Boost.Coroutine

自己紹介
・めるぽん
・SICP(計算機プログラムの構造と解釈)未読
・CTMCP(コンピュータプログラミングの概念・技法・モデル)未読
・D&E未読
・英語本未読

アジェンダ
・Boost.Coroutine とは
・Boost.Coroutine の入手方法
・Boost.Coroutine の使い方
・Boost.Coroutine の実装
・Boost.Coroutine の未来
・Boost.Coroutine のまとめ

Boost.Coroutine とは
・関数の実行を途中で凍結・再実行させる機構
int f(coroutine<int ()>::self& self) {
int n = 0;
while (true) ++n, self.yield(n * n);
self.exit();
}
int main() {
coroutine<int ()> coro(f);
std::cout << coro() << std::endl; // 1 * 1 = 1
}

Boost.Coroutine とは
・別名: micro-thread, fiber, continuation
・スレッドによく似ている
・コンテキストの切り替えはシステムではなくユーザが手動で行う
・同期が取りやすい

・使い方はいろいろ
・視点を変えると別の意味になったりする

・Boost ライブラリに正式に採用されていない

Boost.Coroutine の入手方法
・Boost.Vault から持ってくる

Boost.Coroutine の使い方
using namespace boost::coroutines;
typedef coroutine<int ()> coro_type;
int f(coro_type::self& self) {
int n = 0;
self.exit();
}
int main() {
coro_type
std::cout
std::cout
std::cout
}

coro(f);
<< coro() << std::endl; // 1 * 1 = 1
<< coro() << std::endl; // 2 * 2 = 4
<< coro() << std::endl; // 3 * 3 = 9

using namespace boost::coroutines;
typedef generator<int> gen_type;
int f(gen_type::self& self) {
int n = 0;
self.exit();
}
int main() {
gen_type gen(f);
while (gen != generator_type()) {
*gen; // 1, 4, 9, 16, ...
++gen;
}
}

void bullet(point pt)
for (int i = 0; i
for (int i = 0; i
for (int i = 0; i
}

{
< 10; i++) ++pt.x;
< 20; i++) ++pt.y;
< 30; i++) --pt.x;

・こんな弾の動きを作りたい。けど、
void bullet(int& state, point& pt) {
if (0 <= state && state < 10) ++pt.x;
if (10 <= state && state < 30) ++pt.y;
if (30 <= state && state < 60) --pt.x;
++state;
}

・こんな非直感的なコードを書かないといけない

point bullet(coro_type::self& self, point pt) {
for (int i = 0; i < 10; i++) ++pt.x, self.yield(pt);
for (int i = 0; i < 20; i++) ++pt.y, self.yield(pt);
for (int i = 0; i < 30; i++) --pt.x, self.yield(pt);
self.exit();
}
class bullet_task {
coro_type coro_;
public:
bullet_task()
: coro_(boost::bind(bullet, _1, point(10, 20)){}
bool move() {
point pt = coro_(std::nothrow);
return coro_;
}
};

BOOL EnumWindows(
WNDENUMPROC lpEnumFunc, // コールバック関数
LPARAM lParam // アプリケーション定義の値
);

・コールバックでウインドウを列挙する関数
BOOL CALLBACK callback(HWND hwnd, LPARAM param) {
// hwnd を使ってごにょごにょする
}
int main() {
::EnumWindows(callback, param);
}

・すごく使いにくい
・イテレータみたいな使い方がしたい

typedef generator<HWND> gen_type;
BOOL CALLBACK callback(HWND hwnd, LPARAM param) {
gen_type::self& self =
*reinterpret_cast<gen_type::self*>(param);
self.yield(hwnd);
return TRUE;
}
HWND enum_windows(gen_type::self& self) {
::EnumWindows(&callback, reinterpret_cast<LPARAM>(&self));
self.exit();
}
int main() {
gen_type it(enum_windows);
while (it != gen_type()) {
std::cout << (void*)*it << std::endl;
++it;
}
}

Boost.Coroutine の実装
・Windows の場合
・Fiber を使う

・Mac(POSIX) の場合
・ucontext を使う

・Linux の場合
・アセンブラを使う

・環境によってはコンテキストを自由に作れない
・セキュリティ的に問題あり
・だからこそのFiberやucontext

・組み込み環境で特に有効
・スレッドも使えない上に何ms以内にシステムに返せとか面倒
・アセンブラで自作できる場合が多い
・BREW 環境上(ARM アセンブラ)で作ってみて無事動いた

