コンパイラアーキテクチャ¶

Onion コンパイラは、ソースコードを JVM バイトコードに変換するマルチフェーズパイプラインコンパイラです。

概要¶

ソースコード (.on ファイル)
    ↓
[1] パース (JavaCC) → 型なし AST
    ↓
[2] 書き換え → 正規化された型なし AST
    ↓
[3] 型付け → Typed AST
    ↓
[4] TailCallOptimization → Typed AST
    ↓
[5] MutualRecursionOptimization → Typed AST
    ↓
[6] TypedAstCodeGeneration (ASM) → JVM バイトコード (.class ファイル)

実装¶

言語: Scala 3.3.7
パーサージェネレータ: JavaCC 5.0
バイトコードライブラリ: ASM 9.8
ビルドツール: SBT
JVM ターゲット: Java 17+

フェーズ 1: パース¶

ファイル: src/main/scala/onion/compiler/Parsing.scala

文法¶

パーサー文法は JavaCC 構文で grammar/JJOnionParser.jj に定義されています。

処理¶

文法から JavaCC が JJOnionParser.java を生成
ソースコードがトークン化されパースされる
ASTBuilder が型なし抽象構文木を構築
パーサーエラーが収集・報告される

出力¶

src/main/scala/onion/compiler/AST.scala で定義される型なし AST:

ClassDef - クラス定義
MethodDef - メソッド定義
VarDef - 変数宣言
式: BinaryOp、MethodCall、Literal など

フェーズ 2: 書き換え¶

ファイル: src/main/scala/onion/compiler/Rewriting.scala

目的¶

型なし AST を変換・正規化します。

複雑な構文を脱糖
式を正規化
型チェックの準備

例¶

高レベル構文をより単純な形に変換
構文糖衣を展開
演算子の優先順位を正規化

フェーズ 3: 型付け¶

ファサード: src/main/scala/onion/compiler/Typing.scala

責務¶

型推論: 式の型を決定
型検証: 型の互換性を確認
名前解決: 変数名やメソッド名を解決
シンボルテーブル: シンボル情報を構築・管理

内部構造¶

Typing.scala は、4つのパスのオーケストレーション層です。

TypingHeaderPass - クラス、インポート、トップレベルコンテナを登録
TypingOutlinePass - メンバー、スーパータイプ、エイリアスのアウトラインを解決
TypingBodyPass - 実行可能な本体と式を型チェック
TypingDuplicationPass - 重複メンバーと消去後のシグネチャを検証

サポートヘルパーは src/main/scala/onion/compiler/typing/ にあります。

NameResolution.scala - 型パラメータ、型エイリアス、インポート名の解決
MethodResolution.scala - オーバーロードとジェネリックメソッドの選択
TypeSubstitution.scala と GenericMethodTypeArguments.scala - ジェネリック特殊化
ControlExpressionTyping.scala、StatementTyping.scala、MethodCallTyping.scala - 本体レベルの型付けヘルパー

サポートコンポーネント¶

シンボルテーブル (src/main/scala/onion/compiler/): - ClassTable.scala - クラスのシンボルテーブル - LocalContext.scala - ローカル変数環境 - Symbol.scala - シンボル定義

エラー報告: - SemanticError.scala - 型エラー定義 - SemanticErrorReporter.scala - エラー収集

型システム: - BasicType - プリミティブ型（Int、Long、Double など） - ClassType - 参照型 - ArrayType - 配列型 - NullType - null リテラル型

処理¶

クラス定義からクラステーブルを構築
インポートを処理し外部型を解決
メソッド本体を型チェック
代入とメソッド呼び出しを検証
可能な場所で型を推論
型エラーを報告

出力¶

src/main/scala/onion/compiler/TypedAST.scala で定義される Typed AST:

各ノードに型情報が付く
名前はシンボルに解決済み
コード生成の準備完了

フェーズ 4: 末尾呼び出し最適化¶

ファイル: src/main/scala/onion/compiler/optimization/TailCallOptimization.scala

このフェーズは、自己末尾再帰の private メソッドを Typed AST 内の明示的なループに書き換えます。

フェーズ 5: 相互再帰最適化¶

ファイル: src/main/scala/onion/compiler/optimization/MutualRecursionOptimization.scala

このフェーズは、@TailRecursive 相互再帰グループをステートマシンスタイルのメソッドに低減します。

フェーズ 6: コード生成¶

プライマリ境界: src/main/scala/onion/compiler/codegen/TypedAstCodeGeneration.scala
ASM バックエンド境界: src/main/scala/onion/compiler/backend/asm/AsmBackend.scala
レガシー実装本体: src/main/scala/onion/compiler/backend/asm/AsmCodeGeneration.scala

ASM ライブラリ¶

バイトコード生成に ASM ライブラリを使用します。 - 型安全なバイトコード出力 - スタックフレーム管理 - ローカル変数の追跡

サポートコンポーネント¶

バイトコードユーティリティ (src/main/scala/onion/compiler/backend/asm/): - MethodEmitter.scala - JVM メソッド生成 - LocalVarContext.scala - ローカル変数管理 - AsmUtil.scala - ASM ヘルパー関数

ビジターパターン: - AsmCodeGenerationVisitor.scala - コード生成のための AST 走査

メインパイプラインは現在 TypedAstCodeGeneration をターゲットとし、backend.asm.AsmBackend に委譲します。TypedGenerating.scala は codegen.legacy.TypedGeneratingBridge 上の公開ファサードとして残っていますが、プライマリなコード生成エントリーポイントではなくなりました。

