\chapter{Continuation based C}

%% CbCとはなにか？どのようなものか？どのようにしてなりたっているか？
% CodeGearが何なのか？とかの話は１章。すでに CodeGearが存在している前提で
% 書いてる

Continuation based C (以下 CbC )は当研究室で開発しているプログラミング言語である。

CbC では処理を CodeGear 、処理に使うデータを DataGear と呼ばれる単位で記述
しプログラムを構成する。

本章は CbC について説明する。

\section{CodeGear と DataGear}
%% どういう概念？ どうしてそうするの？ どうやってつかうの？ 

本研究室では検証しやすいプログラムの単位として CodeGear と DataGear という
単位を用いるプログラミングスタイルを提案している。

CodeGear　とはプログラムの処理部分である。

DataGear は CodeGear で扱うデータの単位であり、処理に必要なデータが全て入って
いる。 CodeGear の入力となる DataGear を Input DataGear と呼び、
出力は Output DataGear と呼ぶ。

CodeGear は他の CodeGear と継続することでプログラムを構成する。
図\ref{fig:csds}のように Input DataGear を受け取り、 CodeGear で Output
DataGear に変更を加えることでプログラムを記述していく。
% CS,DSの図
\begin{figure}[htpb]
 \begin{center}
  \scalebox{0.55}{\includegraphics{fig/csds.pdf}}
 \end{center}
 \caption{CodeGear と DataGear}
 \label{fig:csds}
\end{figure}


% \section{環境付き継続}
% \label{sec:withEnv}
% 環境付き継続の話はいらないよね

\section{CbC での CodeGear と DataGear } %% 例題
%% Metaな話は今書いてもどうせ使わないので検証に使える〜くらいで置いておく？
%% 部分は生成でき、そこで検証用の動作をする感じでは？hora理論使ったりするといい
%% かんじにできるんじゃないかな

% 流れ CbCではどうやってCodeGearつかうの？他との違いは？軽量継続って何？ルー
% プ処理とかってどうするの？ Metaってなに？なるほど？ってかんじ

CbC での簡単な記述例をソースコード\ref{code_simple}、流れを図\ref{fig:code_simple}に示
す。CbC では CodeGear を$\_\_$code キーワードを指定する。その際、Input 
DataGear は関数の引数として定義される。 CodeGear は継続で次の CodeGear
に遷移するために関数末尾で goto キーワードの後に CodeGear 名と Input 
DataGear を指定する必要がある。

ソースコード\ref{code_simple}では　cs0、 cs1 が CodeGear で a+b が cs0 の Output DataGear であり、
cs1 の Input DataGear である。

\begin{lstlisting}[frame=lrbt,label=code_simple,caption={\footnotesize
    CodeGear の継続の例}]
__code cs0(int a, int b){
  goto cs1(a+b);
}

__code cs1(int c){
  goto cs2(c);
}
\end{lstlisting}


\begin{figure}[htpb]
 \begin{center}
  \includegraphics{fig/codesegment.pdf}
 \end{center}
 \caption{ソースコード\ref{code_simple}の流れ}
 \label{fig:code_simple}
\end{figure}

CbC の継続は、呼び出し元の情報を持たずに処理を続ける。この継続を軽量継続と呼ぶ。
ソースコード\ref{code_simple}は cs0 から cs1 へ継続した後、 cs0 には戻らずに次の継
続に指定された CodeGear へ継続する。

CbC でのループ処理の記述例をソースコード\ref{factorial}、流れを図\ref{fig:factorial}に示
す。
軽量継続では関数呼び出しのスタックは存在しないが、ソースコード\ref{factorial}の
ように計算中の値を DataGear で持つことでループ処理を行なうこともできる。

\begin{lstlisting}[frame=lrbt,label=factorial,caption={\footnotesize 階乗を求め
る CbC プログラムの例}]
__code print_factorial(int prod)
{
  printf("factorial = %d\n",prod);
  exit(0);
}

__code factorial0(int prod, int x)
{
  if ( x >= 1) {
    goto factorial0(prod*x, x-1);
  }else{
    goto print_factorial(prod);
  }
  
