opensource COBOL 4J: Java変換解説

はじめに

opensource COBOL 4Jは、COBOLプログラムをJavaプログラムに変換して実行するコンパイラである。本文書ではopensource COBOL 4JのCOBOLからJavaへの変換方法について、重要な箇所を解説する。

変数・集団項目

COBOLで定義された変数は、AbstractCobolFieldクラスのインスタンスへ変換される。 PICTURE句に応じて、各変数はAbstractCobolFieldクラスの派生クラスへと変換される。 例えば、PIC 9(5)の変数はCobolNumericFieldクラスのインスタンスへ変換され、PIC X(3)の変数はCobolAlphanumericFieldに変換される。

また、AbstractCobolFieldは実際のデータをバイト配列として保持するCobolDataStorageクラスと、その他の情報を格納するCobolFieldAttributeクラスを持つ。

classDiagram
    class AbstractCobolField {
        - CobolDataStorage data
        - CobolFieldAttribute attr
    }

Loading

CobolDataStorageクラス

classDiagram
    class CobolDataStorage {
        - byte[] data
        - int index
    }

Loading

CobolDataStorageクラスはバイト配列dataと、そのバイト配列内でのデータの格納されている先頭位置を保持するindexを持つ。

       WORKING-STORAGE  SECTION.
       01 REC.
         05 FIELD-A PIC X(10).
         05 FIELD-B PIC (5).
         05 FIELD-B PIC X(10).

上記の変数定義に対して、概ね下記のようなコードを生成することで、集団項目の機能を実現している。ただし、下記は説明のためのコードであり、実際に生成されるコードとは異なることに注意すること。

byte[] bytes = new byte[25];
// 集団項目RECに対応するCobolDataStorageクラスのインスタンス。
// バイト配列dataを保持し、データの開始位置は0
CobolDataStorage rec_storage = new CobolDataStorage(/* data= */ bytes, /* index= */ 0);
// 集団項目FIELD_Aに対応するCobolDataStorageクラスのインスタンス。
// バイト配列dataを保持し、データの開始位置は0
CobolDataStorage field_a_storage = rec_storage.getSubDataStorage(/* data= */ bytes, /* index= */ 0);
// 集団項目FIELD_Bに対応するCobolDataStorageクラスのインスタンス。
// バイト配列dataを保持し、データの開始位置は10
CobolDataStorage field_b_storage = rec_storage.getSubDataStorage(/* data= */ bytes, /* index= */ 10);
// 集団項目FIELD_Cに対応するCobolDataStorageクラスのインスタンス。
// バイト配列dataを保持し、データの開始位置は15
CobolDataStorage field_b_storage = rec_storage.getSubDataStorage(/* data= */ bytes, /* index= */ 15);

CobolFieldAttributeクラス

CobolFieldAttributeクラスは変数に関する様々な情報を保持するクラスである。 CobolFieldAttributeクラスのメンバ変数に格納される情報は以下の通りである。

type

typeは文字列型、数値型、集団項目等の情報を表すメンバ変数である。 typeの保持する値に応じて、決まったAbstractCobolFieldクラスの派生クラスが使用される。

定数名	値	AbstractCobolFieldの派生クラス	説明
COB_TYPE_UNKNOWN	0x00	なし	未使用
COB_TYPE_GROUP	0x01	CobolGroupField	集団項目
COB_TYPE_BOOLEAN	0x02	なし	未使用
COB_TYPE_NUMERIC_DISPLAY	0x10	CobolNumericField	数値型(`PIC 9`, `PIC 99V9`等)
COB_TYPE_NUMERIC_BINARY	0x11	CobolNumericBinaryField	バイナリの数値型(`PIC 9 COMP`, `PIC 9 COMP-5`等)
COB_TYPE_NUMERIC_PACKED	0x12	CobolNumericPackedField	パック10進数(`PIC 9 COMP-3`)
COB_TYPE_NUMERIC_FLOAT	0x13	なし	COMP-1が指定されていることを示す。COMP-1は未実装。
COB_TYPE_NUMERIC_DOUBLE	0x14	なし	COMP-2が指定されていることを示す。COMP-2は未実装。
COB_TYPE_ALPHANUMERIC	0x21	CobolAlphanumericField	文字列型(`PIC X`, `PIC X(10)`等)
COB_TYPE_ALPHANUMERIC_ALL	0x22	CobolAlphanumericAllField	文字列定数(SPACE等)に割り当てられる。
COB_TYPE_ALPHANUMERIC_EDITED	0x23	CobolAlphanumericEditedField	文字列編集項目
COB_TYPE_NUMERIC_EDITED	0x24	CobolNumericEditedField	数値編集項目
COB_TYPE_NATIONAL	0x40	CobolNationalField	日本語型(`PIC N`, `PIC N(10)`等)
COB_TYPE_NATIONAL_EDITED	0x41	CobolNationalEditedField	日本語編集項目
COB_TYPE_NATIONAL_ALL	0x42	CobolNationalAllField	日本語項目に代入する文字列定数(SPACE等)に割り当てられる。

