処理系実装

パイプライン

source (string)
  |  ZaxTokenizer.TryTokenize        字句解析 (空白分割 + 分類)
  v
List<ZaxToken>
  |  ZaxCompiler.TryCompile          型スタックによる抽象解釈 + コード生成
  v
ZaxProgram { Instructions, Constants, Variables, StackSize, ResultType }
  |
  +- ZaxEvaluator.Evaluate           マネージド 1 回評価 (エディタ UI 用)
  +- ZaxNativeProgram + ZaxEvaluateJob   Burst / IJobParallelFor で N 要素一括評価

字句解析器

ZaxTokenizer はスキャナではない。空白と ; でソースを切り刻み、断片ごとに種別を判定するだけの 実装であり、トークンの内部構造 (+ と 12 の連結など) は一切見ない。

不正な断片を見つけても診断を積んで走査を続けるため、字句エラーは複数まとめて報告されうる。

コンパイラ

ZaxCompiler.TryCompile は 1 パスである。トークンを先頭から走査しながら、

• 型スタック (List<ZaxValueType>) を実行時スタックの抽象解釈として更新し、
• 同時に命令を出力する。

主な性質は次の通り。

• 型スタックの最大長がそのまま StackSize になる。
• 定数は値 (型込み) で重複排除され、同じ値は同じ索引を共有する。
• 変数は参照されたものだけが program.Variables に初出順で記録される。
• 期待結果型が与えられ、生成型が int、期待型が float の場合のみ末尾に Convert 命令を挿入する。
• 意味エラーは 1 個目で走査を打ち切る (字句エラーと違って積み上がらない)。

値表現

ZaxValue は int4 のビット列 + 型タグ (ZaxValueType) の構造体である。

• スカラ・ベクトルを問わず常に 4 レーン分の領域を持ち、未使用レーンは 0。
• int はビットパターンではなく数値として float へ変換される (Broadcast / ToFloat4)。
• スカラをベクトルへ変換すると全成分へブロードキャストされ、ベクトルを短い型へ変換すると 先頭から切り詰められる。

命令セット

ZaxInstruction は OpCode・関数 ID・結果型・引数型 (各 1 バイト) と 16bit オペランドからなる 固定長構造体で、NativeArray にそのまま載る。

Swizzle のオペランドは 16bit にパックされている。下位 8bit に 2bit x 4 の成分索引、 bit 8-10 に長さが入る。

評価器

ZaxEvaluator.Execute は命令列を上から 1 回走査するだけのスタックマシンである。 Call の処理だけが 2 経路に分かれる。

• 整数経路: 命令の引数型が int のとき。int のまま加減乗除・剰余・min / max / clamp 等を行う。 0 除算・0 剰余は例外ではなく 0 を返す。
• 浮動小数経路: それ以外。全引数を引数型へ変換 (スカラはブロードキャスト) してから float4 に詰め、 Unity.Mathematics の 4 成分演算を 1 回行い、結果を結果型の次元へ切り詰める。

したがってベクトル演算は次元によらず常に 4 レーンぶん計算されている。未使用レーンは 0 が入るため、 length や dot の結果には影響しない。

逆アセンブル

ZaxProgram.Disassemble() は次の形式の文字列を返す。

式:

@normal 0.5 * 0.5 + ... @color #rgb rgb2yuv #x vec4

出力:

; stack = 4, result = float4
0000  Variable 0 -> float3
0001  Constant 0 -> float
0002  Call Mul/2 (float3) -> float3
0003  Constant 0 -> float
0004  Call Add/2 (float3) -> float3
0005  Unpack float3 -> 3 x float
0006  Variable 1 -> float4
0007  Swizzle 0324 -> float3
0008  Call RgbToYuv/1 (float3) -> float3
0009  Swizzle 0100 -> float
0010  Call Vec4/4 (float) -> float4

0.5 が 2 回現れても定数索引は 0 で共有されている点、Call の /2 がアリティである点、 Swizzle のオペランドが 2.5 節のパック形式で表示される点に注意。

ホスト API

名前空間は KusakaFactory.Zatools.Foundation.Arithmetic。いずれも [PublicAPI] ではないため、 マイナー・パッチリリースで変更されうる (README 参照)。

コンパイル

var variables = new[] { new ZaxVariable("pos", ZaxValueType.Float3) };
var diagnostics = new List<ZaxDiagnostic>();
if (!ZaxCompiler.TryCompile(source, variables, ZaxValueType.Float4, diagnostics, out var program))
{
    // diagnostics[0] を表示
}

expectedResultType に null を渡すと結果型を検査しない。

ZaxProgram の主なメンバー:

Variables は宣言した変数の部分集合である。束縛を作る側は「宣言順」ではなく program.Variables の順に並べる必要がある。

単発評価

var values = new[] { ZaxValue.FromFloat3(new float3(1, 2, 3)) };  // program.Variables と同順
var result = ZaxEvaluator.Evaluate(program, values);              // ZaxValue が返る

ZaxValue は FromInt / FromFloat / FromFloat2..4 で構築し、AsInt / AsFloat4 などで取り出す。 ToString() は不変カルチャの丸め往復可能表記を返す。

ジョブ評価

using var native = ZaxNativeProgram.Allocate(program, Allocator.TempJob);
var bindings = new NativeArray<ZaxVariableBinding>(program.Variables.Length, Allocator.TempJob);
bindings[0] = ZaxVariableBinding.FromArray(positions, ZaxValueType.Float3);   // 要素ごと
// bindings[1] = ZaxVariableBinding.Uniform(ZaxValue.FromFloat(0.5f));        // 全要素共通
var results = new NativeArray<ZaxValue>(count, Allocator.TempJob);
ZaxEvaluateJob.Schedule(native, bindings, results, innerloopBatchCount: 64).Complete();

制約 (ZaxNativeProgram.Allocate および ZaxEvaluateJob.Create が例外で弾く):

• StackSize は 64 以下 (MaxStackSize)
• 参照変数は 16 個以下 (MaxVariableCount)
• 束縛の個数が program.VariableCount と一致し、型が厳密に一致すること
• 要素束縛の Length が結果配列長以上であること

ZaxVariableBinding.FromArray<T> は要素サイズ (stride) が対象型のバイト数以上であればよいので、 NativeArray<float4> を Float3 として束縛し先頭 12 バイトだけ読む、といった使い方ができる。 Data == null の束縛 (Uniform) は全要素で同じ値を返す。

参照変数が 0 個のプログラムはジョブを組む必要がなく、1 回評価して全要素へ複製すればよい。

診断

コンパイル失敗時は List<ZaxDiagnostic> に診断が積まれる。各診断はコード・ソース内オフセット・ 長さ・置換引数を持ち、LocalizationKey (zax.diagnostic.*) 経由で日本語 / 英語に翻訳される。

UI は通常 diagnostics[0] のみを表示する。