出力¶

CompiledClass オブジェクトを含む: - クラス名 - JVM バイトコード（バイト配列） - .class ファイルに書き出し可能、またはメモリ内にロード可能

コンパイラのオーケストレーション¶

ファサード: src/main/scala/onion/compiler/OnionCompiler.scala
パイプライン: src/main/scala/onion/compiler/pipeline/CompilerPipeline.scala

OnionCompiler は意図的に薄くなっています。フェーズ実行を CompilerPipeline に委譲し、例外マッピングを処理し、タイミング、診断、デバッグ成果物が必要なツール向けに compileDetailed を公開します。

プロファイリング¶

コンパイルプロファイリングは以下で制御されます。

--verbose - 人間が読めるフェーズタイミング
--profile-compile - 構造化プロファイルの出力
--profile-format text|json
--profile-output stderr|stdout|<path>

プロファイルには以下が含まれます。

総 wall-clock 時間
フェーズごとの wall-clock 時間
ソース数
クラスパスエントリ数
生成クラス数

コンパイル結果¶

CompilationOutcome を返します。 - Success(classes: Seq[CompiledClass]) - コンパイル成功 - Failure(errors: Seq[CompileError]) - コンパイル失敗

エントリーポイント¶

CompilerFrontend¶

ファイル: src/main/scala/onion/tools/CompilerFrontend.scala

onionc のコマンドラインインターフェース: - コマンドライン引数をパース - コンパイラを呼び出す - .class ファイルをディスクに書き出す

ScriptRunner¶

ファイル: src/main/scala/onion/tools/ScriptRunner.scala

onion のコマンドラインインターフェース: - ソースファイルをメモリにコンパイル - カスタムクラスローダーでクラスをロード - main メソッドまたはトップレベルコードを実行

REPL¶

ファイル: src/main/scala/onion/tools/Repl.scala

推奨される REPL エントリーポイントは sbt repl、onion repl、onion-repl です。

クラスローディング¶

ファイル: src/main/scala/onion/compiler/OnionClassLoader.scala

メモリ内コンパイル用のカスタムクラスローダー: - バイトコードを直接受け取る - 実行時にクラスを定義 - スクリプト実行をサポート

エラー処理¶

コンパイルエラー¶

型: - ParseError - 構文エラー - SemanticError - 型エラー - CompileError - 一般的なコンパイルエラー

報告: - CompilationReporter - エラーの整形と表示 - ソース位置（ファイル、行、列）を含む - エラー周辺のコンテキストを表示

エラーの例¶

Error: Type mismatch
  Expected: Int
  Found: String
  at MyProgram.on:15
    val x: Int = "hello"
                 ^^^^^^^

ユーティリティ¶

Toolbox¶

場所: src/main/scala/onion/compiler/toolbox/

ヘルパーユーティリティ: - Classes.scala - クラス操作 - Paths.scala - パス処理 - SymbolGenerator.scala - 一意なシンボル生成 - MethodInvoker.scala - リフレクションベースの呼び出し - Boxing.scala - プリミティブ/オブジェクトのボックス化

Environment¶

場所: src/main/scala/onion/compiler/environment/

型解決: - ClassFileTable.scala - ロード済みクラスのキャッシュ - AsmRefs.scala - ASM 型参照 - ReflectionRefs.scala - リフレクションベースの型

ビルドプロセス¶

SBT 設定¶

ファイル: build.sbt

バージョン: sbt-dynver により直近の git タグから導出
Scala バージョン: 3.3.7
メインクラス: onion.tools.CompilerFrontend
REPL タスク: sbt repl
ベンチマークタスク: sbt bench

パーサー生成¶

文法が変更されると自動的にパーサーを再生成します。

sourceGenerators in Compile += Def.task {
  val grammar = file("grammar/JJOnionParser.jj")
  val parser = sourceManaged.value / "java" / "onion" / "compiler" / "parser" / "JJOnionParser.java"

  if (grammar.lastModified() > parser.lastModified()) {
    javacc(classpath.value, sourceManaged.value / "java", streams.value.log)
  }
}

アセンブリ¶

スタンドアロン JAR を作成:

sbt assembly
# onion.jar を作成

ディストリビューション¶

配布用 ZIP を作成:

sbt dist
# 以下を含む target/onion-dist.zip を作成:
#   - onion.jar
#   - lib/ (依存関係)
#   - bin/ (スクリプト)
#   - run/ (サンプル)

テスト¶

フレームワーク: ScalaTest 3.2.19

場所: src/test/scala/onion/compiler/tools/

基底クラス: AbstractShellSpec - Onion コードを実行 - 出力をキャプチャ - 結果を検証

テスト例: - HelloWorldSpec - 基本的な出力 - FactorialSpec - 再帰 - StringInterpolationSpec - 文字列機能

開発ワークフロー¶

文法を修正: grammar/JJOnionParser.jj を編集
コンパイル: sbt compile を実行（パーサーを再生成）
テスト: sbt test を実行
繰り返し

パフォーマンス特性¶

パース: O(n)、n = ソースサイズ
型チェック: O(n × m)、n = ノード数、m = シンボル数
コード生成: O(n)、n = Typed AST ノード数

今後の強化¶

潜在的な改善: - インクリメンタルコンパイル - より良いエラーメッセージ - 型推論の改善 - 最適化パス - デバッグサポート

次のステップ¶

言語仕様 - 言語の詳細
ソースからビルド - 開発者ガイド
貢献 - 貢献方法