オレオレ言語、Expressoについて・・・導入編

こちらでは、ご無沙汰しています、はざまです。
突然ですが、プログラマをされている皆様が生涯で何としても作り上げたいプログラムはなんでしょうか？これは私の願望も多分に含まれているのですが、恐らく一定数の方が、自作言語と答えるのではないでしょうか？

というわけで今回の記事は、自作言語のExpresso(エクスプレッソ)の紹介をします。4,5年前から開発しているオレオレ言語なんですが、最近、try,catchなども実装し、それなりに使える言語になってきたので、α版として公開することにしようかと思った次第です。とは言っても、専用のサイトはまだ用意しませんが。
Expressoという名前は、ExpressiveとEspressoからの造語です。表現力豊かに、かつエスプレッソ(コーヒー)一杯飲む間にでも開発できるような簡潔な言語を目指すという意味を込めています。また、言語のスローガンとして"Easy for beginners, elegant for enthusiasts"という標語も掲げています。「初学者には簡単に、熱狂者には華麗に」という意味ですね。この標語にはあえて、eで始まる単語を多用しています。これは「e(いい)を探す言語」というダジャレです。
Expressoは、オレオレ言語でありながら、普及、実用化させるならPascalのような教育用言語の地位を目指しています。そのために、先ほどの標語のような目標を掲げているわけです。つまり、初学者には簡単に書ける言語、しかしながら、習熟者にとっても、書きやすい言語を目指すということです。
なぜ、教育用言語を開発するのか不思議に思っているの方もいるかもしれないので、解説しておくと、私は大学時代にPascalという言語でプログラミングを学んだのですが、Wikipediaには教育用と書いてあるんですよ。200x年にしては時代錯誤的な構文とまだ設計に慣れていなかったせいもあって無事単位を落とし、翌年Cに変わったカリキュラムで再履したんですが、その現状を変えたいと思ったのがきっかけです。まあ、スピードとかを売りにしてもRustに敵うわけがないという本音もあります。

言語仕様としては、まだα版と銘打ってることもあって、かなりガバガバなところが多いんですが、基本は静的型付け、オブジェクト指向を基本とするマルチパラダイム言語になっています。一番強く影響を受けている言語が、Rustなので、Rustで採用されている仕様が結構入っています。
現状、Expressoは、.NET環境上でのみ動く言語になっています。理由は、.NETだと比較的ランタイム環境を整えるのも楽ですし、クロスプラットフォームで動くのが大きいです。まあ、私が、いちばん好きな言語がC#だからというのもありますが……

伝統的なHello worldプログラムの解説をする前に、導入方法を紹介しましょう。現状、専用のサイトがないので、Githubのリポジトリからcloneして導入していただく形になります。こちらからcloneしてください。cloneしたら、git submodule update --initを実行してください。依存リポジトリの解決が行われます(といっても、一つしかありませんが)。そして、cloneしたディレクトリ/ExpressoTest/配下にtest_executablesというディレクトリを作成してください。ここにテストで使用するバイナリが吐かれる設定になっているので、これがないとテストが実行できません。gitにこのディレクトリを追加できるのなら、追加したいところではあります。
2018/4/7 追記: それからソリューションをVisual Studioなどで開いて、InteroperabilityTestプロジェクトをビルドし、出力されたDLLファイルを/ExpressoTest/sources/for_unit_testsディレクトリに移動してください。
そうしたら、Mac,Linuxユーザの方なら、あとはメインのソリューションファイルをIDEで開けば、ビルドして実行できるはずです(NuGetを使って一部の依存プロジェクトをダウンロードするようになったので、自動で手元にないプロジェクトをダウンロードするよう、IDEの設定を変える必要があるかもしれません)。Windowsユーザの方は、Cocoという依存プログラムを拾ってこなければなりません。あと、パーサ定義をシェルスクリプトで自動生成しているので、その代わりのバッチファイルも書かなきゃダメですね、多分。
Coco/R for C#からCoco.exeを選択してバイナリを拾ってきたら、cloneしたディレクトリ/Expresso/配下に配置してください。Expressoが言語のコアを担うプロジェクトです。バッチファイルは、cloneしたディレクトリ/Expresso/parserCompile.shというシェルスクリプトを参考に作成していただきたいのですが、Coco.exeに渡すオプションは自由に変更してください。バッチファイルを作成したら、Expressoプロジェクト設定でビルド前に自動実行するように設定すれば、いちいち手動でパーサを生成する必要がなくなります。
長々と書きましたが、Windowsでの動作確認は不十分な(動きはするもののテストは通らない程度までしか確認していない)ので、動くことは保証しません。手軽に使いたいなら、Mac+Visual StudioかLinux+Xamarin Studioあたりの環境をお勧めします(昔は、後者、今は前者の開発環境で作ってます)(2018/4/7 追記: 現状、Windowsでは.NET自体の実装が異なるようでEmitterTestsが動きません)(2018/4/8 追記: Windowsでも、大方のEmitterTestsを動かせるようになりました。ですが、動かないものは割とどうしようもなさそうなエラーで失敗してます・・・特にOOPのはずなのに、インターフェイスが動かないのは痛すぎる・・・)。

