EPP plugin は複数 同時に指定することもできる。 plugin どうしの衝突による不具合が起きにくいスタイルで、 個々の plugin が実装されている。
EPP plugin の簡単な例として現在以下のようなものがある。 （詳しくは http://www.etl.go.jp/etl/bunsan/‾ichisugi/epp-examples） いずれも１００行程度の記述で実現されている。
また、より複雑な EPP plugin の例として以下の２つがある。 いずれも５００行程度のトランスレータと Java で書かれた runtime system によって実装されている。
例として、 Java プログラム難読化ツールを作成した。 これは、 private な method,field 名とローカル変数名を無意味な 名前に置き換えることにより、 ソースコードの解読を難しくするものである。 他の応用例として、 ソフトウエア電子すかし[8]、 ソースレベル最適化、クロスリファレンス作成などが考えられる。
クラスおよび継承機構は、 プログラムが扱うデータ構造を拡張するための強力な機構であるが、 古くからある他のオブジェクト指向言語は、 それに加えて制御構造や演算子を拡張する機能も持っている。 C++ はプリプロセッサ、演算子オーバーロード、 Template などの機能を 持っているし、 Smalltalk や CLOS は closure や metaobject の機構を持っている。 つまり、これらの言語はデータ構造、制御構造、演算子のそれぞれを 拡張する機構を備えている。
これらの言語拡張機能なしでは、 使いやすい形でのライブラリ提供は不可能である。 例えば行列を表すクラスがある場合、 add(m1, m2) という記述よりは m1 + m2 の方が明らかに分かりやすい。 行列演算を多用するアプリケーションにとっては、 この種の「シンタックスシュガー」が、記述性・保守性向上のために不可欠である。
Java に対する言語拡張機能が強く求められているもう１つの例として、 分散・並列アプリケーションがある。 Java は標準で socket, thread, 同期などの機構を可搬性の高い形で提供している。 しかしこれらの機構は低レベルであるため、エンドユーザにとっては 必ずしも使いやすいものではない。 より高レベルで使いやすい並列言語機構を提供するためには、 構文等を拡張する機能が必要である。
また、 Java 以外の言語、特に C++ に関して、強力な 言語拡張機能を提供する研究として、 MPC++[5] 、 Open C++[2] 、 EC++ などがある。 これらのシステムは、言語拡張をモジュールの形で提供できるので、 エンドユーザは自分が使いたい拡張機能を複数選んで使うことができる。 しかし、いずれも文法拡張の範囲は制限されている。
EPP の中心部では、構文解析木の構造と、プリプロセッサが持つ３つのパス （構文解析パス、マクロ展開パス、出力パス）の枠組を定義している。 EPP plugin は、この部分に変更を加えることで、 構文解析木のフォーマットを拡張したり、 新たなパスを追加したりすることができる。 特に、出力パスの直前に新たなパスを追加することで、ソースコードに対して 大域的な変換を施す plugin が実装できる。
EPP の Java パーザは、 Yacc などのツールは使わず、 基本的に再帰下降[1]のスタイルで書かれている。 文法は、 Java 言語仕様書[3]を元にしている。 パーザ部には、 差分的拡張を想定した "hook" がメソッドの形で多く埋め込んである。 例えば、 exp-left という名前のメソッドは、非終端記号 Expression に、 左結合演算子の文法ルールを追加するための hook である。 同様に右結合、前置、後置演算子のための hook がほとんど全ての 非終端記号ごとに定義されている。 （付録のプログラムは、 EPP と同じスタイルで記述したパーザの一部である。）
EPP plugin は、パーザ部が持つメソッドを 継承によって拡張することで、文法を拡張し、 新しい構文や演算子を導入することができる。 そして、追加した抽象構文木に対するマクロ展開関数を追加することで、 新たな言語機能を実現できる。
| (Application Programs) |
|---|
| EPP Plugins |
| Java Grammar Rules (1957lines) |
| EPP Micro Core (597 lines) |
| Object-Oriented Language Ld-2 (764 lines) |
| Common Lisp |
system mixin は、オリジナルのソースコードに対する差分だけを 抜き出した patch file のようなものである。 複数の system mixin が、アプリケーションの起動時に１列につなぎ合わされ、 １つの完全なシステムになってから、実行される。 通常のオブジェクト指向言語の継承と違うのは、 継承の単位がクラスではなく、クラス階層全体、つまりシステム全体である、 という点である。 また、 C++ などの継承では subclass を定義する時に super class を 静的に指定するが、 system mixin の定義時にはオリジナルのソースコードは 指定しない。この点は CLOS での mixin を使った記述スタイルと似ている。
EPP plugin は、この system mixin を定義するファイルである。 EPP は起動されると、指定された system mixin を標準の Java プリプロセッサに 加えることで、「拡張された」 Java プリプロセッサを構築する。 そしてそれを起動し、プリプロセスを開始する。
まず、 Python 風比較演算子の plugin を使ったプログラム例である。 この plugin は、 0 <= a < 100 といった記述を可能にする。 先頭の #epp ではじまる行で、取り込む plugin を指定している。 この plugin は、オリジナルの Java の比較演算子の文法ルールを取り除き、 独自の文法ルールとマクロ展開関数を追加することで実現されている。
#epp load "pcompare"
public class test {
public static void main(String[] argv){
int a = 10;
if (0 <= a < 100) System.out.println("Correct!");
}
}
このプログラムは、次のようなプログラムに変換される。
（一時変数 T0 は、 a の値が複数回評価されないために必要。）
public class test {
public static void main(String argv[]){