digits

digitsはPIC 9(5)等の数値型の変数のときに使われる、変数の桁数を表すメンバ変数である。例えば、PIC 9(5)の場合digitsには5が格納され、PIC 9(3)V9(4)の場合は7が格納される。

scale

scaleは小数点の位置を表すためのメンバ変数である。例えばPIC 9(5)の場合は0が格納され、PIC 9(3)V9(4)の場合は4が格納され、PIC 9(3)PPの場合は-2が格納される。

flag

flagはその他の情報を格納するためのメンバ変数である。下記の表に示す値をもとに、ビットごとの論理和を計算してflagに値を格納する。

例えば、PIC S9(5) SIGN LEADING SEPARATEの場合を考える。この場合は、下記の表のCOB_FLAG_SIGN, COB_FLAG_SIGN_SEPARATE, COB_FLAG_SIGN_LEADINGの3つの条件に合致するため、flagには0x01 | 0x02 | 0x04 (=0x07)が格納される。

定数名	値	説明
COB_FLAG_HAVE_SIGN	0x01	`PIC S9`等の符号付きの数値型であることを示す。
COB_FLAG_SIGN_SEPARATE	0x02	`PIC S9 SIGN TRAILING SEPARATE`または`PIC S9 SIGN LEADING SEPARATE`のように符号の分離が指定されていることを示す。
COB_FLAG_SIGN_LEADING	0x04	`PIC S9(2) SIGN LEADING`のように符号が先頭側に格納されることを示す。
COB_FLAG_BLANK_ZERO	0x08	`PIC 9 BLANK WHEN ZERO`のようにBLANK WHEN ZERO指定されたことを示す。
COB_FLAG_JUSTIFIED	0x10	`PIC X(3) JUSTIFIED RIGHT`のようにJUSTIFIED RIGHTが指定されたことを示す。
COB_FLAG_BINARY_SWAP	0x20	COMP,COMP-4,BINARYのいずれかが指定されていることを示す。
COB_FLAG_REAL_BINARY	0x40	SIGNED-SHORT,SIGNED-INT,SIGNED-LONG,UNSIGNED-SHORT,UNSIGNED-INT,UNSIGNED-LONGのいずれかが指定されていることを示す。
COB_FLAG_IS_POINTER	0x80	POINTERが指定されていることを示す。POINTERは未実装。

pic

picはPICTURE句に書かれた文字列を保持するメンバ変数であるが、コンパイラが実行時に不要と判定した場合はnullが格納される。

編集項目の場合は特別なフォーマットのデータが格納される。例えば、PICTURE句がPIC ++9(3),9(2)の数値編集項目を考える。このPICTURE句は+が2文字、9が3文字、,が1文字、9が2文字の合計8文字の文字列であるため、picには "+<<<2を示す4バイト整数>>>9<<<3を示す4バイト整数>>>,<<<1を示す4バイト整数>>>9<<<2を示す4バイト整数>>>" が格納される。

PROCEDURE DIVISION

PROCEDURE DIVISIONの各命令は、その命令に対応するlibcobj.jarに定義されたメソッドの呼び出しに変換される。以下に代表的な命令の変換例を示す。

DISPLAY文

COBOLのDISPLAY文は、CobolTerminalクラスのdisplayメソッドの呼び出すコードに変換される。

DISPLAY "HELLO".