}

__code factorial(int x)
{
  goto factorial0(1, x);
}

int main(int argc, char **argv)
{
  int i;
  i = atoi(argv[1]);
  
  goto factorial(i);
}
\end{lstlisting}

\begin{figure}[htpb]
 \begin{center}
  \scalebox{0.8}{\includegraphics{fig/factorial.pdf}}
 \end{center}
 \caption{階乗を求める CbC プログラムの流れ}
 \label{fig:factorial}
\end{figure}



\section{メタ計算}
% メタ計算の論文引用どうするかな…
% メタプログラミング~系の本とかもいれていいのかな

メタ計算(リフレクション)とは、対象とするレベルとメタなレベルを分離し、対象レベルでの推論や計算に
関するメタな情報をメタレベルで明示的に記述し操作する。

メタ計算(自己反映計算)\cite{weko_5056_1} とはプログラムを記述する際に通常の処理
と分離し、他に記述しなければならない処理である。例えばプログラム実行時のメモリ管
理やスレッド管理、資源管理等の計算がこれに当たる。



% \section{Meta CodeGear とMeta DataGear}

% CbC 


% \section{Interface}

% Interface では使用する DataGear とそれに対する処理を行う CodeGear の集合をま
% とめて定義する。

% \lstinputlisting[label=src:interface, caption=CbCでのStack-Interfaceの記述] {src/interface.cbc}

% DataGear に対して何らかの操作(API)を行う CodeGear とその
% CodeGear で使われる DataGear の集合を抽象化した メタレベルの DataGear
% として定義される。

% Interface を記述することでデータ構造の api と DataGear の結びつきを高め、呼び出しが容易になる。


\section{Context}
CbC で DataGear を扱う際、 Context と呼ばれる接続可能な CodeGear、 DataGear のリ
スト、Temporal DataGear のためのメモリ空間等を持っている Meta DataGearである。
CbC で必要な CodeGear 、 DataGear を参照する際は Context を通してアクセスする必
要がある。

\section{stub CodeGear}
CodeGear が必要とする DataGear を取り出す際、 Context を通す必要がある。
しかし、 Context を直接扱えるようにするのは信頼性を損なう。そのため CbC では
Context を通して必要なデータを取り出して次の Code Gear に接続する stub CodeGear
を定義している。CodeGear は stub CodeGear を介してのみ必要な DataGear へアクセス
することができる。 stub CodeGear は CodeGear 毎に生成され、次の CodeGear へと接
続される。
stub CodeGear は CodeGear の Meta CodeGear に当たる。


\section{CbCによる Interface の記述と継続}

CodeGear は通常の関数と比べ、細かく分割されるためメタ計算をより柔軟に記述でき
る。 CodeGear 、 DataGear にはそれぞれメタレベルとして、 Meta CodeGear
、 Meta DataGear が存在する。

CbC で実装していると、stub CodeGear の記述が煩雑になることが分かった。
そのため 既存の実装を モジュールとして扱うため Interface という仕組みを導入した。

Interface は DataGear に対して何らかの操作(API)を行う CodeGear とその
CodeGear で使われる DataGear の集合を抽象化した メタレベルの DataGear
として定義されている。

% interface は データ構造に record で interface 名を列挙し、実際の動作をする関数と紐付けている。使用する際は、$ DataName->InterfaceFunk $のように使用する。

例として CbC による Stack Interface のソースコード\ref{src:interface-define},
\ref{src:interface}がある。Stack への push 操作に注目して見ると、
実態は SingleLinkedStack の push であることが\ref{src:interface}で分
かる。実際の SingleLinkedStack の push では Stack を指定する必要があるが、
Interface で実装した Stack では push 先の Stack が stackImpl として扱
われている。この stackImpl は$ Stack->push $で呼ばれた時の Stack と同じになる。
これにより、 ユーザーは実行時に Stack を指定する必要がなくなる。
また、ユーザーが誤って異なる Stack を指定することを防ぐこともできる。

このように Interface 記述をすることで CbC で通常記述する必要がある一定の部分を省略し呼び出
しが容易になる。

\lstinputlisting[label=src:interface-define, caption=CbCでのStack-Interfaceの定義] {src/interface.cbc}

\lstinputlisting[label=src:interface, caption=CbCでのStack-Interfaceの実装] {src/singleLinkedStackInterface.cbc}