int a = 10; int T0;
if((((0) <= (T0 = (a))) && ((T0) < (100))))
System.out.println("Correct!");
}
}
なお、この例では見やすくするため改行を入れているが、
EPP のデフォルトの動作では、
オリジナルのソースファイルの行をできるだけ変えずに出力する。
これは、プログラムの symbolic debug を容易にするためである。
次は Tiny Data-Parallel Java plugin を使って、 区分求積によって円周率を計算するプログラム例である。 プログラマーから見ると、 parallel という modifier を指定した class の メソッド run が、コンストラクタで指定された個数の細粒度の仮想プロセッサ上で、 同期をとって実行されるように見える。 （なお、メソッド run の中では、 if 文、 while 文、遠隔代入・遠隔参照なども実行できる。）
#epp load "datap01"
public class CalcPi {
public static void main(String argv[]){
int num = Integer.parseInt(argv[0]); // 仮想プロセッサの数
DpCalcPi.PE_n = Integer.parseInt(argv[1]); // 実行する Java スレッドの数
System.out.println("Start execution on "+DpCalcPi.PE_n+" Java threads.");
DpCalcPi.width = 1.0 / num;
DpCalcPi p = new DpCalcPi(num); // 仮想プロセッサの生成
p.run(); // 並列実行
System.out.println(DpCalcPi.result * DpCalcPi.width);
}
}
// parallel という modifier のあるクラスは、特別に処理される。
parallel class DpCalcPi {
static double result; // 単一変数：全ての仮想プロセッサから共有される
static double width; // 単一変数
double x; // 並列変数：仮想プロセッサごとに別の値を持つ
// データ並列メソッド
public void run(){
x = (VPID() + 0.5) * width;
// reduction operator 。値の総和を result に代入。
set_sum(result, 4.0 / (1.0 + x * x));
}
}
変換結果のプログラムの一部は以下のようになる。
実行時に、指定された数の Java スレッドが生成され、
メソッド run が並列に実行される。
プログラマから見た細粒度の仮想プロセッサは
個々のスレッドに割り当てられ、 for 文によって
エミュレートされる。以下の環境で並列実行が確かめられている。
public void run(){
...
for (vpi = (0); (vpi) < (vpn); vpi++) {
(vp_x)[vpi] = (((VPID(vpi)) + (0.5)) * (width));
}
sync();
for (vpi = (0); (vpi) < (vpn); vpi++) {
{
T_sum = (0.0);
for (vpi = (0); (vpi) < (vpn); vpi++)
T_sum += ((4.0) / ((1.0) + (((vp_x)[vpi]) * ((vp_x)[vpi]))));
break;
}
}
sync();
for (vpi = (0); (vpi) < (vpn); vpi++) {
{
if ((PE_i) == (0)) result = (calc_sum()); else ;
break;
}
}
...
}
// 非終端記号 Exp の定義
SystemMixin Exp {
class Parser {
// 式を構文解析して構文解析木を返すメソッド
define Object exp(){
Object tree = expTop();
Object newTree;
// 左再帰ルールが適用可能な間ループをまわる。
while (true){
newTree = expLeft(tree);
if (newTree == null) break;
tree = newTree;
}
return tree;
}
// 前置演算子のための hook 。
define Object expTop(){
return expRight(exp1());
}
// 右結合演算子のための hook 。
define Object expRight (Object tree) { return tree; }
// 左結合演算子、後置演算子のための hook 。
// このメソッドは、もし演算子があれば構文解析木を、なければ null を返す。
define Object expLeft (Object tree) { return null; }
// 次の優先度の非終端記号の構文解析を呼び出すメソッド。
define Object exp1 () { return term(); }
}
}
// 左結合２項演算子の定義例
SystemMixin Plus {
class Parser {
// メソッド expLeft の拡張。
Object expLeft (Object tree) {
if (lookahead() == :"+") {
return Util.list(match(:"+"), tree, exp1());
} else {
// 「オリジナル」のメソッドを呼び出す。
return original(tree);
}
}
}
}
// 右結合２項演算子の定義例
SystemMixin Assign {
class Parser {
Object expRight (Object tree) {
if (lookahead() == :"=") {
return Util.list(match(:"="), tree, exp());
} else {
return original(tree);
}
}
}
}
// 前置演算子の定義例
SystemMixin PrePlusPlus {
class Parser {
Object factorTop () {
if (lookahead() == :"++") {
match(:"++");
return Util.list(:"pre++", factor());
} else {
return original();
}
}
}
}