7. まとめ

今回の実験では、関数型プログラム言語 OCaml で、ミニOCaml に対するインタープリタを作成し、それによって、OCaml 言語自身への理解を深めることを目的とした。これを通して、今まで大雑把に理解していたプログラム言語の意味が、厳密に理解できたであろう。

ここまでの作業で、以下の要素を含むミニOCaml言語(ただし、リストなどは未実装)に対するインタープリタを作成することができた。

整数データとそれに対する操作(足し算やかけ算など)
真理値データに対する操作(if-then-else)
let式による変数束縛
関数定義と関数適用

作成したインタープリタは、評価の対象となる式(exp型のデータとして表現されたもの)と、環境を引数にとり、束縛が起きるごとに環境を拡張することによって計算を進めるインタープリタである。(評価の過程で、環境を受け渡すことから、環境渡し方式environment-passing style と言われる。)

このタイプのインタープリタは、「OCaml を利用して記述されたプログラムであり、OCaml(のサブセット)の評価をするプログラムである」ことから、meta-circular interpreterと呼ばれる。「自分で、自分自身の評価をする」というものである。実は、ここで述べた環境渡し方式の meta-circular interpreterは、関数型プログラム言語のルーツといえる Lisp 1.5の時代 (Lisp は John McCarthy が考案した関数型プログラム言語であり Lisp 1.5はその最も初期のバージョンの1つである)からあるものである。 (ただし、Lisp 1.5 は、動的束縛であった。)

meta-circular interpreter を作って何の意味があるのか、と思う人もいるかもしれないが、 meta-circular interpreter の構造が(簡潔に)記述できる、ということ自体が、関数型プログラム言語の優位性を物語っている。また、このインタープリタの作成を通じて、 OCaml の主要な機能を深く知ることができる。 (ソーティングなどのプログラムをいくら書いても、 OCaml 言語の変数束縛や関数適用の順番などがわかるようになるわけではない。)

インタープリタの実装に続いて、「型システム」への理解を深めるため、型検査器の実装を行った。型検査器がおこなうことは、インタープリタとはまったく異なるが、型検査器のプログラムは、インタープリタとよく似ており、インタープリタで実装した lookup関数などは型検査器においても再利用できる等もわかったことと思う。型検査の対象とした言語は、時間の都合上、ミニOCaml言語をさらに小さくして以下の要素からなる言語とした。ただし、本実験で述べた方法を使えば、ミニOCaml言語全体の型検査器を作るのは、容易である。

整数や真理値とそれに対する操作
変数を含む式と型環境
関数と関数適用

型検査済みの式は、プログラムの実行時に (1 + "abc")のような実行を行うことがないので、より安全であると言える。なお、 OCaml言語のように、変数の型を(通常は)宣言しない言語では、型検査をさらに強力にした型推論が必要である。型推論は、 OCaml言語の処理系では非常に重要な地位を占めているものであり、興味をもった人は、是非、型推論器の実装に取り組んでほしい。

最終課題

最終レポートは以下の「必須課題」をすべて解くこと。なお、必須課題をすべてこなせば、単位の取得は可能だが、発展課題を1つ以上解くことを推奨する。

[全員必須] これまで作成したプログラムと解答した課題を整理し、 1つのまとまったインタープリタとして仕上げよ。
[全員必須] 上記のインタープリタに、ミニOCaml言語のプログラムとして面白いものを与え、インタープリタが正しく動作するかチェックするとともに、インタープリタの性能を調べよ。なお、例題として与えるプログラムは、エラーとなるものを必ず含むこと (構文エラー、型エラー、実行時エラーなど)。「面白い例題」としては、再帰呼び出しを使って書ける関数を選べばよい。たとえば、階乗、べき乗、最大公約数、n番目の素数、McCarthyの91関数などが考えられる。

[全員必須] 本実験で学んだことについての考察および感想を記述せよ。たとえば、このインタープリタは素朴でわかりやすい実装を優先したために、効率がよくない点があるので、それについての改善案を思いつけば、それを記述せよ。また、関数型プログラム言語の利点と欠点について、自分の考えを述べよ。(自分の考えを述べればよく、「正しい考え」でなくてもよい。)

[全員必須] 自分なりの工夫(インタープリタの拡張など) を1つ以上すること．

形式: A4サイズの紙に記載: 表紙には実験名、氏名、学籍番号を記載。 2ページ目以降がレポート本体であり、末尾に、作成したプログラム、テストプログラム、テストの実行結果を添付すること。レポートは、インタープリタの概要の説明のほか、自分が工夫した点や苦労した点については詳細に説明すること。

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亀山幸義