# PEGで言語をデザインしてみよう

PEGについて一言で説明としたら，「言語を定義するための言語」です。言語としてのPEGは，C++やJavaScriptなどの言語とはずいぶん毛色が違います。むしろ正規表現，XML Schemer，DBのテーブルスキーマのように「規則を定義」するタイプの言語です。

PEGで文法を書き表すことによって，人間に読みやすくかつ厳密に文法を定義できます。さらにこの文法ファイルを使って，その言語のパーサーをプログラムに自動生成させることもできます。

PEGの記法はとてもシンプルで習得しやすいものです。BNFや正規表現をご存知の方でしたら，ほんのわずかな時間で覚えられるでしょう。

PEGの理論的背景についてもっと知りたい方は，Bryan Fordさんの[2004年の論文[Link_Ford]を読みましょう。このTechnical Paperの2番めのセクションには，PEGをPEGで定義するとても興味深いコードが載せられています。（私もこれを参照しながらパーサジェネレータを実装しました。）

「習うより慣れろ」と古くから言われるように，実際に手を動かしてコードを書くことは理解を深めるための早道です。その際[「PEG Playground」](http://yhirose.github.io/peglint/)を使ってみてください。このWebアプリは，PEGの文法定義コードと定義される言語のコードをリアルタイムにチェックしてくれます。

では始めましょう。最初にデザインするのはCSVフォーマットです。

## CSVフォーマット

おなじみカンマ区切りフォーマットの文法を定義してみましょう。CSVには色んな方言がありますが，以下の仕様を満たすものとします。

  * CSVファイルは，一つ以上フィールドでなる，一つ以上の行の集まり
  * フィールドは，ダブルクォート無しと有りある
  * ダブルクォート無しのフィールドには，カンマとダブルクォートを含むことができない
  * ダブルクォート有りのフィールドには，ダブルクォート以外の全ての文字と，連続したダブルクォートを含むことができる

テストのしやすさを考慮して，規則をボトムアップで定義しましょう。まずはダブルクォート無しのフィールドです。

    NO_DQUOTE_FIELD <- (![,"\r\n] .)*

この規則は「カンマ，ダブルクォート，改行以外の任意の文字の0回以上の繰り返し」を意味します。理解を深めるために，規則を構成する個々の要素を見てみましょう。

`.`は任意の文にマッチします。`[,"\r\n]`はカンマ，ダブルクォート，改行文字のいずれかにマッチします。外側の`()*`は0回以上の繰り返しを意味します。どれも正規表現と全く同じですね。

`!`は「否定先読み」演算子で，後続の`[,"\r\n]`の評価が偽であればマッチしたことになります。マッチしたとしても，現在処理している入力テキストの位置は進めません。

続いてダブルクォート有りのフィールドです。

    DQ_FIELD <- '"' (!["] . / '""')* '"'

この規則は「両端にダブルクォートがあって，その間はダブルクォートでない任意の文字か2連続するダブルクォートの0以上の繰り返し」という意味です。

ではこの2つの規則をまとめましょう。

    FIELD <- DQ_FIELD / NO_DQUOTE_FIELD

これは「DQ_FIELDかNO_DQUOTE_FIELDにマッチ」を意味します。`/`は「Priority Choise」と呼ばれ，左から右に式の要素を評価します。評価が真になった時点でマッチに成功します。

このDQ_FIELDとNO_DQUOTE_FIELDの順序はとても重要です。もしこの順序を逆にすると，ダブルクォート文字列はNO_DQUOTE_FIELDの規則で誤ってマッチしてしまい，DQ_FIELDとしては認識されなくなってしまいます。（ダブルクォート文字列は，最初のクオート無しのフィールド規則で長さ0のフィールドとしてマッチしてしまい，続くダブルクォート有りのフィールド規則にたどりつかないからです。）

続いてレコード規則を定義します。

    RECORD <- FIELD (',' FIELD)*

これは「1回以上のFIELDの繰り返し」を意味します。この形式は，「要素が最低1回以上出現するリスト」を表現するイディオムです。（「要素が0回以上出現するリスト」は`(ELEM (DELM ELEM)*)?`で表します。）

開始規則であるCSV規則は，

    CSV <- RECORD (NL RECORD)* NL?

と定義できます。改行文字を定義を忘れていましたね…

    NL <- '\r\n' / '\r' / '\n'

この場合も要素の順序に気をつけてください。`\r\n`を`\r`の後に置くなら，`\r\n`は決してマッチしなくなります。

CSVの文法が定義できました！

    CSV             <- RECORD (NL RECORD)* NL?
    RECORD          <- FIELD (',' FIELD)*
    FIELD           <- DQ_FIELD / NO_DQUOTE_FIELD
    NO_DQUOTE_FIELD <- (![,"\r\n] .)*
    DQ_FIELD        <- '"' (!["] . / '""')* '"'

これが確かに正しいかテストしてみましょう。

[Link_BasicGrammar]: http://kmizu.hatenablog.com/entry/20100203/1265183754
[Link_Ford]: http://pdos.csail.mit.edu/papers/parsing:popl04.pdf