1. F#のコンピュテーション式
2014/03/29 #kyon_kao_wedding
@pocketberserker

2. まずはじめに
 きょんさん、かおりさん、おめでとうございます！
 Twitterで知り合って2か月後にSCMBC、TDDBCを開催し
たあのころが懐かしい…

3. お前誰よ
 中山 / なかやん / ペンギン / 残KEN / もみあげ
 どこにでもいるふつーの社会人
 Microsoft MVP For F# (2013/04/01 ～ 2014/03/31)
 2013/04～ ゲーム開発(新卒) -> 2013/11～ (SI)
 ぶれきょん共同図書室分室管理人
 他言語のライブラリを移植する日々
 Scala(z) / Haskell / C++ / Erlang とかにも興味あり

4. 本日のお題
 コンピュテーション式とは
 コンピュテーション式の実装方針

5. 話さないこと
 コンピュテーション式の変換規則
 カスタムオペレーターの詳細
 モナドとは

6. 注意
 個人的意見強め
 他のF#erは異なる意見である可能性があります

7. 結論を一言で

8. 結論を一言で
 コンピュテーション式はモナド用の構文を意識している部
分がある

9. F#とは
 マルチパラダイム
 CLI準拠の実行環境上で動作
 オープンソース（Apache 2.0）
 コミュニティはだいたいゆるふわ

10. コンピュテーション式
 順番に配列したり結合できる計算を記述するのに便利な構
文を提供するもの
 変換規則に従って式変形を行う

11. 標準提供されているもの
 seq
 シーケンス
 seq<‘a>
 async
 非同期計算
 Async<‘a>
 query
 データセット
 seq<‘a>, IEnumerable<‘a>, IQueryable<‘a>

12. 定義したら使える構文一覧
 { let hoge = … in … }
 { let! hoge = … in … }
 { return hoge }
 { return! hoge }
 { yield hoge }
 { yield! hoge }
 { use hoge = … in … }

13. 定義したら使える構文一覧
 { use! hoge = … in … }
 { If pred then … else … }
 { If pred then … }
 { while pred do … }
 { for … in … do … }
 { try … with … }
 { try … finally … }
 その他いくつか

14. 変換後に出現するメソッド
Return, ReturnFrom, Bind, Yield, YieldFrom, Using, Zero,
Combine, For, While, TryWith, TryFinally, Source, Run,
Delay, Quote, Join, GroupJoin

15. 用語的な話

16. なんでコンピュテーション式？
 初期は「計算式」と呼ばれていたらしい…？
 私がF#を学び始めた頃まで
 日本コニュニティが改善案を検討して要望したとか
 経緯は他のF#erにお尋ねください

17. キーワード名
 基本はモナドを意識したキーワード or F#のキーワード
 名前の意図は実装依存
 仕様には変換規則しか書かれていない
 計算文脈を慎重に考える必要がある
 モナド的な解釈？C#のキーワード的な解釈？独自？
 モナド用と思われていることが多いため、明記してお
かないと「モナド則満たしてない！」とか飛んできか
ねない

18. 実装とか

19. 組込コンピュテーション式が少ない
 構文に関する考えは人それぞれ
 同じ型用のコンピュテーション式でも実装は様々考えられ
る
 Option(Maybe)型だけで少なくとも4つの異なる実装
がNuGet上のライブラリに存在する
 Basis.Coreのものが実用的
 構文を絞っても問題なさそうなもののみ実装した…？

20. どの構文でコンパイルエラーなのか
 コンピュテーション式は変換規則にしたがって展開される
 紙とペンで1つずつ式変換を記述してください
 そのうち型のあわない部分が見つかります
 ペア作業おすすめ

21. 高階ことりちゃんと休憩タイム
コンピュテーション式を
定義したくなったかな？

22. コンピュテーション式実装
1. 必要な構文を洗い出す
2. Builderクラスを用意する
3. 変換規則に現れるメソッドを定義する
4. オブジェクトを生成する

23. コンピュテーション式の実装方針

24. コンピュテーション式の実装方針
 do記法, for式のエミュレーション
 データセットの計算を解りやすく
 計算を制御する

25. 1. do構文, for式のエミュレーション

26. 1. do構文, for式のエミュレーション
 一番よく使われるパターン
 HaskellのdoもしくはScalaのforのような動作
 モナド則（単位元律、結合律）を満たす範囲で実装

27. 必要なもの
 Return(or Yield), Bindメソッド
 計算が単位元律、結合律を満たすこと
 Zeroメソッドも定義しておいたほうが無難
 ZeroがないとIf then が使えない
 Haskellのguard関数、Scalaのfor式内でのifの代替
 利便性を考えてReturnFromを実装するが多い