さて、ここまでで肝心のコンパイラは動かせるようになったはずなので、伝統的なHello worldプログラムに移ります。Hello worldプログラムは、以下のように書きます。

module main;
def main()
{
    println("Hello, world!");
}

中身の解説をする前に実行してみましょう。ExpressoConsoleプロジェクトをビルドし、MacかLinuxならmono exsc.exe hello_world.exs -o ./ -e hello_worldなどとしてまずコンパイルします。その後、カレントディレクトリにExpresso.dllとExpressoRuntime.dllをコピーしてください。正式リリースする頃には、この部分はなんとかすると思いますが、とりあえず今は、ランタイム環境が必要です。そして、できあがったmain.exeをmono hello_world.exeとして実行すると、Hello, world!と画面上に出力されるはずです。Expressoプログラムの実行に成功しました！

Expressoでは、基本的に1ファイル1モジュール構成を採用しています。ここは、Python譲りですね。各モジュールは、明示的に名前付けすることを義務付けられています。プログラムのエントリーポイントは、mainモジュールのmain関数からになります。今のところ、main関数は、引数も戻り値もなしの仕様になっています(Cのように文字列配列の引数を定義したり、intを戻り値にしても動きますが、単純に無視されます)(2018/4/11 追記: main関数がargs引数を取り、intを返せるようになりました。monoを使って実行するからです)。
ご覧の通り、関数、メソッドはdefキーワードで定義します。PythonやRubyで採用されている構文だったと思いますが、Rustのようにfunction由来のキーワードだとメソッド定義に違和感があるからです。Rustにはトレイトオブジェクトはあるものの、オブジェクトはないので、メソッドは存在しないはずです(追記: 公式ドキュメントでは、implブロックの関数をメソッドと呼んでいるようですので、これは間違いだったようです)。
この例ではどこにも明示されていません(というか変数宣言がない)が、型は後置です。その際、変数名と型の区切り記号には、(-という記号を使用します。これは、数学の∈に由来するExpresso独自の記号(のはず)です。あまり型は明示してほしくないという思想の元、入力しづらい2文字の記号を採用しています。Rustには似た記号を一元化してくれる機能があったと思いますが、Expressoには導入していないので、(-を∈と書いても、認識してくれませんので悪しからず。
関数、メソッドの戻り値を明示する場合は、Rustでも採用されている->記号を使います。関数の戻り値は、return文から推論するので、省略しても構いません(上のmain関数では省略しているが、voidに推論される)。
上記のプログラムで呼び出しているprintln関数は、組み込みの関数です。.NET環境のConsole.WriteLine関数を使用しているので、可変長の引数をとって、それをカンマ区切りで標準出力に出力します。他に、お尻に改行を追加しないprintや、第1引数にConsole.WriteLineに準じるフォーマット文字列を取るprintFormat関数(追記: string interpolation(日本語だと「文字列補完」ですかね)を実装したので、廃止しました)などが存在します。

いかがでしたでしょうか。以上で、オレオレ言語Expressoの導入は終わりです。あ、Expressoの骨格の説明などをしませんでしたが、機能詳細などは次回の記事で行いましょう。コンパイラ作りに興味のある方には、次の記事が参考になるかもしれませんね。