/* a.cbl:6: DISPLAY */
{
  CobolTerminal.display (0, 1, 1, c_1);
}

このように各文はブロック{}で囲まれ、その上にコメントで元のCOBOLソースコードのファイル名・行番号と、変換されたメソッドの呼び出しを示すコメントが付けられる。

制御文

IF文やPERFORM VARYING文は、それぞれJavaのif文やfor文に変換される。

以下はIF文の変換例。

         IF 1 = 1 THEN
                DISPLAY "HELLO"
         ELSE
                DISPLAY "WORLD"
         END-IF.

        /* a.cbl:6: IF */
        {
          if (((long)c_1.cmpInt (1) == 0L))
            {
              /* a.cbl:7: DISPLAY */
              {
                CobolTerminal.display (0, 1, 1, c_2);
              }
            }
          else
            {
              /* a.cbl:9: DISPLAY */
              {
                CobolTerminal.display (0, 1, 1, c_3);
              }
            }
        }

以下はPERFORM VARYING文の変換例。

       PERFORM VARYING C FROM 1 BY 1 UNTIL C > 5
           DISPLAY C
       END-PERFORM.

for (;;)
  {
    if (((long)b_C.cmpNumdisp (1, 5) >  0L))
      break;
    {
      /* a.cbl:8: DISPLAY */
      {
        CobolTerminal.display (0, 1, 1, f_C);
      }
    }
    f_C.addInt (1);
  }

CALL文

CALL文も、libcobj.jarに定義されたメソッドの呼び出しに変換される。

       CALL "sub".

/* a.cbl:6: CALL */
{
  CobolModule.getCurrentModule ().setParameters ();
  call_sub = CobolResolve.resolve("sub", call_sub);
  b_RETURN_CODE.set (call_sub.run ());
}

opensource COBOL 4Jにおいて、CALL文で指定されたモジュール名は原則として実行時に解決される。

プログラム全体の制御構造

COBOLでは、PROCEDURE DIVISION内はSECTIONやPARAGRAPHによって、分割される。分割された部分を指定して、PERFORM文で処理を呼び出したり、GO TO文で特定の箇所へジャンプしたりできる。これらの機能をJavaへ変換した際に、どのように実現されるかを解説する。以下のプログラムを例に、詳細を説明する。

       IDENTIFICATION   DIVISION.
       PROGRAM-ID.      prog.
       DATA             DIVISION.
       WORKING-STORAGE  SECTION.
       PROCEDURE        DIVISION.
       MAIN SECTION.
           PERFORM A-01.
           PERFORM A-02.
           PERFORM SUB.
           GO TO LAST-PROC.
       SUB SECTION.
       A-01.
           DISPLAY "A-01 START".
           DISPLAY "A-01 END".
       A-02.
           DISPLAY "SECT-02".
       LAST-PROC SECTION.
       LAST-MESSAGE.
           DISPLAY "END".

opensouce COBOL 4Jでは、SECTION内やPARAGRAPHで分割された処理を切り出し、それらをCobolControlクラスから派生した無名クラスに変換する。変換後の無名クラスは、PROCEDURE DIVISION内で記述された順番通りに、CobolControlクラスの配列に格納される。

public CobolControl[] contList = {
    //...
    //...
    new CobolControl(l_MAIN_SECTION__DEFAULT_PARAGRAPH, CobolControl.LabelType.label) {
        // MAIN SECTIONの処理
        //...
    },
    new CobolControl(l_SUB, CobolControl.LabelType.section) {
        // SUB SECTIONの処理
        //...
    },
    new CobolControl(l_SUB__A_01, CobolControl.LabelType.label) {
        // A-01の処理
        //...
    },
    new CobolControl(l_SUB__A_01, CobolControl.LabelType.label) {
        // A-02の処理
        //...
    },
    new CobolControl(l_LAST_PROC, CobolControl.LabelType.section) {
        // LAST-PROC SECTIONの処理
        //...
    },
    new CobolControl(l_LAST_PROC__LAST_MESSAGE, CobolControl.LabelType.paragraph) {
        // LAST-MESSAGEの処理
        //...
    }
}