28. 例: Option(Maybe、Optional)型用に
定義
type OptionBuilder() =
member this.Return(x) = Some x
member this.ReturnFrom(x: _ option) = x
// Someならfを適用してSomeに包む、Noneならそのまま
member this.Bind(x, f) = Option.bind f x
member this.Zero() = None
let option = OptionBuilder()

29. 使ってみる
let div x y =
option {
let! x = x
let! y = y
if y <= 0 then return x / y
}
div (Some 4) (Some 2) // = (Some 2)
div (Some 1) (Some 0) // = None

30. 採用基準
 シンプルな実装にしたい
 多言語から移植したい

31. 2. データセットの計算をわかりやすく

32. 2. データセットの計算をわかりやすく
 データ操作用途に使うことが多い（？）
 データセットを操作しやすい形に実装
 処理を連想しやすい独自構文を追加していく

33. 必要なもの
 Yield, YieldFrom, For
 必要なカスタムオペレーターを定義

34. 補足
 カスタムオペレーターを定義した場合、制御構文が使えな
くなる
 If, match, try with, try finally
 F# 3.1時点での仕様

35. 採用基準
 計算それぞれに名前をつけたい

36. 3. 計算を制御する

37. 3. 計算を制御する
 呼び出すキーワードによって細かい制御を行う
 エミュレーションではない独自構文として使う

38. 必要なもの
 カスタムオペレータ、Quote以外
 場合によってはStateか継続の知識が必要

39. 例: Basis.Core.OptionBuilder
 https://github.com/BasisLib/Basis.Core/blob/v1.1.3/Bas
is.Core/Option.fs#L23
 制御構文内でreturn, return!を使用するとそれ以降の計算
を行わない
 while内でreturnを扱える
 returnとyieldをC#的な意図で使える

40. 例: Basis.Core.OptionBuilder
let x = 2
option {
if true then return x
return! None
}
//よくあるOptionBuilderだと None
// Basis.Coreだと Some 2

41. 補足
 カスタムオペレーターは使用できない
 Stateを用いた実装はパフォーマンスが若干落ちる
 内部でのパターンマッチ回数が多くなりやすい
 継続を用いた実装はラップしにくい
 慣れたらそうでもないという噂はある
 機能が豊富な分重量級

42. キーワードごとに計算を制御する理由
 式変換で実装される以上、どう足掻いてもメソッドは実行される
 option { if true then return x; return y } で (Some y) になってし
まう
 do構文やfor式では発生しない問題(だと思う)
 Returnを呼び出したかどうかの状態を持っておく必要がある
 でもBuilder内に状態を持ちたくない
 シンタックスハイライトが消えたりする
 ので、Stateか継続を使う

43. Basis.Coreの今後

44. 同じ型についてコンピュテーション式を
複数提供
 v1.1.3はStateを用いたコンピュテーション式のみ提供だった
 v2.0では軽量版、State版、Cont版を提供予定
 軽量版はreturn, bind程度をサポート予定
 用途によって使い分ける
 モジュールを分けて提供(ComputationExpr.State.Optionとか？)

45. まとめ
 コンピュテーション式はモナド用の構文を意識している部
分がある
 すごいゆるふわF#学ぼう！

46. おまけ

47. コンピュテーション式の拡張方法1
 コンピュテーション式を構成するBuilderは（OOP的な意
味での）クラス
 クラスなので拡張メソッド、オーバーロードを適用できる
 ので、既存のコンピュテーション式に介入できないことも
ない
 実際にやっているところを見たことはない

48. コンピュテーション式の拡張方法2
 Builderのメソッドはpublic
 つまりラップして新たなBuilderを定義すれば良い

49. 参考資料
 詳説コンピュテーション式
 http://bleis-tift.hatenablog.com/entry/computation-
expression
 変換規則に関する一番詳しい日本語解説記事
 The F# 3.0 Language Specification
 http://research.microsoft.com/en-
us/um/cambridge/projects/fsharp/manual/spec.html#_Toc3
35818835
 上記URLはコンピュテーション式への直リンク

50. 参考資料
 圏論の基礎 – 丸善出版 2012/07
 モナド則の名前とか
 HaskellのdoとScalaのfor式とEitherとMonadPlus – Scala
とか・・・
 http://d.hatena.ne.jp/xuwei/20130517/1368814058
 HaskellのguardとScalaのfor式を調べていたらヒット
した

51. 参考資料
 高階ことりちゃん
 http://tkotori.github.io/
 画像のライセンスはCC-BY-SA 3.0