・実装を知っておくと好きな環境で作れる

・コンテキストとは
・実行するために必要なもの
void f(coro_type::self& self) {
int a; // a, b はスタックに置かれている
int b; // a, b は yield されても保持されている
self.yield();
}
・スタック
・レジスタ
・（例外情報）

・これらを保存して実行中のコンテキストを切り替える

・コンテキストの切り替え方
１．必要な情報を保存する
２．スタックポインタを書き換える
３．必要な情報を読み込む
４．プログラムカウンタを書き換える

int a;
self.yield();
// pc1
}
coro_type coro(f);
coro();
// pc2

int a;
self.yield();
// pc1
}
coro_type coro(f);
coro();
// pc2

Main

SP→

int a;
self.yield();
// pc1
}
coro_type coro(f);
coro();
// pc2

Main

SP→

coro

Coroutine

int a;
self.yield();
// pc1
}
coro_type coro(f);
coro();
// pc2

Main

Coroutine

0
SP→

coro

&f

int a;
self.yield();
// pc1
}
coro_type coro(f);
coro();
// pc2

Main
SP→

Coroutine

r0
pc2

0

coro

&f

int a;
self.yield();
// pc1
}
coro_type coro(f);
coro();
// pc2

Coroutine

Main
r0
pc2
coro

SP→

0
&f

int a;
self.yield();
// pc1
}
coro_type coro(f);
coro();
// pc2

Coroutine

Main
r0
pc2
coro
SP→

int a;
self.yield();
// pc1
}
coro_type coro(f);
coro();
// pc2

Coroutine

Main
r0
pc2
coro

SP→

a

int a;
self.yield();
// pc1
}
coro_type coro(f);
coro();
// pc2

Coroutine

Main
r0

SP→

r0

pc2

pc1

coro

a

int a;
self.yield();
// pc1
}
coro_type coro(f);
coro();
// pc2

Main
SP→

Coroutine

r0

r0

pc2

pc1

coro

a

int a;
self.yield();
// pc1
}
coro_type coro(f);
coro();
// pc2

Main

Coroutine
r0
pc1

SP→

coro

a

pushl %ebp
pushl %ebx
pushl %esi
pushl %edi
movl %esp, (%eax)
movl %edx, %esp
popl %edi
popl %esi
popl %ebx
popl %ebp
ret

PUSH {r0-r12,lr}
STR sp,[r0]
MOV sp,r1
POP {r0-r12,lr}
MOV pc,lr

・他の方法で実装するのもあり
・機械的に状態マシンに置き換える（C#）
IEnumerable<int> GetEnumerator() {
yield return 2;
yield return 4;
}
int state, result;
int GetCurrent() {
bool MoveNext() {
switch (state)
case 0: result
case 1: result
case 2: return
}
}

result; }
{
= 2; state = 1; return true;
= 4; state = 2; return true;
false;

・他の方法で実装するのもあり
・スレッドを使って実装する
・アセンブラが直接弄れないけど Coroutine が使いたい！(Java とか)
public final class Coro implements CoroutineFunction {
public void coro(Coroutine.Self self) {
self.yield();
self.yield();
}
}
Coroutine c = new Coroutine(new Coro());
c.coro();

Boost.Coroutine の未来
・Boost.ML を追いかけた
・2008/7/26 に sandbox 上の Boost.Coroutine を更新している
・複雑になりすぎたのでもっと単純なインターフェースにするとか何とか

・作者は ML には結構出てきてるのでちゃんと元気にしてるっぽい
・やる気が無い？

・作者以外の人が頑張っている
・Mac 版の対応
・バグの修正

・Boost.Coroutine の未来
・正式に採用されるのかどうか分からない
・Boost.Fiber という対抗馬も最近出てきた

Boost.Coroutine のまとめ
・手動マルチスレッド
・いろいろな使い方ができる
・実装はスタックポインタの書き換え
・それ以外の方法で実装するのもあり

・Boost.Coroutine は実装の模範例
・利用は自己責任

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