパイラー
- mininode_15.js ... 比較用のNode.jsミニインタープリター
- module_parser_15.js ... ミニインタープリター、ミニコンパイラー、WASMコンパイラーで共通に使うパーサー
- module_xxxx ... ミニインタープリターやWASMコンパイラーで使うモジュール類
- sample/add.js ... 足し算の変換対象ソース
- sample/add_many.js ... 複数の足し算の変換対象ソース
- sample/binoperator.js ... 四則演算の変換対象ソース
- test/test_exitcode_multi.sh ... 複数のテストをまとめて行うシェルスクリプト