例えば、COBOLソースコード中のA-01の処理は以下のように変換される。

new CobolControl(l_SUB__A_01, CobolControl.LabelType.label) {
  public Optional<CobolControl> run() throws CobolRuntimeException, CobolGoBackException, CobolStopRunException {
    /* prog.cbl:13: DISPLAY */
    {
      CobolTerminal.display (0, 1, 1, c_1);
    }
    /* prog.cbl:14: DISPLAY */
    {
      CobolTerminal.display (0, 1, 1, c_2);
    }

    return Optional.of(contList[l_SUB__A_02]);
  }
}

A-02の処理は以下のように変換される。

new CobolControl(l_SUB__A_02, CobolControl.LabelType.label) {
  public Optional<CobolControl> run() throws CobolRuntimeException, CobolGoBackException, CobolStopRunException {
    /* prog.cbl:16: DISPLAY */
    {
      CobolTerminal.display (0, 1, 1, c_3);
    }

    return Optional.of(contList[l_LAST_PROC]);
  }
}

CobolControlクラスは、opensource COBOL 4Jが提供するランタイムであるlibcobj.jarに含まれるクラスである。 runメソッドに、実際の処理が記述され、その他必要な情報はメンバ変数に格納される。

CobolControlの配列contListを使って、PROCEDURE DIVISION内の処理を実行する。

opensource COBOL 4Jでは、PERFORM文やGO TO文はCobolControlクラスの機能を利用して呼び出しやジャンプを実現するメソッドを用意している。 PERFORM文やGO TO文はこれらのメソッドを呼び出すコードへと変換される。

CobolControl.perform(contList, l_SUB__A_01).run();

CobolControl.perform(contList, l_SUB__A_02).run();

CobolControl.perform(contList, l_SUB).run();

{
  if(true) return Optional.of(contList[l_LAST_PROC          ]);

}

※ Javaコンパイラは明らかに到達不可能なコードをエラーとして扱う。上記のコードのif(true)はこのコンパイルエラーを回避するために生成されている。

libcobj/の解説

libcobj.jarはopensource COBOL 4Jのランタイムであり、 opensourcecobol4j/libcobj/src/jp/osscons/opensourcecobol/libcobjに格納されているJavaソースコードよりビルドされる。これらのソースコードの概要を以下に示す。

callディレクトリ

opensourcecobol4j/libcobj/src/jp/osscons/opensourcecobol/libcobj/callに格納されているソースコードについて説明する。このディレクトリには、CALL文に関連するクラスが定義される。

ファイル名	説明
CobolCallDataContent.java	CALL文呼び出しの際に使用されるクラス。
CobolResolve.java	動的にJavaのクラスをロードする処理が定義されるクラス。
CobolRunnable.java	CALL文で呼び出すJavaクラスが実装すべきインターフェース。
CobolSystemRoutine.java	一部の組み込み関数を実装するクラス。

commonディレクトリ

opensourcecobol4j/libcobj/src/jp/osscons/opensourcecobol/libcobj/commonに格納されているソースコードについて説明する。このディレクトリには、その他のクラスが定義される。

ファイル名	説明
CobolCallParams.java	未使用のクラス。
CobolCheck.java	実行時チェックに関する処理を実装するクラス。
CobolConstant.java	様々な定数を定義するクラス。
CobolControl.java	セクションやラベル等の制御構造を実装するクラス。
CobolExternal.java	EXTERNAL句実装のためのクラス。(実装は未完成)
CobolFrame.java	未使用のクラス。
CobolInspect.java	INSPECT文向けの機能を実装するクラス。
CobolIntrinsic.java	組み込み関数を定義するクラス。
CobolModule.java	実行時に様々な情報を保持するクラス。
CobolString.java	STRING文やUNSTRING文に関する処理を定義するクラス。
CobolUtil.java	雑多な処理を定義するクラス。
GetAbstractCobolField.java	AbstractCobolFieldを返すメソッドrunを実装したインターフェース。
GetInt.java	AbstractCobolFieldを返すメソッドrunを実装したインターフェース。

dataディレクトリ

opensourcecobol4j/libcobj/src/jp/osscons/opensourcecobol/libcobj/dataに格納されているソースコードについて説明する。このディレクトリには、COBOLプログラムで使用される変数に関するクラスが定義される。

