解説？FSharp.Quotations.Compiler
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ねのさん なごやか での発表資料です。
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- 2. 自己紹介 id:bleis-tift / @bleis 株式会社オンザロード アーキテクト F# / Git / 関数プログラミング / SQL ◦ wantedly調べ
- 4. F#式木実行器事情
- 5. F#の式木実行器の必要性 C#では式木を実行するためのメソッドが用意されて いる public static void Main() { SomeMethod(x => x * 2); } static void SomeMethod(Expression<Func<int, int>> expr) { var f = expr.Compile(); // !!! Console.WriteLine(f(21)); // !!! } F#には標準では用意されていない・・・
- 6. 外部ライブラリの式木実行器たち (FSharp.Quotations.Compiler以 外) F# Power Pack - Quotations Compiler FSharp.Quotations.Evaluator QuotationCompiler Unquote 他にもあるかも？
- 7. F# PowerPack F#チームが提供していた追加ライブラリ(とツール) 群 この中に「Quotations Compiler」というライブラ リがあった let expr = <@ fun x -> x * 2 @> let f = expr.Compile()() // Compile()でunit -> ‘aが得られる printfn “%d” (f 21) F#の式木を.NETの式木に変換するスタイルF#の式木 .NETの式 木 .NETの機 能で実行
- 8. F# PowerPackの問題点 非推奨 .NETの式木への変換が非末尾再帰 ◦ 変換対象が大きいとスタックオーバーフローする バグが多い ◦ int “42” を実行しようとしただけで落ちる ◦ 他にもいろいろ 変換も実行も遅い ◦ 変換が愚直すぎて変換後の.NETの式木がアレ
- 9. FSharp.Quotations.Evaluator F# PowerPack Quotations Compilerの後継 F# PowerPack Quotations Compilerとだいたい同 じ ◦ パフォーマンスはある程度改善されている CompileじゃなくてEvaluateで直接実行 let expr = <@ fun x -> x * 2 @> let f = expr.Evaluate() printfn “%d” (f 42)
- 10. FSharp.Quotations.Evaluatorの問 題点 .NETの式木への変換が非末尾再帰 ◦ 変換対象が大きいとスタックオーバーフローする バグが多い ◦ int “42” を実行しようとしただけで落ちた(修正済み by bleis) ◦ 他にもいろいろ
- 11. QuotationCompiler F#の式木をFSharp.Compiler.Serviceの提供する ASTに変換して実行するスタイル let expr = <@ fun x -> x * 2 @> let f = QuotationCompiler.ToFunc expr printfn “%d” (f 21) 変換後のコード実行速度は爆速 F#の式木 FCSのAST FCSで コンパイル 実行
- 13. Unquote F#の式木を直接実行していくスタイル let expr = <@ fun x -> x * 2 @> let f = Unquote.eval expr printfn “%d” (f 21) 本来の用途はPowerAssert的なもので、実行器はオマ ケ？ F#の式木 式木を走査 しながら実行
- 16. ないなら作ろう実行器 目指すところ ◦ スタックオーバーフローを起こさない ◦ 変換が十分に速い ◦ 実行が十分に速い ◦ 十分テストされている 命名: FSharp.Quotations.Compiler(略称FQC) F#の式木 IL ロードし て実行
- 19. F#の式木に関する理解 式木ってそもそも何？ どんなコードがどんな式木になるのかわかってれば OK わからなければ ◦ Microsoft.FSharp.Quotations.Patternsモジュールを眺める ◦ 書いてあるアクティブパターンにマッチするコードクォートを書いて みる ◦ 全部できればOKでしょう スプライスも使えれば完璧
- 20. CPS変換に頼らずに 末尾再帰を書き下す能力 F#はCPS変換してもスタックオーバーフローは避けら れない ◦ 再帰関数のスタックオーバーフローを倒す話 その2 参照 ◦ はっきりと原因はわかっていないが、実際起きるから仕方ない それはそれとしてCPS変換を理解する過程は楽しかった のでみなさんも是非どうぞ ◦ 再帰関数のスタックオーバーフローを倒す話 その1 参照 人間やめたくないのでこの道はあきらめた
