スレッディッドコード

2025年11月8日

スレッディッドコード

英語表記: Threaded Code

概要

スレッディッドコード（Threaded Code）は、高級言語の命令を実行するための効率的なインタプリタ構造を実現する手法です。これは、プログラムの操作を、実行すべきサブルーチンやルーチン（ワードと呼ばれます）のアドレスが並んだリストとして表現し、そのアドレスを順番にたどって実行していく方式を指します。

この手法の最大の目的は、従来のインタプリタが命令を逐一デコード（解釈）する際に生じるオーバーヘッドを最小限に抑え、インタプリタでありながら高い実行速度を達成することにあります。コンパイルと言語処理系という広い文脈の中では、特に「インタプリタ構造」を改善し、効率を高めるための重要な技術として位置づけられます。

詳細解説

インタプリタ構造における役割と背景

スレッディッドコードの理解は、なぜ「コンパイルと言語処理系」の分類において「インタプリタ構造」の項目に含まれるのかを理解することから始まります。

通常のインタプリタは、ソースコードや中間コード（バイトコードなど）を読み込み、その命令が何を意味するのかを毎回解析し、対応する処理を実行します。この「解析（ディスパッチ）」と「次の命令へジャンプ」という処理は、実行される命令一つひとつに対して発生するため、処理の繰り返しが多くなり、どうしても実行速度が遅くなりがちでした。これが、インタプリタの抱える構造的な課題です。

スレッディッドコードは、この構造的な課題を解決するために考案されました。

動作原理と主要コンポーネント

スレッディッドコードの動作は、以下のステップで構成されます。

1. ワードの定義とコンパイル（プリコンパイル）

まず、プログラミング言語の基本的な操作（例：加算、変数への代入、条件分岐など）は、それぞれ独立した実行ルーチン、またはサブルーチンとして実装されます。これらは「ワード」と呼ばれます。

ソースコードが処理される際、コンパイラ（またはアセンブラ的な役割を果たす部分）は、ソースコードの命令を、対応する「ワード」が格納されているメモリ上のアドレス（ポインタ）に置き換えます。

2. スレッドの生成

プログラム全体は、この「ワードのアドレス」が順番に並んだリストとしてメモリ上に格納されます。このアドレスの並びこそが「スレッド」（糸）と呼ばれます。

3. 実行（インナーループ）

プログラムが実行されると、特殊な実行エンジン（しばしば非常にシンプルな専用のインナーループ）が起動します。このエンジンは、ポインタ（インストラクションポインタに相当）が指すアドレスを読み取り、そのアドレスが示すルーチン（ワード）を即座に呼び出します。ルーチンの実行が完了すると、ポインタは自動的にリストの次のアドレスに進みます。

インタプリタ構造の効率化

この仕組みの優れている点は、命令のデコード処理が実行時にはほぼ不要になることです。

従来のインタプリタが「このコードは加算命令だ。では加算ルーチンに飛べ」と毎回判断していたのに対し、スレッディッドコードでは「このアドレスは加算ルーチンへのポインタだ。すぐ飛べ」と、判断ではなく直接的なジャンプが行われます。これにより、命令を解釈するためのオーバーヘッドが大幅に削減され、インタプリタでありながら、機械語に近い速度での実行が可能になるのです。

スレッディッドコードには、アドレスを直接実行ルーチンに結びつける「ダイレクトスレッディング」や、中間的なアドレスを介して実行する「インダイレクトスレッディング」などのバリエーションが存在しますが、基本的な思想は「アドレスのリストをたどる」ことに変わりありません。

具体例・活用シーン

スレッディッドコードは、特にFORTH言語のようなスタック指向の言語処理系で有名ですが、組み込みシステムや高速な制御が必要な環境で利用されてきました。

実例：FORTH言語

FORTH言語は、非常にコンパクトで効率的なコードを生成するために、スレッディッドコードを積極的に採用しました。このため、古くはパーソナルコンピュータのOSや、宇宙探査機の制御システムなど、メモリや処理能力が限られた環境で力を発揮しました。これは、インタプリタの柔軟性を持ちながら、コンパイラに近い速度を追求した結果と言えます。

アナロジー：旅行の計画書（メタファー）

スレッディッドコードの動作を、旅行の計画に例えてみましょう。

通常のインタプリタによる旅行を想像してください。あなたはガイド（インタプリタ）に「東京で遊ぶ」と伝えました。ガイドはまず地図を広げ、「東京」という文字を読み、それが何を意味するかを考えます（デコード）。次に、「電車に乗って渋谷に行きなさい」と指示を出し（実行）、渋谷に着いたらまた地図を広げて次の場所を考えます。この「地図を見て、場所を判断し、指示を出す」プロセスがオーバーヘッドです。

一方、スレッディッドコードによる旅行計画は、事前に完全に最適化された「実行アドレスリスト」そのものです。

旅行会社（コンパイラ）は、「渋谷駅のGPS座標」「表参道駅のGPS座標」「東京タワーのGPS座標」という具体的な実行ルーチン（ワード）のアドレスを、訪問順にリスト化した「デジタル実行計画書（スレッド）」を作成します。

あなたは実行エンジン（インナーループ）となり、この計画書を受け取ります。あなたは、計画書に書かれたGPS座標を読み取るたびに、何も考えずにその座標に直接移動するだけです。次の命令を判断する時間はゼロです。ただアドレスをたどり、その場所で必要な行動（ルーチンの実行）を終えたら、すぐに次のアドレスに進みます。

このように、事前に処理を「アドレスの羅列」に変換しておくことで、実行時の判断コストを極限まで削減し、非常にスムーズで高速な処理を実現しているのです。これは、インタプリタ構造の実行効率を飛躍的に高める、非常に賢い工夫だと言えるでしょう。

資格試験向けチェックポイント

スレッディッドコードは、応用情報技術者試験や、基本情報技術者試験の応用的な知識として出題される可能性があります。特に「インタプリタの仕組み」に関する問題の一部として問われることが多いです。

典型的な問われ方と対策

「インタプリタの実行効率を改善するために、命令をサブルーチンへのポインタのリストとして表現する方式を何と呼ぶか？」
- 解答のヒント: スレッディッドコード（Threaded Code）です。これは、コードを「糸でつなぐ」ように実行していくイメージから名付けられています。
「スレッディッドコードを採用する最大の利点は何か？」
- 解答のヒント: 実行時に命令をデコード（解釈）する処理をスキップできるため、インタプリタのオーバーヘッドが減少し、実行速度が向上することです。

この技術は、コンパイラのように完全に機械語に変換するわけではないため、プログラムのコンパクトさや移植性を保ちつつ、速度を追求できる「インタプリタ構造の中間的な最適化」として覚えておくと、試験対策に役立ちます。