ファイル名	説明
AbstractCobolField.java	各COBOL変数のためのクラスの親クラス。
CobolAlphanumericAllField.java	文字列項目の定数のためのクラス。
CobolAlphanumericEditedField.java	文字列編集項目のためのクラス。
CobolAlphanumericField.java	文字列項目のためのクラス。
CobolDataStorage.java	変数のデータをbyte型データの配列として保持するクラス。
CobolDecimal.java	数値計算をするために使用するクラス。
CobolFieldAttribute.java	COBOL変数の各種情報を保持するクラス。
CobolFieldFactory.java	動的にCOBOL変数のインスタンスを生成するためのクラス。
CobolGroupField.java	集団項目のためのクラス。
CobolNationalAllField.java	日本語文字列の定数のためのクラス。
CobolNationalEditedField.java	日本語編集項目のためのクラス。
CobolNationalField.java	日本語項目のためのクラス。
CobolNumericBinaryField.java	COMP-5等のためのクラス。
CobolNumericDoubleField.java	Javaのdouble型変数のためのクラス。
CobolNumericEditedField.java	数値編集項目のためのクラス。
CobolNumericField.java	数値型のためのクラス。
CobolNumericPackedField.java	COMP-3のためのクラス。

exceptionsディレクトリ

opensourcecobol4j/libcobj/src/jp/osscons/opensourcecobol/libcobj/exceptionsに格納されているソースコードについて説明する。このディレクトリには、COBOLプログラムの実行時に発生する例外を表すクラスが定義される。

ファイル名	説明
CobolExceptionId.java	例外IDを定義するクラス。
CobolException.java	例外を示すクラスの親クラス。
CobolExceptionTabCode.java	例外コードを管理するクラス。
CobolGoBackException.java	GO BACK実行時に使用する例外のためのクラス。
CobolRuntimeException.java	実行時エラーに関するクラス。
CobolStopRunException.java	STOP RUN実行時に使用する例外のためのクラス。
CobolUndefinedException.java	未使用のクラス。
RuntimeErrorHandler.java	例外発生時のハンドラのためのインターフェース。
RuntimeExitHandler.java	プログラム終了時のハンドラのためのインターフェース。

fileディレクトリ

opensourcecobol4j/libcobj/src/jp/osscons/opensourcecobol/libcobj/fileに格納されているソースコードについて説明する。このディレクトリには、COBOLプログラムが扱うファイルに関連するクラスが定義される。

ファイル名	説明
CobolFileFactory.java	ファイルに関するインスタンスを生成するクラス。
CobolFile.java	ファイルに関する共通処理を実装するクラス。
CobolFileKey.java	ファイルのキーに関する処理を実装するクラス。
CobolFileSort.java	ソート処理を実装するクラス。
CobolIndexedFile.java	INDEXEDファイルを実装するクラス。
CobolItem.java	レコード等の情報を保持するクラス。
CobolLineSequentialFile.java	LINCE SEQUENTCIALファイルを実装するクラス。
CobolRelativeFile.java	RELATIVEファイルを実装するクラス。
CobolSequentialFile.java	SEQUENCIALやLINCE SEQUENTCIALファイルを実装するクラス。
CobolSort.java	SORTに関する情報を保持するクラス。
FileIO.java	索引ファイル以外のファイルで入出力に使用するクラス。
FileStruct.java	ファイルに関する情報を保持するクラス。
IndexedCursor.java	索引ファイルの処理で使用するクラス。
IndexedFile.java	索引ファイルに関する情報を保持するクラス。
KeyComponent.java	ファイルのキーに関連するクラス。
Linage.java	LINAGEに関するクラス。
MemoryStruct.java	ソート処理で使用するクラス。

termioディレクトリ

opensourcecobol4j/libcobj/src/jp/osscons/opensourcecobol/libcobj/termioに格納されているソースコードについて説明する。このディレクトリには、DISPLAY文やACCEPT文に関連するクラスが定義される。

ファイル名	説明
CobolTerminal.java	DISPLAY文やACCEPT文に関する処理を定義するクラス。

トップレベルディレクトリ

opensourcecobol4j/libcobj/src/jp/osscons/opensourcecobol/libcobj/の直下に格納されているソースコードについて説明する。

ファイル名	説明
Const.java	libcobj内部で使用する定数を定義するクラス。

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