- 21. 再帰的なものをループで実現する能 力 再帰はあきらめて、再帰的なものをループでやればい い ◦ 何をどこまで変換し、何が残っているのかを管理しなければならない ので、スタックが必要になる ◦ クイックソートをループで書ければOK ◦ 再帰関数のスタックオーバーフローを倒す話 その3 参照 人間やめなくてすんだ
- 22. ILに関する理解 IL ≒ .NET向けバイトコード .NETの式木に変換しても良かったけど、面白みに欠 ける ◦ FSharp.Quotations.Evaluatorとかぶるし・・・ なぜかILに変換する実行器は存在しない メタプログラミング.NET の5章が理解できれば基本 はOK ここまでそろえれば、あとはつくるだけ！
- 24. FQC開発Tips 開発はDevelopment構成で行う ◦ コンパイル&テスト時間とデバッグのしやすさのバランスが取れた構成 ◦ コンパイルした式木に対応する簡易なILファイルが生成される デバッグはDebug構成で行う ◦ デバッグシンボル付きなので生成したILにステップインして実行でき る ◦ 全部のテストを実行すると遅いので、一つのテストのデバッグ実行に 使う リリースにはRelease構成を使う ◦ 余分なファイルを生成しない
- 25. 完成！ ・・・してません FSharp.Quotations.Compilerには未実装機能がた くさん！ ◦ forやwhileが未実装 ◦ let recが未実装 ◦ ループするすべがない・・・！ 使いたかった案件ではループが不要だったの でぇ・・・
- 27. やること 完成させる ◦ せめてループが実行できないとまともな実行器とは言えない ◦ そもそもベンチマーク取れない・・・ テストの追加 ◦ まだまだ全然足りてません・・・ リファクタリング ◦ xxx_Sとか意識しなくて済むようにAIL(abstract IL)を定義したい ◦ 他にもいろいろ
- 28. やりたいこと 高速化 ◦ 正しく動作することを念頭に開発したので、高速化の余地がある ◦ 組み込み型の比較にoperator ==を呼び出していたりする 式木最適化ライブラリの提供 ◦ FSharp.Quotations.Evaluatorなどでは実行器にセットになっている ◦ 実行器は式木の形を変えるようなことをしない方がいいという考え ◦ 外部の独立したライブラリとして提供したい ドキュメントの充実
- 32. tryが式であることの罠 C#ではtryは文だが、F#では式 let f x = x + 10 f (try g () with e -> 0) これを単純にemitしてしまうと、leave命令によって 評価スタックが空にされてしまう！ ◦ fへの参照が評価スタックに残っているのに・・・ tryを無名関数でラップすることで回避 let f x = x + 10 f ((fun () -> try g () with e -> 0)())
- 33. tryの最適化案 try-withの結果型がunitの場合や、try-finallyの場合 は無名関数によるラップは必要ない？ ◦ もしそうであれば、その場合はラップせずに直接emitしてしまえばい い tryが関数の最後のブロックの場合、無名関数による ラップは必要ない ◦ そのまま実行すればいい ◦ 最後のブロックがif-then-elseの場合、thenやelseにtryがあっても成 り立つ ◦ 「最後のブロック」は「末尾位置」と同じ？
- 35. 特殊な関数たち reraise関数 ◦ 普通に呼び出すとアウト (..), (.. ..)演算子 ◦ 式木として得られる汎用のものを呼び出すと、微妙に挙動が変わる NoDynamicInvocation属性がついた関数 ◦ それ自身は実行できる(標準ライブラリに定義されているものに限る) ◦ これを含むinline関数は実行できない
- 37. コードクォートとExprクラスの違い コードクォートでできることはExprクラスでできる <@ if true then 10 else 20 @> Expr.IfThenElse(Expr.Value(true), Expr.Value(10), Expr.Value(20)) その逆は成り立たない Expr.Value(DateTime.Now) <@ DateTime.Now @> // => Expr.PropertyGet(DateTime.Nowの PropertyInfo) 式木が期待されるところにはできる限りコードクォー ト で得たものを使ったほうが無難
- 38. 式木から読み取り専用フィールドに アクセスできない 「Quotations cannot contain inline assembly code or pattern matching on arrays」 配列のパターンマッチでも、アセンブリコードのイン ライン埋め込みでもないんですけど・・・ https://github.com/Microsoft/visualfsharp/blob/fsharp4/src/fsharp/creflect.fs #L447-L449 static fieldとinstance fieldで扱いが違 う・・・！